一种汽车排气系统用含钇高铝铁素体不锈钢技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车排气系统用含钇高铝铁素体不锈钢，适用于汽车排气歧管，其特征在于：它由以下重量百分比的成分组成：０．０２％≤Ｙ≤０．１２％、Ｃ≤０．０３％、Ｓｉ≤０．０５％、０．４％≤Ｍｎ≤１．０％、１６％≤Ｃｒ≤２０％、０．２％≤Ｎｂ≤０．５％、０．１５％≤Ａｌ≤０．３％、Ｎ≤０．０２％、０．０５％≤Ｔｉ≤０．２％、Ｐ≤０．０２５％和Ｓ≤０．０１０％，并且Ｎｂ＋Ｔｉ≥８（Ｃ＋Ｎ）、Ｎｂ／Ｔｉ≥２，以及余量为铁。本发明专利技术与目前汽车排气歧管所用的铁素体不锈钢相比，由于提高了铝含量和加入钇，提高了材料的抗氧化性能，能耐９５０℃以上的高温，在作为汽车排气歧管使用时，有效地延长歧管的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁素体不锈钢，具体地说是一种汽车排气系统用含钇高铝 铁素体不锈钢，应用于汽车的高温排气歧管。
技术介绍
对于汽车发动机的排气系统，其所用的热端部件需要有较好的耐高温性能、 成型性能和焊接性能，满足高温氧化、耐腐蚀、疲劳性能等要求，冷端部件主要要求其有耐尾气冷凝液腐蚀性能。在20世纪70年代，为改善催化效率和降 低排放，不断地提高发动机排气温度，排气歧管工作温度由750 80CTC提高到 了 900 95(TC，同时为了提高燃油经济性，减轻车重，目前排气温度已经升高 至950 100(TC，这就对排气歧管的选用材料提出了更高的要求。铁素体不锈 钢与奥氏体不锈钢相比，生产成本低、线膨胀系数小、导热系数大，国外汽车 排气系统中排气岐管用不锈钢由低等级的SUS409、高等级的SUS430JIL进展 到高性能材料SUS444，其消声器系统的温度可达到30(TC，用材也有类似的变 化趋势。为了适应有限的车体空间，把汽车排气系统设计成较复杂的形状，同 时还要考虑材料的高成型性，因此，低成本抗高温氧化材料成为材料合金化的 发展趋势。为《用作排放汽车废气的管道构件的铁素体不锈钢》，专 利权人为日新制钢株式会社，其专利号CN02813138.X、申请日2002. 07. 04、公 开日2004.08.25、公开号CN1524130，在专利文献中公开了其成份的重量百分 比含量为C《0.03、 Si《1.00、 Mn《1.50、 Ni《0.60、 16《Cr《20、 Nb《0.5、 0-8《Cu《2.0、 Al《0.03、 0KV《0. 20、 N《0.03、 Nb^8(C+N)，该铁素体 不锈钢不含钼耐热元素，同时采用0. 05-0. 30的Ti作为改进成型性元素，为提高热性能可以添加W、 Zr、 Y和稀土金属中至少一种，或为加工性能添加Ca、 Mg 和Co中至少一种元素；日新制钢株式会社的《用于汽车通道部件的铁素体不锈 钢和焊接管道》，申请号CN200710169174.0，申请日2007.10.31，公开号 CN101250672,公开日2008. 08. 27，文献中记载采用C《0. 03， Si《1.00， Mn《 1. 50， Ni《0. 60, 10《Cr《20， Nb《0. 5, KCu《2. 0， 0. 03《A1《0. 12, V《0. 20， N《0.03' 0. 05《Ti《0. 3，Nb》8(C+N)， 0. 0005《B《0. 02，氧含量不高于0. 01， 任选Mo、 W、 Zr和Co其中一种或多种总量不超过4%，并且Nb^8(C+N)。国内 生产的轿车排气系统用不锈钢，奥氏体型不锈钢主要是304、 309、 321等，铁 素体型不锈钢主要是409、 409L、 430、 436、 439L、 444。上述所列的铁素体不锈钢的成分重量百分比含量见下表:<table>table see original document page 4</column></row><table>对于这些材料的不足之处在于采用增加钼含量、单纯利用Ti和Nb合金化， 利用铜改善冷加工成型，目前所用的铁素体不锈钢耐温性能只能达到90(TC，作 为汽车排气歧管使用时，其焊接性能较差，耐高温和抗氧化性能较差，縮短了 汽车排气歧管的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种焊接性能、耐高温、抗氧化性能高，适用于汽 车排气歧管使用的一种汽车排气系统用含钇高铝铁素体不锈钢。