專利名稱：抗氧化和防腐蝕的含鉬奧氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明涉及一種抗氧化和防腐蝕奧氏體不銹鋼。更具體地說，本發(fā)明涉及一種適于在高溫和腐蝕環(huán)境下，例如在汽車排氣系統(tǒng)部件中使用的奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼特別適用于在高達(dá)1800°F溫度和腐蝕環(huán)境例如富含氯化物的水中使用的部件。
背景技術(shù)：
在汽車排氣系統(tǒng)部件的制造中，共同的目標(biāo)是降低成本和減輕重量，同時(shí)還保持系統(tǒng)的整體性。通常，為了減輕部件的重量，用薄的不銹鋼材制造用于這些領(lǐng)域的汽車部件，因此，部件必須是高度防腐的，以防止因穿孔或其他方式而出現(xiàn)腐蝕破壞。防腐是復(fù)雜的，這是因?yàn)樵谀承┢嚺艢庀到y(tǒng)領(lǐng)域中使用的部件是在高溫下嚴(yán)酷的腐蝕性化學(xué)環(huán)境下工作的。特別是，汽車排氣系統(tǒng)部件和其他汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件因排出的熱廢氣在高溫條件下工作時(shí)受到路面防凍鹽的污染。在這些條件下工作的不銹鋼和其他金屬部件對(duì)稱作熱鹽腐蝕的腐蝕侵蝕復(fù)雜方式是敏感的。
通常，在高溫下，不銹鋼部件對(duì)暴露在空氣的表面上發(fā)生氧化，以形成金屬氧化物保護(hù)層。氧化物層保護(hù)底層的金屬并降低其進(jìn)一步氧化和其他形式的腐蝕。但是，路面防凍鹽的沉積會(huì)侵蝕和剝蝕該氧化物保護(hù)層。當(dāng)氧化物保護(hù)層被剝蝕時(shí)，底層金屬便裸露出來并且對(duì)嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境變得敏感。
因此，為汽車排氣系統(tǒng)部件選擇的金屬合金應(yīng)能在要求條件的范圍內(nèi)使用。汽車排氣系統(tǒng)部件的使用壽命是關(guān)鍵，因?yàn)橛脩?、?lián)邦條例對(duì)延長(zhǎng)壽命有要求，制造商的保單對(duì)此也有要求。為了使汽車排氣系統(tǒng)部件選擇更復(fù)雜的合金，在這些領(lǐng)域中，近來的發(fā)展是采用金屬撓性連接管，連接管的作用是可將兩個(gè)固定的排氣系統(tǒng)部件柔順地連接在一起。采用撓性連接管可以減緩與使用焊接、滑移和其他連接有關(guān)的問題。在撓性連接管所用材料的選擇應(yīng)經(jīng)受高溫腐蝕環(huán)境，兩者都必須是可成型的，并且耐熱鹽腐蝕和各種其他腐蝕，例如中溫氧化，一般腐蝕，和氯化物應(yīng)力的蝕裂。
汽車排氣系統(tǒng)撓性連接管中使用的合金在受到諸如路面防凍鹽的污染后經(jīng)常要經(jīng)受高溫的條件。鹵化物鹽會(huì)起助熔劑的作用，除去一般在高溫下連接管上所形成的保護(hù)的氧化皮。在這種條件下，連接管會(huì)剝蝕得相當(dāng)快。因此，單靠簡(jiǎn)單的空氣氧化試驗(yàn)不足以真實(shí)地再現(xiàn)使用中的防腐蝕剝蝕。
汽車工業(yè)采用幾種合金制造汽車排氣系統(tǒng)部件。這些合金包括低成本的中度耐腐蝕材料到高成本的耐腐蝕性更大的高級(jí)合金材料。成本較低的中度耐腐蝕合金是AlSi型316Ti(UNS登記號(hào)S31635)。如果將316Ti型不銹鋼置于高溫下，那么腐蝕的就更快，因此，當(dāng)溫度高于約1200°F時(shí)，一般在汽車排氣系統(tǒng)撓性連接管中不使用這種型號(hào)的不銹鋼。316Ti型不銹鋼通常僅用于不在高排氣溫度下運(yùn)行的汽車排氣系統(tǒng)部件。
通常采用成本更高、更高級(jí)的合金材料以制造在高溫下工作的汽車排氣系統(tǒng)所用的撓性連接管。制造高溫腐蝕環(huán)境下使用的撓性連接管用的典型合金是UNS登記號(hào)N06625的奧氏體鎳基超級(jí)合金，它是一種市售商品，例如ALLEGHENY LUDLUM ALTEMP625(下文稱為“AL 625”)。AL 625是一種奧氏體鎳基超級(jí)合金，在較寬的腐蝕條件下具有優(yōu)異的抗氧化和防腐性，并且具有極好的可加工性和高的強(qiáng)度。UNS登記號(hào)N06625合金一般含有(按重量計(jì))約20～25％鉻，約8～12％鉬，約3.5％鈮和4％鐵。盡管選用這種類型的合金制造汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管最好，但是與316Ti型不銹鋼相比，其價(jià)格相當(dāng)昂貴。
