CN109881082A - 一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢及其制备方法，化学组分的质量百分数为：0.005％≤C≤0.01％，0.22％≤Si≤0.5％，0.15％≤Mn≤0.5％，Cr：17～20％，0.2％≤Ni≤0.5％，0.005％≤N≤0.015％，P<0.035％，S<0.010％，Ti：0.15～0.3％，Mo：0.40～0.75％，Al：0.03～0.08％，Nb：0.1～0.3％，0.02％≤V≤0.05％，Cu≤0.05％，余量为Fe和不可避免杂质。该种铁素体不锈钢成本较低、耐腐性能较好、性价比较高。

Description

一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，尤其涉及一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢。

背景技术

汽车排气系统主要由排气歧管、前管、换流器、柔性管、中管、消音器和尾管组成。排气系统上的零部件使用环境主要分为冷端(中管、消音器、尾管)和中高温端(前管、歧管)。冷端主要使用耐冷凝液腐蚀钢铁材料。高温端使用耐高温氧化、高温疲劳及高温盐蚀的钢铁材料为主。

目前现有技术中常用的冷端零件材料为436铁素体不锈钢和439铁素体不锈钢，其中436铁素体不锈钢的耐腐蚀性能比439铁素体不锈钢的耐腐蚀性能更好，但436铁素体不锈钢的价格也要比439铁素体不锈钢的价格要高。因此，436铁素体不锈钢目前用于制造高端车型的冷端部件，439铁素体不锈钢目前用于制造部分中、低端车型的冷端部件。

随着环保意识的增强，低油耗、轻量化、低排放污染和安全性成为当今汽车工业发展趋势，汽车尾气排放法规日益严苛，汽车排放标准也在不断升级。为了满足不断升级的汽车排放标准，汽油的油品质量也随之升级，油品中硫含量大幅降低。因此，目前的汽油对排气管的腐蚀能力也随着下降，目前使用的高端材料(即436铁素体不锈钢)表现出性能过剩，但低端材料(即436铁素体不锈钢)应用于高端车型上又性能不足。因此对于主机厂来说，迫切需要一种较低成本、又能满足油品升级后的所需耐腐蚀性能要求、性价比较高、满足中高端车型需要的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种成本较低、耐腐性能较好、性价比较高的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢，其特征在于化学组分的质量百分数为：0.005％≤C≤0.01％，0.22％≤Si≤0.5％，0.15％≤Mn≤0.5％，Cr：17～20％，0.2％≤Ni≤0.5％，0.005％≤N≤0.015％，P<0.035％，S<0.010％，Ti：0.15～0.3％，Mo：0.40～0.75％，Al：0.03～0.08％，Nb：0.1～0.3％，0.02％≤V≤0.05％，Cu≤0.05％，余量为Fe和不可避免杂质。

优选的，C、N、Nb、Ti的含量满足：12(C+N)≤Nb+Ti≤0.4％，选择该数值范围内制得的不锈钢的性能更好。

用于制备前述汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

(a)按照配比选择原料冶炼,，浇筑成铸坯；

(b)热轧：在保温下进行轧制；

(c)第一次退火酸洗；

(d)冷轧；冷轧后的总压下率为70％以上；

(e)第二次退火酸洗。

优选的，所述步骤(a)的浇筑采用的是连铸，所述铸坯为连铸坯。

优选的，所述步骤(b)的保温温度为1100～1130℃，所述轧制的终轧温度控制在900℃以上。

优选的，所述步骤(c)第一次退火酸洗的退火温度为960～970℃。

优选的，所述步骤(d)的冷轧所用轧辊表面粗糙度控制在0.2～1.0微米。

优选的，所述步骤(e)第二次退火酸洗的退火温度为960～970℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、碳固溶在钢中可以提高钢的强度，但是排气管部件在实际工况，需承受一定范围内温度循环变化和冷凝液腐蚀，C原子容易偏聚，与其他原子结合，形成析出相，降低材料的耐晶间腐蚀，而本发明控制C含量≤0.01％，既能提高钢的强度又防止过量的C降低材料的耐腐蚀性能；

3、本发明采用Al作为脱氧剂，可以提高铁素体不锈钢的钢质纯净度，提高加工和成形性，但太高含量的Al会形成不良夹杂物，引起性能的不稳定，因此本发明选择0.03～0.08％的范围，可以提高钢质纯净度的同时，又防止产生不良夹杂物；

4、在不锈钢中Mn是强烈的奥氏体组织稳定元素，锰含量过高会有损于力学性能，本发明中Mn含量为0.5以下％，可以防止过高含量的Mn损害力学性能；

5、硅在不锈钢中能提高强度，但不利于韧性和加工性能，本发明中Si含量为0.5％以下，可以防止过高含量的硅损害韧性和加工性能；

6、磷在不锈钢中被视为有害元素，应尽量控制得越低越好；

7、硫在不锈钢中也被视为有害元素，尤其在本发明的不锈钢中，锰含量较高，因此须严格控制硫的含量，越低越好；

8、铬是不锈钢中最重要的合金元素，是提高耐蚀性的主要合金元素之一，铬形成Cr₂O₃致密的氧化膜，阻碍氧和金属离子的扩散，从而提高钢的耐蚀性，本发明中Cr含量在17～20％能够得到良好的耐腐蚀性能；

