SE519588C2 - Förfarande för framställning av ferritiskt rostfritt stål, användning av detta som substrat för en katalysator samt katalysator - Google Patents

Description

25 30 519 ses lg; 2 den termiska utvidgningskoefficienten blir mycket hög och medför en allvarlig risk för termisk utmattning beroende på den upprepade värmning och kylning som uppstår vid användning som katalysatorbärare.

US-A-5 228 932 beskriver en Fe-Cr-Al legering med utomordentligt oxidationsmotstånd och motstånd mot sprödhet vid hög temperatur. Legeringen består av 10-28% Cr, 1-l0%Al, tillsättningar av B, La och Zr och balansen F e. Vid en aluminiumhalt högre än 6%, påstås det att folier av denna legering inte kan framställas med konventionella metoder. I detta fall tillämpas en alternativ framställningsmetod. Al tillsättes till ytan av legeringen medelst sputtring, plätering, etc.. Efter detta homogeniseras folien genom en värmebehandling.

Med hänsyn till den tidigare kända tekniken har det furmits en fordom emot att öka aluminiumhalten till nivåer över 8%, fastän detta är önskvärt beroende på förbättrat oxidationsmotstånd när aluminiumhalten är högre. Huvudskälet till denna motvilja att öka aluminiumhalten består i antagandet att en ökning av aluminiumhalten försämrar varm- och kallbearbetbarheten såsom vid vann- och kallvalsning till tunn plåt.

Det problem som lösts med föreliggande uppfinning är därför att förbättra oxidationsmotståndet hos fenitiska rostfria stål och samtidigt upprätthålla en god varm- och kallbearbetbarhet, särskilt med hänsyn till användningen av legeringen som katalysatorbärare i fonn av tunna folier.

Med föreliggande uppfinning har detta problem lösts genom att ange en ny klass av ferritiska rostfria stål enligt krav 1 som framgångsrikt kan utsättas för omfattande varrn- och kallvalsning trots ett högt aluminiuminnehåll (> 8,0 % och S 12 % aluminium).

Föreliggande uppfinning anger därmed ett ferritiskt rostfritt stål, lämpligt för band använt i katalytiska avgasrenare, bestående av (i vikts- %): 15-21 % Cr; 8-12 % Al; 0,01-0,09 % Ce; 0,02-0,l % totalt av REM; och eventuellt mindre mängder av ytterligare element, andra än de som närrmts ovan, balansen järn med normalt förekommande föroreningar, som antingen delvis 10 15 20 25 30 519 588 3 sammanfaller med de eventuella mindre mängderna av ytterligare element eller utgörs av andra element.

Sådana eventuella mindre mängder av ytterligare element kan t. ex. vara följande: f 0,015 % Ca; f 0,3% Ti (helst f 0,2 %, helst f0,015 %); f O,5% Zr (helst S 0,2 %, helst f0,1%); f O,5% Ni; f 0,5 % Mo; f 0,3% V (helst S0,1%); f 0,3 % Nb (helst S 0,1 %).

Enligt föredragna utföringsfonner av uppfinningen kan legeringen innehålla: , totalt V, Ti, Nb och/eller Zr av 0,05-1,0 %; 0,03-0,l % V; 19-21 % Cr; 0,2-0,4 % Mn; och/eller 0,1-0,4 % Si.

Vidare innehåller legeringen enligt uppfinningen 0,01 till 0,03 vikts-% Ce och 0,02 till 0,05 REM. Återigen noteras att ceriumhalten är inkluderad i REM- innehållet.

Beroende på vilket utgångsmaterial som används, kan ett antal föroreningar förekomma i legeringen enligt uppfinningen. För dessa föroreningar ska följande maximihalter iakttagas: S 0,02% C, helst S 0,015%; S 0,025 % Mg, helst S 0,020 %, helst S 0,015 %; S 0,1 % N, helst S 0,025 % N, helst S 0,015 N; S 0,02 % P; S 0,005 % S; S 0,1 % W; 10 15 20 25 30 519 588 ...w- S0,l %Co; 50,1 %Cu; _<_0,1%Sn.

Stålet kan framställas genom att tillverka en smälta med den önskade analysen, gjutning, varmvalsning och kallvalsning till tunn plåt.

För att illustrera, men inte begränsa, kommer uppfinningen nu att beskrivas med hänvisning till ritningen. Fig. 1 visar inverkan av aluminiumhalten på högtemperaturegenskaper hos Fe-Cr-Al-legeringar. Sammansättningama för legeringarna är enligt uppfinningen. Proven har utförts på prov i formen av l mm tjock plåt.

Föreliggande uppfinning anger ett järn-krom-aluminium bandstål användbart för tillverkning av monoliter för katalysatorer. Stålet innehåller en högre aluminiumhalt än konventionella substratmaterial för att förlänga livstiden och höja maximitemperaturen för katalysatom. Stålet innehåller även tillsatser av REM som förbättrar vidhäftningen av ytoxiden och förhindrar följaktligen avskalning.

En metallbaserad monolit erbjuder många fördelar i jämförelse med en keramisk. Till exempel ger den metallbaserade monoliten bättre tennisk ledningsfönnåga, kortare ”light-off tid” och mindre risk för överhettning.

För denna typ av tillämpning är det en fördel att använda material i form av mycket tunn folie, typiskt med en tjocklek av 20 till 50 um. Tjockleken av folien är minskad för att reducera motståndet för avgasen som strömmar genom katalysatom, men även för att förbättra förbränningens effektivitet. För att förbättra effektiviteten av förbränningen, har man höjt användningstemperaturen för katalysatom. Detta har skapat ett behov av ännu mer oxidationsresistenta substratmaterial.

