[发明专利]抗蠕变铁-铬-铝合金及其制品

说明书

本发明涉及抗热循环氧化并可热加工的、含稀土添加物、有改善的抗蠕变性能的铁-铬-铝合金。

出于抗高温氧化和改善氧化物表面目的而提供的含稀土添加物的铁-铬-铝合金是已知的。一般，这类合金具有在要求抗氧化性能的高温环境下有用的性能，而且已推荐它们可用作基体材料，如用于汽车工业中的催化转换器的基体以及用作气体炉或油炉中的耐火元件和辐射加热元件的基体。作为催化基体，金属基体有很多优于现有的陶瓷基体的优点。比如，金属基体基本上比陶瓷更耐冲击和耐震动，并有更大的热传导性。此外，金属基体可更容易地被加工成薄的箔和细小的蜂窝状结构以提供更大的表面积和更轻的重量。

1983年11月8日出版的美国专利4，414，023公开了一种抗氧化铁素体不锈钢合金，它含8～25%铬、3～8%铝、至少0.002到最多为0.05%的选自由铈、镧、钕和镨所组成的组份中的稀土添加物，而全部稀土的总量最多为0.06%。该合金也可用锆或用铌稳定化。铌的稳定化是基于一个准则，该准则提供在高温退火后，以最小的对抗热循环氧化性能的不利作用提供提高了温度的蠕变强度。

1974年12月3日出版的美国专利3，852，063叙述了一种铁-铬-铝合金，其特征是抗高温腐蚀性能和高温强度。该合金含0.05～3.0%、更好是0.1～0.5%的选自由铌和钛所组成的物组的一种元素和至少一种选自钇、铍和硼所组成的物组中的元素。未述及抗蠕变性能。

在J.N.Johnson的题为“Influence of Columbium on the 870°Creep Properties of 18% Chromium Ferritic Stainless Steel”（Society of Automotive Engineers，1981，Paper No.81 0035）的文章中述及了未结合的钶（即铌）的作用。未结合的铌未与碳或氮结合成碳化物或氮化物。该论文的结论是通过最多为0.6%的未结合的铌的结合及某一高的最终退火温度改善18%Cr钢的性能。其另一结论是蠕变强度随未结合铌的增加而线性地改善。该文未一般地公开Fe-Cr-Al合金，但确实述及了一种以钛稳定化的Fe-19.2%Cr-1.9%Al合金。无稀土添加物被公开。

1981年9月1日出版的美国专利4，286，986公开了一种含11～20%铬、0～5%铝、最多1.5%硅、最多5%钼及特定量的范围为0.63～1.15%的铌的抗蠕变不锈钢。通过使此钢退火至至少1900°F（1038℃），则1600°F（871℃）1200 psi （7.3MPa）的蠕变寿命得以改善。该合金不含任何的稀土添加物，而且也未谈及抗热循环氧化性能。

1989年8月22日出版的美国专利4，859，649述及一种抗蠕变和氧化的铁-铬-铝合金，它含有0.1～1.0%钼、0.003～0.8%稀土、钛和锆添加物，及最多为0.5%的用于稳定和抗蠕变的铌。

一种轧制的高铝不锈钢箔被述于1989年9月26日出版的美国专利4，870，046中，它被用作催化载体的基体。为避免变脆及有助于稳定，该合金含有至少一种选自由钛、铌、锆和铪所组成的物组中的元素。这里没有公开出于高温强度或抗蠕变性能的目的而用的铌。该合金可任选地含有最多0.5%的稀土和0.5～5%的钼、钨和钴以改善高温强度。

1991年9月3日出版的美国专利5，045，404谈到了用作催化载体的耐热不锈钢箔，这是一种铁-铬-铝合金，含0.06%以上的镧系元素形式的稀土及钛和铌中的一种或二种以改善用碳和氮稳定化的该热轧带钢的韧性。

本申请与申请号为＿于＿申请的中国专利申请（RL-1573）相关。

强加的汽车排放要求正推动着新的催化转换器的设计，以致使催化芯合金的抗蠕变性能变得非常重要。某些设计包含一种用直流电阻加热的芯。为了减少总重及限制将该芯组件加热到所需温度的必要的电能的量，一直努力将基体厚度从目前标准的0.002英寸（0.051mm）减下来。通过减小该箔带的截面，较薄的材料需要较高的、在提高了的温度下的机械完整性。此外，已发现，氧化皮膜在已制成的芯组件上的生长会在该下层的金属箔基体中产生拉应力，而该应力大得足以通过蠕变而引起永久性的变形。

仍需要可用较低成本的熔炼工艺生产而又能抗热循环氧化，同时又有足够的热加工性能的热-铬-铝合金。此外，需要这样一种合金，它能以非常可控的方式改善其抗蠕变性能，以便能通过将能提高该合金生产成本的任何处理变化，如退火减至最小而生产此合金，并将其加工至薄箔的尺度。