汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带晶须材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料及其制备方法，本发明专利技术不锈钢合金材料具有如下成分质量百分比：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：15.0～25.0％，Al：4.5～6.5％，Co：0.5～5.0％，Zr：0.1～1.0％，Nb：0.1～1.0％，La：0.05～0.5％，其余成分为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术经配料和真空感应熔制后，浇注成型，经热锻、热轧、冷轧和退火处理等工艺，得到厚度为0.05～0.5mm的薄带材料。本发明专利技术在稀土铁素体不锈钢薄带表面原位生长出致密氧化铝晶须，且具有较高的长径比，有效提高铁素体不锈钢薄带的比表面积，其组织稳定性和易于加工，大大降低了汽车尾气催化净化载体材料的生产成本和提高了催化净化效率。了催化净化效率。了催化净化效率。

【技术实现步骤摘要】
汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带晶须材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种不锈钢薄带晶须材料及其制备方法，特别是涉及一种汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料及其制备方法，应用于汽车尾气催化净化载体


技术介绍

[0002]随着我国经济近年来的高速发展，我国的汽车保有量呈快速增长的势头。为进一步满足人们对于汽车的需求，汽车行业在近几年中加大了汽车生产力度。然而，汽车数量的持续增加给人们带来便捷生活的同时，也给城市生态环境带来严重威胁。生态环境部日前发布《中国移动源环境管理年报(2020)》(以下简称《年报》)，公布了2019年全国移动源环境管理情况。《年报》显示，我国已连续十年成为世界机动车产销第一大国，机动车等移动源污染已成为我国大气污染的重要来源，移动源污染防治的重要性日益凸显。2019年，全国机动车保有量达到3.48亿辆，比2018年增长6.4％，其中，新能源汽车保有量达到381.0万辆，约占汽车总保有量的1.5％，与2018年底相比，增加120万辆，同比增长46.0％。从2013年以来，我国不断加大机动车污染防治力度，推行机动车排放标准升级，加速淘汰高排放车辆，大力发展新能源车，推动车用燃料清洁化，推进运输结构调整，积极倡导“绿色出行”理念，机动车污染防治工作取得积极成效。2013年
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2018年，我国机动车保有量增加32.7％，年均增长5.8％，但污染物排放量下降了11.1％。其中，汽车保有量增长83.9％，年均增长13.0％，但污染物排放量下降了4％。汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者，其排放的CO、NO
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和PM超过90％，HC超过80％。就目前的处理措施来看，机内措施和机后措施有机结合，是解决尾气污染的最有效途径之一。载体的性能直接影响着催化剂的活性和净化效果，因此载体对整个催化净化器的高效发挥起着重要的作用。目前市面上绝大多数的汽车尾气净化器载体为陶瓷载体，经过人们对汽车各种性能要求的逐渐提升，陶瓷载体现在已经不再能满足人们对汽车尾气净化器载体性能的要求，而新出现的金属薄带汽车尾气净化器载体除了有良好的力学性能，更小的体积，更高的开孔率，更小的对发动机的影响以外，最主要的是金属薄带载体具有较高的比表面积，单位面积上就能够附着更多的催化剂，从而增加净化效率。但目前公开的金属薄带汽车尾气净化器载体材料在强度、比表面积及加工成型性等方面还不够理想，容易出现负载的催化涂层与基体剥离从而产生缺陷的现象，不能为催化剂提供更多的附着位置，还不能大量替代陶瓷载体应用于汽车尾气催化器，不能保证服役工况下长期使用的安全性。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有较大比表面积的稀土铁素体不锈钢薄带晶须汽车尾气净化载体材料及其制备方法，本专利技术铁素体不锈钢薄带晶须材料具有强度高、成本低、比表面积高和加工成型性优良等特
点。本专利技术在FeCrAl铁素体不锈钢中加入一定含量的镧、钴、铌和锆元素，有效增强了FeCrAl铁素体不锈钢薄带能够在表面生成长出更多，具有较高长径比的Al2O3晶须，显著增强其比表面积。致密的Al2O3晶须层覆盖在薄带表面，将含有尾气催化剂的涂层负载到Al2O3晶须覆盖的薄带上，晶须与涂层结合牢固以减少排气处理过程中涂层的剥落。并且提高了薄带的强度、耐蚀性能、抗氧化性能、加工性能以及焊接性能，是未来替换陶瓷载体等系列的最佳候选材料，可以大幅度降低汽车尾气净化载体材料生产成本。
[0004]为达到上述目的，本专利技术创造采用如下专利技术构思：
[0005]根据镧，钴，锆均为密排六方晶体结构，铌为体心立方晶体结构，而FeCrAl基体为体心立方晶体结构，镧，钴，锆，铌不同晶体结构的元素加入FeCrAl铁素体不锈钢基体后可有效阻碍合金中元素的扩散，使服役温度范围内组织稳定；同时根据合金化原理，不同晶体结构的钴，铌两元素在铁中的固溶度较大，一定比例的加入可以有效抑制FeCrAl铁素体不锈钢的高温晶粒长大，即抑制高温脆性问题，提高了FeCrAl铁素体不锈钢的强度、耐蚀性能、焊接性能和加工成型性；而镧和锆元素在FeCrAl基体内固溶度较小，会均匀的沿着晶界分布。而且镧元素本身非常活泼，在氧化铝晶须生长初期，能够优先生成细小晶须，为Al2O3晶须的生长提供晶核，引导Al2O3晶须的生长，使其在FeCrAl基体上生长出具有致密的，均匀的，具有高长径比的Al2O3晶须，从而增加金属薄带载体材料的比表面积。原位生长的方法也能够使Al2O3晶须紧密地生长在FeCrAl薄带上，不易与薄带基体产生剥落，从而大大降低汽车尾气催化净化器载体在使用过程中因为晶须的脱落而产生缺陷，导致汽车尾气催化净化载体不能使用的情况。致密的Al2O3晶须层覆盖在薄带基体表面，将含有尾气催化剂的涂层负载到Al2O3晶须覆盖的薄带上，晶须与涂层结合牢固以减少排气处理过程中涂层的剥落。