Det är välkänt att oxidationsmotståndet hos vännebeständiga Fe-Cr-Al- legeringar beror på bildandet av ett kompakt, kontinuerligt skikt av aluminiumoxid, (ot- Al2O3) på ytan av legeringen. Huvudorsaken för att bestämma livstiden för en katalysator är mängden av Al i materialet. Vid användning av katalysatom, flyttar sig Al- atomer i substratmaterialet mot ytan av legeringen genom diffusion, för att bilda aluminiumoxid.

Detta medför en minskning av aluminiumhalten i substratmaterialet. Bildandet av ot- Al2O3 framskrider till en punkt då aluminiumhalten i substratmaterialet är alltför låg för 10 15 20 25 519 sas t: 5 att bilda ot-AIZO, Vid denna punkt uppstår så kallad ”break-away oxidation”, genom snabb oxidation av Fe och Cr. Bildandet av Fe- och Cr-oxider medför splittring av det skyddande skiktet av ot-AIZO, och oxidationen accelererar ytterligare.

Den ökande användningstemperaturen för katalysatom medför accelererad oxidationskinetik. Al-atomema i substratmaterialet förbrukas snabbare. Detta betyder en kortare livslängd för katalysatom.

Föreliggande uppfinning har utvecklats för att förbättra oxidationsmotståndet hos substratmaterialet och därigenom möta kraven för framtida katalysatorer. Detta har gjorts genom att höja aluminiumhalten i en konventionell legeiing. Förbättringen av oxidationsmotståndet uppnås tillsammans med en utomordentlig vann- och kallbearbetbarhet.

Oxidationsegenskaperna hos stålet enligt uppfinningen visas i Fig 1.

Procenttalen definierade i F ig l hänvisar till aluminiumhalten. Diagrammet visar viktökningen som funktion av hålltiden vid ll0O°C. Diagrammet visar tydligt den positiva effekten av en högre aluminiumhalt på oxidationsegenskapema. Som ovan nämnts, har proven utförts på prov i formen av 1 mm tjock plåt. Det framgår tydligt av detta diagram att viktökningen beroende på oxidation var betydligt mindre för de två legeringariia enligt uppfinningen, dvs de två med aluminumhalter på 9,5 och 11,5 % respektive. Den kompletta analysen av dessa två legeringar motsvarar stålen nr 4 och 5, respektive, i Tabell l. Legeringarna ”5,6” och ”7,6” i Fig 1 avser stålen nr. 8 och 9, respektive, i Tabell 1. Den lägre viktökningen, dvs den lägre alurniniumförbrukningen, tillsammans med den högre aluminiumhalten, leder till en längre livslängd för katalysatom.

Stålet enligt uppfinningen kan framställas genom att tillverka en smälta med den önskade analysen, gjutning, vaiinvalsning och kallvalsning till tunn plåt.

Sammansättningen omfattar helst de procenttal (vikts-%) som definieras ovan.

Exempel på legeringar i enlighet med uppfinningen framgår av följande Tabell 1. 3 i"v\ Hšliïlß; Ü. . .¿; 538 M t*

Claims (12)

10 15 20 25 30 519 588 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av ett ferritiskt rostfritt stål, lämpligt som substrat för en katalysator, kännetecknat av att stålet består av, i vikts-%: 15-21 % Cr; 8-12 % A1; 0,01-0,09 % Ce; 0,02-0,1 % total av REM; och eventuellt mindre mängder av ytterligare element, andra än de som nämnts, balansen järn med normalt förekommande föroreningar, som antingen delvis sammanfaller med de eventuella mindre mängderna av ytterligare element eller utgörs av andra element, kånnetecknat av att stålet framställs genom smältning, gjutning, varmvalsning och kallvalsning till tunn plåt.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att stålet innehåller 0,01 till 0,03 % Ce.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att stålet innehåller 0,02 till 0,05 % REM.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att stålet innehåller 19 till 21 % Cr.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att stålet innehåller: S 0,3 % V; S 0,3 % Ti; S 0,5 % Zr; S 0,3 % Nb. 10 15 20 25 30 519 588 “X

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att stålet innehåller 0,1 till 0,4 % Si.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att stålet innehåller: 5 0,015 % Ca; 5 0,5% Ni; 5 0,5 % Mo.

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kånnetecknat av att stålets totala innehåll av V, Ti, Nb och/eller Zr är 0,05 till 1,0 %.

9. Förfarande enligt något av Föregående patentkrav, kånnetecknat av att stålet innehåller: S 0,1 % V; S 0,2 % Ti; S 0,2 % Zr; S 0,1 % Nb.

10. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att stålet vidare innehåller: S 0,02% C; s 0,025 % Mg; S 0,1 % N; S 0,02 % P; S 0,005 % S; S 0,1 % W; S 0,1 % Co; S 0,1 % Cu 5 0,1 % Sn. 519 588 av

11. Användning av ett ferritiskt rostfritt stål framställt enligt något av patentkraven 1-10 som katalysatorsubstrat för avgasreningsanordningar for bilar.

12. Katalysator för bilavgaser, kännetecknat av att substratet för det katalytiskt aktiva materialet är tillverkat av en tunn folie av ferritiskt rostfritt stål framställt enligt något av patentkraven 1 till 10.