基本上不含钼的抗蠕变铁-铬-铝合金制造技术

提供一种可热加工的铁－铬－铝合金，它是抗蠕变的，并含有稀土和铌，而且基本上无钼以抗氧化，它适用于抗氧化和蠕变的催化基体和系统。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抗热循环氧化的、可热加工的含稀土添加物的铁-铬-铝合金。为抗高温氧化及改善氧化物表面而提供含有稀土添加物的铁-铬-铝合金是已知的。一般说来，这类合金具有在要求抗氧化的高温环境中使用的性能，而且它们一直被推荐用作基体材料，如汽车工业中的催化转换器，及气体炉及油炉中的耐热元件及辐射加热元件。作为催化基体，金属基体比现存的陶瓷基体有很多优点。比如，与陶瓷相比，金属基体基本上是更耐冲击和耐震动的，而且具有更大的热传导性。此外，金属基体更易制成薄的箔及细小的蜂窝状结构，从而提供更大的表面积和更轻的重量。1983年11月8日出版的美国专利4，414，023公开了一种抗氧化的铁素体不锈钢，它含8～25%的铬、3～8%的铝、及至少0.002到最多为0.05%的选自由铈、镧、钕和镨所组成的物组中的稀土，而所有稀土的总量最多为0.06%。该合金也可用锆或铌来稳定化。铌稳定化基于这样的准则在高温退火后产生提高了的温度的蠕变强度，而对抗热循环氧化的不利效应则最小。1974年12月3日出版的美国专利3，852，063公开了一种主要以通过固溶处理而有抗高温腐蚀和高温强度的铁-铬-铝合金。该合金含0.2～3.0%的钼、0.05～3.0%、更好是0.1～0.5%的选自由铌和钽所组成的物组中的一种元素，和至少一种选自由钇、铍和硼所组成的物组中的元素。未述及抗蠕变性能。1981年9月1日出版的美国专利4，286，986公开了一种抗蠕变不锈钢，它含11～20%的铬、0～5%的铝、最多为1.5%的硅、最多为5%的钼及特定量的、范围为0.63～1.15%的铌。通过将此钢退火至至少1900°F(1038℃)，在1600°F(871℃)1200 psi(7.3MPa)下的蠕变寿命有改善。该合金不含任何稀土添加物，而且也未述及抗热循环氧化性能。1989年8月22是出版的美国专利4，859，649谈到了抗蠕变和氧化的铁-铬-铝合金，它含0.1～1.0%的钼、0.03～0.8%的稀土、钛和锆的添加物、及最多为0.5%的为稳定化和抗蠕变而加的铌。在1989年9月26出版的美国专利4，870，046中谈到了用作催化剂载体的轧制的高铝不锈钢箔。为避免脆化及有助于稳定化，该合金含有至少一种选自钛、铌、锆和铪所组成的物组中的元素。没有公开加铌的目的是为了高温强度或是为了抗蠕变。该合金可任选地含最多为0.5%的稀土及0.5～5.%的钼、钨及钴以改善高温强度。1991年9月3日出版的美国专利5，045，404谈到了一种用作催化剂载体的耐热不锈钢箔，它是一种含0.06%以上镧系化合物形态的稀土、钛和铌之任一种或其二者以通过使碳和氮稳定化来改善此热轧带钢的韧性的铁-铬-铝合金。可单独地或联合地用钛和铌来改善韧性而无对此催化剂载体耐氧化性的不利效应。一般说来，钼对于增加铁素体不锈钢的高温机械性能是已知的。特别是，钼对于改善蠕变强度及抗点蚀及腐蚀性是已知的。中等含量的钼会引起已知的灾难性氧化的效果。此效果一般与很高温度下钼氧化物的挥发有关。强制性的汽车排放要求正推动着新的催化转换器的设计，从而使催化芯合金的抗蠕变性变得很重要。某些设计包含一个用直流电阻加热的芯。为减少总重及限制将该芯组件加热至所需温度而要求的电能，一直努力将基体的厚度从目前标准的0.002英寸(0.051mm)再减薄。通过减小该箔带的截面，越薄的材料就需要越高的、在提高了的温度下的力学的完整性。此外，已发现，在制成的芯组件上的氧化皮的长大会在下层的金属箔基体中产生拉应力，而该应力大得足以引起因蠕变从而产生的持久的变形。申请号为＿并且转让给本申请的申请人的在案中国申请(RL-1577)中，提出了一种以含稀土添加物和有效量的、最多为0.8%、更好是0.1～0.55%的铌来抗御蠕变和二次晶粒长大的铁-铬-铝合金。