DE102023104526A1 - Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C, bestehend aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit Gehalten (in Gew.-%) anCr8 - 14%Al1 - 4%FeRest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungenindem die Legierung zu Blöcken gegossen wird,die Blöcke an Dicken zwischen 150 und 400 mm zu Brammen warmgewalzt oder geschmiedet werden,die Brammen im heißen Zustand entwederan Luft/Öl/Wasser bis auf Raumtemperatur abgekühlt werdenodererst mit einer Einlage in einer Ofenanlage im Temperaturbereich von 475°C bis 700°C eingelegt werden und nach einer Warmhaltephase mit einer Haltedauer zwischen 0,5 und 100 Stunden bei einer definierten Haltetemperatur zwischen 475°C und 700°C außerhalb der Ofenanlage bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren.
- Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen mit Gehalten an Chrom > 10 Gew.-% und Aluminium > 2 Gew.-% werden als metallische Trägerfolien für Katalysatoren bei Anwendungstemperaturen von 1000°C und darüber verwendet. Typischerweise sind dann die Gehalte dieser Legierungen an Chrom > 18 Gew.-% und Aluminium > 4,5 Gew.-%. Aufgrund dieser Legierungszusammensetzungen weisen diese Legierungen zwar bei hohen Temperaturen (> 1000°C) eine sehr gute Oxidationsbeständigkeit auf, aber auf der anderen Seite sind die hohen Gehalte an Chrom und Aluminium dafür verantwortlich, dass sich eine spröde Phase (sog. 475°C Versprödung) während des Fertigungsverlaufs des gegossenen Blocks in Warmumformprozessen an Bramme, Warmband, Kaltband und Folie ausbilden kann, sofern in der Prozessführung Temperaturen unterhalb von ca. 500°C auftreten. Die spröde Phase kann im Zusammenhang mit Materialspannungen zu erheblichen Materialbrüchen führen.
- Für Katalysatoren, die bis zu einer maximalen Temperatur ≤ 900°C eingesetzt werden, ist eine ausreichend gut für Oxidationsbeständigkeit der metallischen Trägerfolie (etwa 50 µm Foliendicke) notwendig, die bis zu dieser geringeren Anwendungstemperatur vorliegen muss.
- Die
DE 10 2012 004 488 A1 offenbart eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit verbesserter Warmfestigkeit, geringer Chromverdampfungsrate und guter Verarbeitbarkeit mit (in Masse-%) 2,0 - 4,5% AI, 12 - 25% Cr, 1,0 - 4,0% W, 0,25 - 2,0% Nb, 0,05 - 1,2% Si, 0,001 - 0,70% Mn, 0,001 - 0,030% C, 0,0001 - 0,05% Mg, 0,0001 - 0,03% Ca, 0,001 - 0,030% P, max. 0,03% N, max. 0,01% S, Rest Eisen und den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Bedarfsweise können die Elemente Y, Hf, Zr der Legierung zugesetzt werden. Einsatzgebiete dieser Legierung sind Interkonnektorplatten und/oder Bauteile in Zusatzaggregaten einer Festoxydbrennstoffzelle, wie insbesondere in einem Wärmetauscher sowie als Trägerfolie und/oder Drahtgeflecht in metallischen Abgaskatalysatoren. - Der