为达到以上目的，本专利技术所采用的技术方案是该一种汽车排气系统用含 钇高铝铁素体不锈钢，其特征在于它由以下重量百分比的成分组成0.02%《Y《0. 12。/。、 C《0.03%、 Si《0. 05%、 0. 4Q/。《Mn《l. 0%、 16%《Cr《20%、 0. 2%《Nb 《0. 5%、 0. 15%《A1《0. 3%、 N《0. 02%、 0. 05%《Ti《0. 2%、 P《0. 025%和S《0. 010 %，并且Nb+Ti^8(C+N)、 Nb/Ti》2，以及余量为铁。本专利技术还通过如下措施实 施在材料中加入钇，可以在含铬不锈钢的表面形成钇和铬的双重氧化物膜， 在温度发生剧烈变化时无裂断倾向，显著提高钢材的耐温特性，降低了钢的氧 化速度2-ll倍，形成的双重氧化物膜与基体粘结紧密，在温度剧烈变化条件下 具有显著优越性，非常适合汽车排气系统使用，同时加入稀土钇可以进一步净 化钢水，细化钢的凝固组织，改善夹杂物性质、形态和分布，减少夹杂物对材 料成形性和焊接的影响，加入钇含量的最佳重量百分比范围为0. 05-0. 09%;Al作为脱氧剂和改善高温抗氧化性能的元素，在钢水冶炼过程中加入铝进 行完全脱氧，可以减少硅酸盐类夹杂物的数量，同时金属铝和钢水中的N结合， 在钢中析出氮化铝，固定奥氏体元素N，细化钢坯凝固组织，从而细化钢材的组 织，改善材料的成型性，采用氩气保护条件下焊接，可避免材料中的铝氧化， 在凝固过程中，析出氮化铝细化焊接组织，加入铝含量的最佳重量百分比范围为0. 15-0. 25%;为提高耐热性能可以增加耐热元素硅，增加硅含量以降低材料的塑性，从 而影响材料的成形性能，含硅高在焊接过程中，容易形成硅酸盐夹杂物，从而 降低焊缝质量，因此将硅含量降低到深冲压用钢的范围，不采用含硅脱氧剂， 减少钢坯硅酸盐夹杂物，提高材料深冲性能，满足汽车排气构件成形过程对塑性的要求，为此，硅含量最佳重量百分比控制在0.03%以下；络元素的加入主要是稳定铁素体，并保证高温条件下的抗氧化性能，过量 的络会造成塑性降低，影响材料的成形性，同时增加加入合金数量，成本也增加，根据汽车排气歧管的工作环境高于95(TC的要求，铬元素含量的重量百分比 最佳控制范围应在17. 5-19. 5%之间；碳和氮作为不锈钢中的元素，都是奥氏体化元素，为提高材料的耐腐蚀性， 必须降低其他组织的含量，减少加入Ti和Nb的数量，避免形成Ti和Nb的碳 氮夹杂物的富集，提高基体的洁净度，同时降低含碳量可以降低材料的变形抗 力，提高材料的塑性，为保证其成形性能，碳含量重量百分比控制在0. 03%以下， 最佳范围为C《0.02%;对于氮的控制，根据企业的自身生产条件，在降低生产 成本的情况下，控制氮含量越低越好，采用真空处理才能降低到0.005%以下， 对于常规条件下生产和浇注过程，不能避免氮的进入，在常规条件下重量百分 比控制在0.015%以下；Nb和Ti作为C和N的固定元素，可以改进高温条件下材料的高温强度，采 用Nb和Ti同时使用，可以进一步固定C和N，并且，当Nb: Ti为2: l时，更 适合铁素体不锈钢实现稳定化，加入Nb保持合适的可成形和低温韧性，过量的 Ti可能产生TiN，降低材料的可成形和低温韧性，Ti含量的重量百分比控制在 0. 10-0. 20%; Nb含量的重量百分比控制在0. 25-0.线Mn是弱奥氏体元素，具有强烈的稳定奥氏体的作用，同时可以增加氮在不 锈钢中的溶解度，大量加入可以导致强度增加、可加工性能降低，损坏材料的 焊接性，其含量的最佳重量百分比控制范围为0. 40-0. 60%;对于杂质含量P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车排气系统用含钇高铝铁素体不锈钢，其特征在于：它由以下重量百分比的成分组成：０．０２％≤Ｙ≤０．１２％、Ｃ≤０．０３％、Ｓｉ≤０．０５％、０．４％≤Ｍｎ≤１．０％、１６％≤Ｃｒ≤２０％、０．２％≤Ｎｂ≤０．５％、０．１５％≤Ａｌ≤０．３％、Ｎ≤０．０２％、０．０５％≤Ｔｉ≤０．２％、Ｐ≤０．０２５％和Ｓ≤０．０１０％，并且Ｎｂ＋Ｔｉ≥８（Ｃ＋Ｎ）、Ｎｂ／Ｔｉ≥２，以及余量为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培敦，陈坤，杨波，曹旭东，王俊海，王宏霞，刘祥银，亓海燕，吴玉红，
申请(专利权)人：山东泰山钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]