汽車排氣系統(tǒng)部件制造商可以采用其他合金制造排氣系統(tǒng)撓性連接管。但是，這些合金中沒有一種具有高耐腐蝕性，尤其是在高溫和腐蝕性污染物例如在路面防凍鹽中使用時(shí)。
因此，人們對(duì)在高溫腐蝕性環(huán)境下使用的防腐材料有一種需求，這種防腐蝕材料與高級(jí)合金，例如UNS登記號(hào)N06625合金不同，并且，生產(chǎn)成本比這類超級(jí)合金低。更具體地說，人們對(duì)鐵基合金有一種需求，可將這種鐵基合金制成諸如輕質(zhì)撓性連接管和汽車排氣系統(tǒng)其他部件，并且抵抗高溫下諸如鹽沉積物和其他路面防凍產(chǎn)品類腐蝕性物質(zhì)的腐蝕。
發(fā)明概要本發(fā)明致力于上述需求，提供了一種奧氏體不銹鋼，它包含19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅。向鐵基合金中添加鉬增強(qiáng)了其高溫下的防腐性。
本發(fā)明還提供了一種主要由19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)組成的奧氏體不銹鋼。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼在高達(dá)至少1500°F的較寬溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)的耐鹽腐蝕性。如上所述，本發(fā)明還提供了用奧氏體不銹鋼制造的制品。因此，本發(fā)明不銹鋼具有更寬的應(yīng)用領(lǐng)域，例如用于制造汽車部件，更具體地說，制造汽車排氣系統(tǒng)部件和撓性連接管，以及在需要耐腐蝕的其他領(lǐng)域中應(yīng)用。本發(fā)明的合金具有優(yōu)異的高溫抗氧化性，因此，在高溫條件下具有更寬的用途，例如用作加熱元件殼套。本發(fā)明也提供了用奧氏體不銹鋼制造的制品，所述奧氏體不銹鋼含有19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅。
在下面本發(fā)明實(shí)施方案詳細(xì)描述中的見解下讀者將體會(huì)到本發(fā)明的上述細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)以及其它。在制造和/或使用本發(fā)明的不銹鋼時(shí)，讀者還會(huì)領(lǐng)悟到本發(fā)明的其他一些細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述參照附圖可以更容易理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是對(duì)比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下試驗(yàn)72小時(shí)的本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖2是對(duì)比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1500°F下試驗(yàn)72小時(shí)的本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖3是對(duì)比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下試驗(yàn)的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接淚珠狀試樣進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖4是對(duì)比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且在1500°F下試驗(yàn)的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接淚珠狀試樣進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖5是圖示說明典型腐蝕金屬試樣按照用于簡(jiǎn)單靜態(tài)氧化試驗(yàn)的ASTMG54-標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)操作的分析結(jié)果而說明；圖6是對(duì)比本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金試樣按照ASTM