9、Mo的加入，用以提高耐腐蚀性能，本发明选择Mo含量高于0.40％，该含量的Mo使得不锈钢的耐腐蚀性能比较稳定；

10、V可以提高铁素体不锈钢的强度和硬度；

11、Ni可以提高铁素体不锈钢的强度；

12、Ti可以细化铁素体不锈钢的晶粒，提高焊接性；

13、氮作为合金元素存在于铁素体不锈钢中，可以提高不锈钢的耐蚀性以及延缓碳化物的析出等，但由于氮在不锈钢中的溶解度有限，氮含量控制在0.15％以下；

14、少量的铌在超纯铁素体不锈钢中以固溶和析出物存在，提高不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能；

15、少量的铜能提高强度和韧性，缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5％塑性显著降低。当铜含量小于0.50％对焊接性无影响；

16、本发明降低了C含量的同时，选用Nb、Ti和Mo的复合加入来提高耐腐蚀性能，Nb、Ti和Mo的复合加入比单独加入Nb、Ti或Mo的耐晶间腐蚀性能和耐氯离子腐蚀效果好。

17、本发明的耐腐性能与现有技术中用于高端车型上的436铁素体不锈钢差不多，比439铁素体不锈钢的性能好很多，但是由于本发明添加的较为昂贵的Mo含量较少，相对于436铁素体不锈钢大幅度降低了成本，具有良好的性价比；

18、由于本发明的铁素体不锈钢的耐腐蚀性能较好，在现有的油品质量下，用于制造冷端部件时，冷端部件的壁厚进行减薄，也能满足腐蚀性能的要求，因此可以实现对汽车的减重。

附图说明

图1为本发明的实施例1的金相照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

将铬含量53wt％、碳含量约为7-8wt％的高碳铬铁、铌含量65wt％的铌铁、钛含量72wt％的钛铁、硅含量75wt％的硅铁、纯铝、锰铁(MnFe)及钼含量60wt％的钼铁原料,按组分配比混合后用电炉-氩氧脱碳精炼法-真空吹氧脱碳精炼法冶炼六炉钢，，本发明的实施例所选用的化学组分如表1所示，

表1：本发明的实施例和对比例的化学组分含量表(wt％)

上述对比例1为436铁素体不锈钢，对比例2为439铁素体不锈钢，下同。

随后将钢水连铸成200mm连铸坯；

热轧：连铸坯于1100～1130℃保温，保温时间按1分钟/mm，保温后开始轧制，终轧温度控制在900℃以上。

第一次退火酸洗：热轧后退火酸洗，退火温度960～970℃，退火时间按1分钟/mm，用硫酸和氢氟酸等混酸酸洗。

冷轧：冷轧装备采用五连轧机组，轧辊表面粗糙度控制在0.2～1.0微米，且沿着铸坯的移动方向排列的轧辊上的表面粗糙度依次减小。总压下率为70％以上。

第二次退火酸洗：采用冷轧后退火酸洗，退火温度960～970℃，退火时间按1分钟/mm，用硝酸和氢氟酸混酸酸洗，得到样板

本发明实施例1的制成后的金相组织如图1所示，组织主要是铁素体，晶粒度在7级左右。

对退火处理后的样板进行取样及力学性能的测试。测试仪器为INSTRON5985，检验依据按JISZ2247执行。测得的力学性能见表2。

耐蚀性能实验按某一合资汽车标准进行，试样经过70个盐雾-氧化-高湿-干燥的循环，测量其最终腐蚀失重，以质量损失率(％)来评价，实验结果如表3所示。

表2：铁素体不锈钢实施例和对比例的力学性能

表3铁素体不锈钢实施例和对比例的耐蚀性能

实施例	质量损失率(％)
		1	1.30
2	1.31
		3	1.31
4	1.30
		5	1.30
6	1.31
		对比例1(436)	1.03
对比例2(439)	2.26

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢，其特征在于化学组分的质量百分数为：0.005％≤C≤0.01％，0.22％≤Si≤0.5％，0.15％≤Mn≤0.5％，Cr：17～20％，0.2％≤Ni≤0.5％，0.005％≤N≤0.015％，P<0.035％，S<0.010％，Ti：0.15～0.3％，Mo：0.40～0.75％，Al：0.03～0.08％，Nb：0.1～0.3％，0.02％≤V≤0.05％，Cu≤0.05％，余量为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢，其特征在于：C、N、Nb、Ti的含量满足：12(C+N)≤Nb+Ti≤0.4％。

3.用于制备如权利要求1或2所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)按照配比选择原料冶炼,，浇筑成铸坯；

(b)热轧：在保温下进行轧制；

(c)第一次退火酸洗；

(d)冷轧；冷轧后的总压下率为70％以上；

(e)第二次退火酸洗。

4.根据权利要求3所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)的浇筑采用的是连铸，所述铸坯为连铸坯。

5.根据权利要求4所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)的保温温度为1100～1130℃，所述轧制的终轧温度控制在900℃以上。

6.根据权利要求5所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)第一次退火酸洗的退火温度为960～970℃。

7.根据权利要求6所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(d)的冷轧所用轧辊表面粗糙度控制在0.2～1.0微米。

8.根据权利要求7所述的汽车排气系统冷端用铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(e)第二次退火酸洗的退火温度为960～970℃。