CN101906583B

CN101906583B - 一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料及制作方法

Info

Publication number: CN101906583B
Application number: CN2010102374612A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 马国庆; 陶科; 李耐松; 王彦杰
Original assignee: BEIJING SHOUGANG GITANE NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHOUGANG GITANE NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101906583A

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料及制备方法。材料化学成分质量百分比为：C≤0.03％；Si≤0.30％；Mn≤0.40％；S≤0.005％；P≤0.03％；Cr 19-22％；Al5.0-6.0％；La+Ce：0.01-0.05％；Ti≤0.07％，N＜0.02％；Cu≤0.02％，Fe余量。本发明材质纯净，材料易于拉丝加工成型，能单丝拉拔到≤Φ0.035mm纤维丝，并且单丝拉拔达到500克不断丝。其20℃电阻率为1.40-1.44μΩ·m，抗拉强度650-800MPa，有更好的抗氧化性，1250℃快速寿命值可达100小时以上，主要用于工作温度在1200-1250℃的柴油车尾气净化用催化剂载体材料兼排放碳颗粒过滤纤维丝。

Description

一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料及制作方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料及制备方法。

背景技术

汽车尾气净化器载体材料早期为粒状陶瓷和蜂窝状陶瓷材料，但其存在热容量大、热导率低、机械强度低不耐振动等缺点，铁铬铝合金作为新型载体材料，已经显现出明显的优势。由于该发明材料主要用于工作温度在1200-1250℃的柴油车尾气净化用催化剂载体材料兼排放碳颗粒过滤，所以该材料必须具有优异的高温抗氧化性、必须能拉拔到≤Φ0.035mm纤维丝，因而该材料必须非常纯净，否则断丝率非常高或不能拉拔到≤Φ0.035mm纤维丝。随着冬天城市道路和机场化雪技术的发展，出现了一种更环保、预置于城市道路下的地热化雪技术，需要一种能发热的地热编网材料，于是需要研发出符合这两者的一种低成本的既能高温耐热，又能通电发热的电热材料。另外，我国拉拔≤Φ0.04mm的微丝的坯料都是靠日本、法国进口，主要原因就是坯料的纯净度达不到要求，拉丝过程中断丝率太高，所以我们也急需开发出能达到拉拔≤Φ0.04mm的微丝坯料生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有电热功能，又具有高温耐热抗氧化功能的材料，同时提供能拉拔≤Φ0.04mm的微丝坯料的制备方法。

一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料，其特征是化学成分质量百分比为：

C≤0.03％；Si≤0.30％；Mn≤0.40％；S≤0.005％；P≤0.03％；Cr19-22％；Al 5.0-6.0％；La+Ce：0.01-0.05％；Ti≤0.07％，N＜0.02％；Cu≤0.02％，Fe余量。

该材料的最高使用温度为1250℃，而铜的熔点为1083℃，即在1083℃以上温度时，材料基体中的铜熔化，会富集在晶界上，造成材料的晶界开裂，另外，铜在1100℃时剧烈氧化，不利于该材料的高温抗氧化性能，故该材料中严格控制铜含量在超低水平；同样，硫含量高在1100℃左右也会热脆，所以亦必须控制到超低硫。本课题组在研究发现：C≤0.03％，材料的微丝拉拔加工性能很好，不易出现断丝；Cr＞22％时，微丝加工强度较高，Cr＜19％时，材料的抗氧化性能又差；材料中的硅含量超过0.03％时，因SiO₂会破坏Al₂O₃的氧化膜，材料的高温快速寿命降低；铝含量控制在5.0-6.0％，既具有良好的高温抗氧化性能，同时又具有较好的拉拔微丝的加工性能；添加La+Ce(0.01-0.05％)既能稳定氧化膜从而提高高温抗氧化性能，同时又能降低材料的缺口敏感性，从而提高材料的综合性能。

如上所述超耐热纤维丝坯料的制备方法为：炼钢采用三相电渣炉+单相电渣重熔工艺，轧钢开轧温度为950-1200℃，终轧温度为650-900℃，轧条直接红转进入热处理炉或保温缓冷工艺，轧条规格为φ5.5-7.0mm；拉丝过程采用无水硫酸钠涂层，经150-200℃，3-5小时烘干后，带温拉拔；拔丝过程采用GSB-666润滑剂，拔至φ4.0mm规格后；采用含4-8％(重量分数)NaOH、4-8％(重量分数)Na₃PO₄的清洗液，在40-90℃条件下，浸泡30分钟，然后用高压温水冲洗干净后退火，或不清洗直接用井式退火炉进行中间热处理，热处理工艺为750-850℃升保温2-3.5小时，水冷，冷却水温度≤60℃。经退火后的半成品丝，表面不做酸洗，直接拉拔至φ1.0mm，采用CANDAT钙基和钠基润滑剂。湿拔采用海联专用拉丝油作为润滑剂，采用19模或13模拉丝机拉拔，拉拔后采用3米光亮热处理炉在800-950℃进行热处理，可使φ0.25mm规格丝的延伸率达到17％以上。

在三相电渣炉冶炼过程中，以部分金属铬、微铬、工业纯铁为原料，确保原料超低碳和超低硅；并且选用不含碳和低SiO₂的白灰等造渣材料，防止冶炼过程增碳增硅，确保冶炼出的钢液能达到超低碳，超低硅；采用高碱度炉渣，CaO∶CaF2∶Al2O3＝2∶1∶1，能使硫含量达到0.001％的水平。