[0006]本专利技术通过大量的试验研究发现，一定量不同晶体结构的镧，钴，锆，铌元素加入FeCrAl 铁素体不锈钢薄带中可提高汽车尾气净化器载体材料在服役工况下长期使用的安全性和尾气催化净化的能力。
[0007]根据上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料，其成分按照如下质量百分比组成：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：15.0～25.0％，Al：4.5～6.5％，Co：0.5～5.0％，Zr：0.1～1.0％，Nb：0.1～1.0％，La： 0.05～0.5％，其余成分为铁和不可避免的杂质，薄带材料厚度为0.05～0.5mm，所述稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料主要由铁素体、纯镧相组成。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料成分按照如下质量百分比组成：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％， Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：20.1～20.4％，Al：5.87～5.94％，Co：1.14～1.19％，Zr：0.12～0.14％， Nb：0.48～0.53％，La：0.08～0.15％，其余成分为铁和不可避免的杂质。
[0010]作为本专利技术优选的技术方案，汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料室温拉伸断裂强度在650～1100MPa范围，断后伸长率在15.0
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35.0％。
[0011]一种本专利技术汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：15.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：15.0～25.0％，Al：4.5～6.5％，Co：0.5～5.0％，Zr：0.1～1.0％，Nb：0.1～1.0％，La：0.05～0.5％，其余成分为铁和不可避免的杂质，薄带材料厚度为0.05～0.5mm，所述稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料主要由铁素体、纯镧相组成。2.根据权利要求1所述汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料，其特征在于：其成分按照如下质量百分比组成：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：20.1～20.4％，Al：5.87～5.94％，Co：1.14～1.19％，Zr：0.12～0.14％，Nb：0.48～0.53％，La：0.08～0.15％，其余成分为铁和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料，其特征在于：其室温拉伸断裂强度在650～1100MPa范围，断后伸长率在15.0
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35.0％。4.一种权利要求1所述汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：C≤0.06％，N≤0.05％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：15.0～25.0％，Al：4.5～6.5％，Co：0.5～5.0％，Zr：0.1～1.0％，Nb：0.1～1.0％，La：0.05～0.5％，其余成分为铁和不可避免的杂质；将配料后称量的全部原料混合，进行真空感应熔炼，得到合金熔体；b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧、冷轧和退火热处理工艺，进行晶须生长，最终制得汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料。5.根据权利要求4所述汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带原位生长氧化铝晶须材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，真空感应熔炼的温度为1700℃左右，熔炼时间为3
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5min。6.根据权利要求4所述汽车尾气催化净化...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学山，谢凯，李钧，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：