DE 103 10 865 B3 ist die Verwendung einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit guter Oxidationsbeständigkeit mit (in Masse-%) 2,5 - 5,0% AI, 10 - 25% Cr und 0,05 - 0,8% Si sowie Zugaben von > 0,01 - 0,1% Y und/oder > 0,01 - 0,1% Hf und/oder > 0,01 - 0,2% Zr und/oder > 0,01 - 0,2% Cer-Mischmetall (Ce, La, Nd) sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen für Komponenten in Dieselfahrzeugen und Zweitaktgeräten, insbesondere in Diesel- und Zweitaktmotoren, zu entnehmen. Aus der Legierung erzeugte Bauteile weisen nach einer Glühung bei 1100°C über 400 Stunden bei einer Metalldicke von 50 µm eine Längenänderung von < 4% auf. Als Bauteile können hierbei Trägerfolien in metallischen Abgaskatalysatoren sowie Komponenten in Abgasreinigungssytemen angesehen werden. - Die
DE 101 57 749 A1 betrifft eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit hoher Lebensdauer, mit (in Masse-%) > 2 - 2,6% Aluminium und > 10 - 20% Chrom sowie Zugaben von 0,1 - 1% Si, max. 0,5% Mn, 0,01 - 0,2% Y und/oder 0,01 - 0,2% Hf und/oder 0,01 - 0,3% Zr, max. 0,01% Mg, max. 0,01% Ca, max. 0,08% C, max. 0,04% N, max. 0,04% P, max. 0,01 % S, max. 0,05% Cu und jeweils max. 0,1% Mo und/oder W, Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen. Die Legierung ist einsetzbar als Heizelement, bspw. für den Einsatz in einem Haushaltsgerät oder als Konstruktionswerkstoff für den Einsatz im Ofenbau. Des Weiteren kann die Legierung in Form einer Folie für den Einsatz als Trägerfolie für Katalysatoren eingesetzt werden. - Die im Stand der Technik angesprochenen Werkstoffe werden industriell wie folgt hergestellt:
- Die Legierungen werden in Schmelzanlagen, wie z.B. Lichtbogen- oder Induktionsschmelzöfen, geschmolzen und dann in Blöcke gegossen. Die Blöcke werden an Brammen und die Brammen werden an Warmband warmgewalzt. Die weiteren Umformprozesse sehen mehrere Kaltwalzschritte mit Zwischenglühungen von Warmband an Band bzw. Folie vor. Zwischen den einzelnen Warm- und Kaltwalzschritten erfolgen Schleifvorgänge der Oberflächen sowie auch das Abtrennen von Brammenenden. Jeder Transportschritt von den Standorten der Walzanlagen erfolgt in einem sog. Heißtransport, bei dem die Materialtemperatur oberhalb von 500°C bis oberhalb 700°C gehalten werden muss, um die versprödende Phase zu unterdrücken. Nach dem Heißtransport werden die Materialstücke bei Ankunft in dem Werk, in dem der folgende Walzprozess stattfindet, in einer Ofenanlage bei einer Temperatur > 500°C eingelegt und auf Walztemperatur erhitzt. Auch bei längeren Wartephasen eines warmgewalzten Stücks bis zum Weitertransport zum nächsten Prozessschritt, werden diese Stücken in Ofenanlagen bei höheren Temperaturen gehalten um dann aus logistischen Gründen zu einem späteren Zeitpunkt mittels Heißtransport zum nächsten Prozessstandort transportiert zu werden. Die einzelnen Prozessschritte und die Heißtransporte sowie Wiedereinlage in einer Ofenanlage bei Temperaturen > 500°C umfassen folgende Stationen und Transporte:
- - Heißtransport des gegossenen Blocks
- - Ofeneinlage des Blocks bei > 500°C und Aufheizen auf Walztemperatur
- - Warmwalzen des Blocks an Bramme
- - Ofeneinlage der Bramme bei > 500°C und Aufwärmen sowie Halten auf höherer Haltetemperatur
- - Heißtransport der Bramme
- - Ofeneinlage der Bramme bei > 500°C und Aufheizen auf Walztemperatur
- - Warmwalzen der Bramme an Warmband
- - Heißtransport des Warmbands
- - Ofeneinlage des Warmbands bei > 500°C
- - Warmanwalzen des Warmbands an Band einer bestimmten Vorabmessung
- - Kaltwalzen an Band mit weiteren Zwischenglühungen bis Kaltwalzen an Folie.