保证材料低铜含量：选用低铜的原材料，使冶炼出的钢中的低铜含量，同时采取特殊的工艺措施防止在电渣重熔过程中增铜：首先电渣重熔冶炼采用液体渣起弧，避免采用固体渣直接起弧增铜；其次采用专用的模具制备出同材质的薄垫片，然后在电渣重熔前将预先备好的同材质的垫片垫在水箱铜板和电极之间，确保在电渣重熔的起弧阶段电极不直接和水箱铜板打弧增铜，从而确保超低铜。

保证材料的高纯净度：目前国内拉拔的微丝的厂家很多，但是≤Φ0.04mm的微丝的坯料都是从日本、法国、韩国进口，目前国内的微丝坯料在拉拔过程中发现断丝率极高，通过对端口分析，端口上又尺寸较大的非金属夹杂物，也就是说目前我国微丝坯料的纯净度还达不到要求。本发明采用三相电渣炉+单相电渣重熔的双电渣工艺，原材料采用部分金属铬、微铬、工业纯铁和铝锭等高纯净度原料，工业纯铁表面经除锈处理，出钢后采用包中吹Ar弱搅拌排除非金属夹杂；电渣重熔采用先精炼固体渣，把渣中不稳定氧化物如MnO、Fe₂O₃、SiO₂精炼去除，然后用精炼后的固体渣炼液体渣，炼好后的液体渣倒入电渣炉进行电渣冶炼。固体渣成分质量百分比为：20-25％Al₂O₃，75-80％CaF₂，再另加2-5％的CaO。冶炼的钢锭经夹杂评级在1.5级，夹杂尺寸＜10μm。

快速寿命是衡量电热合金质量的重要指标。本发明的铁铬铝耐热纤维材料采用检测其快速寿命的方法来测试合金的高温性能和高温抗氧化性。快速寿命测试方法按GB/T13300-91的标准进行。具体为：测试温度在1250℃，将该合金直径为0.8mm的丝材试样呈“U”形挂在寿命实验仪上，按规定条件持续进行2分钟通电，2分钟断电的冷热循环直至将试样烧断。试样承受冷热循环的累积小时数为试样的快速寿命。

本发明合金易于加工成型，其20℃电阻率为1.4-1.44μΩ·m，抗拉强度650-800Mpa，高温抗氧化性能优良，1250℃快速寿命值可达100小时以上。

该发明耐热纤维丝坯料主要用于拉拔工作温度在1200-1250℃的汽车尾气净化载体材料，也可用于冬天城市道路化雪的预置地热网的≤Φ0.04mm微丝。

具体实施方式

表1中列出了一些生产中的实施例。

Claims

1.一种汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料的制备方法，

其特征是材料化学成分质量百分比为：

C≤0.03％；Si≤0.30％；Mn≤0.40％；S≤0.005％；P≤0.03％；Cr19-22％；Al 5.0-6.0％；La+Ce：0.01-0.05％；Ti≤0.07％，N＜0.02％；Cu≤0.02％，Fe余量，炼钢采用三相电渣炉+单相电渣重熔工艺，轧钢开轧温度为950-1200℃，终轧温度为650-900℃，轧条直接红转进入热处理炉或保温缓冷工艺，轧条规格为φ5.5-7.0mm；拉丝过程采用无水硫酸钠涂层，经150-200℃，3-5小时烘干后，带温拉拔；拔丝过程采用GSB-666润滑剂，拔至φ4.0mm规格后；用清洗液在40-90℃条件下，浸泡30分钟，然后用高压温水冲洗干净后退火，或不清洗直接用井式退火炉进行中间热处理，清洗液中含4-8％NaOH和4-8％Na₃PO₄，处理工艺为750-850℃保温2-3.5小时，水冷，冷却水温度≤60℃；经退火后的半成品丝，表面不做酸洗，直接拉拔至φ1.0mm，采用CANDAT钙基和钠基润滑剂；湿拔采用海联专用拉丝油作为润滑剂，采用19模或13模拉丝机拉拔，拉拔后采用3米光亮热处理炉在800-950℃进行热处理，使φ0.25mm规格丝的延伸率达到17％以上。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料的制备方法，其特征在于耐热纤维材料20℃电阻率在1.40-1.44μΩ·m，φ0.8mm的丝在1300℃下快速寿命达到100小时以上，能够加工成≤φ0.035mm纤维丝，并且单丝拉拔达到500克不断丝。

3.如权利要求1汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料的制备方法，其特征是在三相电渣炉冶炼过程中，以金属铬、微铬、工业纯铁为原料，确保原料超低碳和超低硅；并且选用不含碳和低SiO₂的白灰造渣材料，防止冶炼过程增碳增硅，确保冶炼出的钢液能达到超低碳、超低硅。

4.如权利要求3所述的汽车尾气净化用催化剂载体耐热纤维材料的制备方法，其特征是在三相电渣炉冶炼过程中，采用高碱度炉渣，CaO∶CaF₂∶Al₂O₃＝2∶1∶1，能使硫含量达到0.001％的水平。

5.如权利要求3所述的耐热纤维丝材料的制备方法，其特征是：选用低铜的原材料，使冶炼出的钢中的低铜含量，同时采取特殊的工艺措施防止在电渣重熔过程中增铜：首先电渣重熔冶炼采用液体渣起弧，避免采用固体渣直接起弧增铜；其次采用专用的模具制备出与耐热纤维丝材料产品同材质的薄垫片，然后在电渣重熔前将预先备好的同材质的垫片垫在水箱铜板和电极之间，确保在电渣重熔的起弧阶段电极不直接和水箱铜板打弧增铜，从而确保超低铜。