现在仍需要可以低成本熔炼工艺生产的、并能抵御热循环氧化的铁-铬-铝合金。更好是，这类合金有经改善的抗蠕变性，而同时仍有该合金的充分的热加工性。此外，希望通过特定的原料选择提供一种能改善合金的抗蠕变性而又不削弱抗氧化性的合金。附图说明图1是900℃时不同钼含量的应力-断裂试验图。图2和3是作为钼函数的氧化断裂时间图。图4是作为钼函数的抛物线速率常数图。按照本专利技术，提供一种在高温下抗热循环氧化及蠕变的、可热加工的铁素体不锈钢合金。该合金基本上由(重量)10～25%的铬、3～8%的铝、最多为4%的硅、最多为1%的锰、最多为0.8%的稀土，用于抗蠕变的有效量的、最多为1.5%的铌、不超过0.10%的钼、余量的铁及常见的炼钢杂质。还提供了具有可热加工铁素体不锈钢合金的抗氧化和蠕变的催化基体。一般说来，这里提供一种含稀土添加物的铁-铬-铝铁素体不锈钢合金，该合金具有耐热循环氧化性，并保持具有抗蠕变性的、好的热加工性，同时又避免了抗氧化性的下降。本文中所用的全部组分的百分比均为重量百分比。铬含量的范围可在10～25%、而更好是19～21%，以便提供所需的性能，如抗腐蚀和抗氧化性。铬的这种含量是被限制的以避免不必要的、影响该合金成型性的硬度和强度。低到10%的铬可达到足够的及所需的抗热循环氧化性。然而，大于25%的铬，则增加了该合金制备上的困难。该合金中的此铝含量提供了在高温下增加了的抗氧化性，降低所需铬的总量，并倾向于提高抗起氧化皮的能力。在该合金中需要铝来提供形成氧化铝(铝的氧化物～Al2O3)表面的来源。通常，铝以3～8%的范围存在于该合金中。低于约3%，则抗循环氧化性能倾向于变得不可接受地低。大于约8%，该合金倾向于有降低了的可加工性。更好是，铝的范围为4.5～5.5%以提供该合金的在提高了的温度下的的抗氧化性能、加工性能及热膨胀系数的所期望的组合。稀土金属添加物对于铝氧化物表面的固着是必不可少的。适用于本专利技术的稀土金属可以是选自镧系的14种元素。该稀土的普通来源可以是如稀土混合物，它是主要由铈、镧、钕、镨和钐构成的混合物。最好是该合金至少含铈或镧的添加物，或其组合物，以确保氧化铝膜的固着并提供一种氧化膜，它以其可形成有所需表面形态的铝氧化物表面的能力为特征。稀土混合物是一种相对不昂贵的混合物或是几种稀土元素，而且可被用作合金添加剂。该稀土合金添加物的范围最高为0.8%，因为它主要影响该合金的抗氧化性而不影响高温蠕变或应力-断裂。最好是，本专利技术的合金含一种稀土添加物，其中至少0.002%选自由铈和镧构成的物组，而各稀土金属、铈和镧的总含量不超过0.05%。优选的是，如以上提及的美国专利4，414，023所述，全部稀土金属的总含量不应超过约0.06%。更高的稀土含量会或不会改善抗氧化和抗起皮性能，或氧化物膜的固着性，但它确实倾向于在约1900°F～2350°F(1038℃～1288℃)的正常的钢的热加工温度下降低热加工性。更好是，该稀土主要由0.005～0.035%的铈构成。硅可以最多为4%，优选为最多1%，更优选为0.2～0.6%的量存在。硅的存在一般趋于改善综合的抗氧化能力，改善该熔融金属的流动性及将此合金铸造成薄切片的能力。硅一般还是用来在生产钢时脱氧的元素，而且还显示出对氧化物固着的中性的或稍有利的效果。硅可使该合金在冷加工时具有脆性，这在铬含量低于14%最令人注意。出于这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗热循环氧化和蠕变的、可热加工的铁素体不锈钢合金，该合金基本上由，按重量百分比，１０～２５％铬、３～８％铝、最多为４％硅、最多１％锰、最多０. ８％稀土、有效量至最多０. ８％用以抗蠕变的铌、不大于约０. １０％的用以抗氧化的钼、平衡量的铁及常规炼钢杂质所组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯M拉森，
申请(专利权)人：艾利格汉尼勒德鲁姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]