- Das Warmwalzen des Blocks an Bramme kann bedarfsweise durch einen Schmiedeprozess ersetzt werden. Im Laufe der Prozessabfolge können noch Heißschleifprozesse erfolgen.
- Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C bereitzustellen, bei welchem der vorab beschriebene aufwendige Herstellungsprozess, insbesondere der Heißtransport, entbehrlich ist.
- Des Weiteren soll die Verwendung des Verfahrens für konkrete Anwendungsfälle unter Schutz gestellt werden.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C, bestehend aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit Gehalten (in Gew.-%) an
- Cr 8 - 14%
- AI 1 - 4%
- Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
- Die Gehalte der Elemente Cr, Al, Fe können wie folgt innerhalb des ursprünglichen Spreizungsbereichs modifiziert werden, nämlich
- Cr 10 - 13% 9-13% 9-12%
- AI 1 - 4 % 1 - 3,5 % 2 - 3,5 % 1,5-3 %
- Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
- Darüber hinaus besteht die Möglichkeit optional noch folgende Elemente in der Legierung vorzusehen:
- Y bis 0,3% und/oder
- Hf bis 0,3% und/oder
- La bis 0,3% und/oder
- Cer bis 0,3%, wobei Cer in Form von Mischmetallen (Ce, La, Nd) vorliegen kann.
- Des Weiteren besteht die Möglichkeit, der Legierung noch das Element Zr optional zuzugeben, wobei Gehalte von > 0 - max. 0,5 Gew.-% denkbar sind.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun möglich, dass im Falle eines Werkstoffs mit einer Legierungszusammensetzung von 8 - 14 Gew-% Chrom, sowie 1 - 4% Gew.-% Aluminium, Rest Eisen und Verunreinigungen, auf eine längere Haltephase über mehrere Stunden oder sogar über Tage in einer Ofenanlage bei einer Haltetemperatur deutlich oberhalb von 500°C verzichtet werden kann. Bei dem gemäß des Erfindungsgegenstandes vorliegenden Fertigungsprozess wird im Gegensatz zum Stand der Technik entweder die Bramme in Dickenabmessungen von 150 - 400 mm, bevorzugt 150 und 250 mm, im heißen Zustand nach dem Warmwalzprozess bzw. Schmiedeprozess von Block an Bramme direkt an Luft/Öl/Wasser abgelegt und auf Raumtemperatur abgekühlt oder in einer Ofenanlage bei einer Temperatur zwischen 475°C und 700°C eingelegt, von Walz/Schmiedeendtemperatur auf eine Temperatur zwischen 475°C und 700°C abgekühlt und bei einer definierten Haltetemperatur zwischen 475°C und 700°C mit einer Haltedauer zwischen 0,5 und 100 Stunden zum Temperaturausgleich über den Brammenquerschnitt gehalten. Anschließend wird die Bramme aus der Ofenanlage herausgenommen und die weitere Abkühlung bis Raumtemperatur erfolgt an Luft/Öl/Wasser.
- Mit diesem Prozess kann auf die aufwendigen Haltewärmprozesse (z.T. lang andauernde Haltephasen bei einer Haltetemperatur deutlich oberhalb vom 500°C) verzichtet werden, wobei sich eine erhebliche Vereinfachung des Fertigungsprozesses einstellt. Darüber hinaus weist die Folie eine ausreichend gute Oxidationsbeständigkeit in einem 400 Stunden Oxidationstest bei Temperaturen von 750°C bis etwa 900°C auf, die insbesondere die Anforderungen als Trägerfolie für Katalysatoren mit Maximalanwendungstemperaturen zwischen 750 und 900°C erfüllt.
- Des Weiteren wird die Verwendung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung von Trägerfolien für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C beansprucht.
- Tabelle 1 offenbart die chemische Zusammensetzung (in Gew.-%) einer beispielhaften Charge 155408 Tabelle 1
Element ist % C 0,019 S 0,002 N 0,005 Cr 11,63 Ni 0,15 Mn 0,23 Si 0,18 Ti 0,01 Cu 0,02 Fe 84,71 P 0,014 AI 2,90 Ca 0,001 Zr 0,04 Co 0,01 - Bereichsgrenzen einer bevorzugten chemischen Zusammensetzung einer Legierung, die für den erfinderischen Fertigungsprozess und für die beschriebenen Anwendungen gewählt werden kann, sind in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2
Element Min % Max % C 0,001 0,05 S 0,01 N 0,02 Cr 11 13 Ni 0,5 Mn 0,05 1 Si 0,02 0,5 Ti 0,05 Cu 0,5 Fe Rest P 0,03 AI 2,5 3,5 Ca 0,01 Zr 0,01 0,1 Co 0,5 - Die beschriebenen Legierungen können optional in einer Auswahl Gehalte von zusätzlichen Elementen wie Yttrium und/oder Hafnium und/oder Lanthan und/oder Cer enthalten.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012004488 A1 [0004]
- DE 10310865 B3 [0005]
- DE 10157749 A1 [0006]
indem die Legierung zu Blöcken gegossen wird,
die Blöcke an Dicken zwischen 150 und 400 mm zu Brammen warmgewalzt oder geschmiedet werden,
die Brammen im heißen Zustand entweder
an Luft/Öl/Wasser bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden
oder
erst mit einer Einlage in einer Ofenanlage im Temperaturbereich von 475°C bis 700°C eingelegt werden und nach einer Warmhaltephase mit einer Haltedauer zwischen 0,5 und 100 Stunden bei einer definierten Haltetemperatur zwischen 475°C und 700°C außerhalb der Ofenanlage bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Claims (8)
- Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C, bestehend aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit Gehalten (in Gew.-%) an
Cr 8 - 14% Al 1 - 4% Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen - Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei die Gehalte der Elemente Cr 9 - 13% AI 1,0 - 3,5% Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen in der Legierung eingestellt werden. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Gehalte der Elemente Cr 10-13% AI 2 - 3,5 % Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen in der Legierung eingestellt werden. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Gehalte der Elemente Cr 9-12% AI 1,5-3 % Fe Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen in der Legierung eingestellt werden. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei der Legierung optional noch folgende Elemente zugegeben werden: Y bis 0,3% und/oder Hf bis 0,3% und/oder La bis 0,3% und/oder Cer bis 0,3% - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei der Legierung optional das Element Zr in Gehalten > 0,0 bis 0,5% zugegeben wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bramme nach ihrer Abkühlung auf Raumtemperatur durch Warm-Kaltwalzprozesse an Band sowie an Folie gewalzt wird, wobei bedarfsweise mindestens ein Wärmebehandlungsprozess des Bandes, respektive der Folie, durchgeführt wird. - Verwendung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis7 zur Erzeugung von Trägerfolien für Katalysatoren mit Anwendungstemperaturen ≤ 900°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/DE2023/100264 WO2023208274A1 (de) | 2022-04-25 | 2023-04-06 | Verfahren zur herstellung einer trägerfolie für katalysatoren |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022109883.4 | 2022-04-25 | ||
| DE102022109883 | 2022-04-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023104526A1 true DE102023104526A1 (de) | 2023-10-26 |
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ID=88238472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023104526.1A Pending DE102023104526A1 (de) | 2022-04-25 | 2023-02-24 | Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für Katalysatoren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023104526A1 (de) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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-
2023
- 2023-02-24 DE DE102023104526.1A patent/DE102023104526A1/de active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10157749A1 (de) | 2001-04-26 | 2002-10-31 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung |
| DE10310865B3 (de) | 2003-03-11 | 2004-05-27 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung |
| DE102012004488A1 (de) | 2011-06-21 | 2012-12-27 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Hitzebeständige Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit geringer Chromverdampfungsrate und erhöhter Warmfestigkeit |
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