G54對(duì)涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層的焊接淚珠狀試樣在1200°F下試驗(yàn)結(jié)果的滲透深度圖；圖7是對(duì)比本發(fā)明合金試樣(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金按照ASTM G54對(duì)涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層的焊接淚珠狀試樣在1500°F下試驗(yàn)結(jié)果的滲透深度圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種耐高溫腐蝕的奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的耐腐蝕奧氏體不銹鋼特別可用于汽車工業(yè)，更具體地說，用于汽車排氣系統(tǒng)部件。奧氏體不銹鋼是包括鐵、鉻和鎳的合金。一般情況下，奧氏體不銹鋼用于需耐腐蝕的領(lǐng)域中，其特征在于鉻含量高于16％，鎳含量高于7％。
通常，腐蝕過程是金屬或金屬合金與其環(huán)境的反應(yīng)過程。金屬或合金在特定環(huán)境下的耐腐蝕通常至少部分由其組成和其他因素確定。腐蝕的副產(chǎn)物通常是金屬氧化物，例如氧化鐵、氧化鋁、氧化鉻等。在不銹鋼上形成某些氧化物，尤其是氧化鉻是有利的，它有效地阻止了底層金屬的進(jìn)一步剝蝕。腐蝕會(huì)因加熱或腐蝕劑的存在而加速。
汽車領(lǐng)域中使用的不銹鋼的耐腐蝕性因高溫條件下遭受路面防凍鹽的污染而變得復(fù)雜。這種污染由于高溫下形成的氧化物和污染鹽間的相互作用而導(dǎo)致腐蝕的形式復(fù)雜化。高溫氧化的特征是通過金屬直接與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，形成氧化物保護(hù)層。汽車部件上沉積的路面防凍鹽會(huì)侵蝕和剝蝕氧化物保護(hù)層。當(dāng)保護(hù)層剝蝕時(shí)，底層金屬進(jìn)一步受到腐蝕。鹵化物鹽，尤其是氯化物鹽促進(jìn)侵蝕的局部形成，例如蝕坑或晶粒界面氧化。
本發(fā)明奧氏體不銹鋼包括1～6％(重量)鉬。鉬是作為合金化劑加入的，以使合金具有耐腐蝕性、韌性、強(qiáng)度和耐高溫蠕變性。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼還包括19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳和小于0.8％(重量)硅。本發(fā)明奧氏體不銹鋼的高溫耐腐蝕性優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)316Ti型合金，因此，將更廣泛地用作一種汽車排氣部件。但是，本發(fā)明的這種耐腐蝕性的成本比UNS登記號(hào)N06625合金的低，因?yàn)楸景l(fā)明是一種鐵基合金，而N06625合金是更昂貴的鎳基超級(jí)合金。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼優(yōu)選含有高于2％(重量)的鉬。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案包括小于4％(重量)的鉬。這種鉬濃度以合理價(jià)格改善了耐腐蝕性。向本發(fā)明奧氏體不銹鋼中添加的0～0.8％(重量)硅使合金具有更大的氧化皮的粘附性。硅形成一層阻止底層金屬進(jìn)一步氧化的表面氧化物薄層。本發(fā)明可任選地含有其他合金組分，例如碳、錳、磷、硫和銅。本發(fā)明的不銹鋼還可含有例如0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁和其他不可避免的雜質(zhì)。
電加熱元件殼套一般包括一個(gè)密封在金屬殼套中的電阻導(dǎo)體。電阻導(dǎo)體可支承在殼套內(nèi)并通過致密的耐火材料包裹層(導(dǎo)熱材料)與殼套電絕緣。電阻導(dǎo)體通常是螺旋狀纏繞的金屬絲部件，而導(dǎo)熱耐火材料可以是粒狀氧化鎂。
制備本發(fā)明的不銹鋼，并評(píng)估在高溫腐蝕性環(huán)境下的耐腐蝕性。使兩種合金熔體與包括19～23％(重量)鉻和30～35％(重量)鎳的目標(biāo)組合物熔融。第一種合金具有2％的目標(biāo)鉬，第二種合金具有4％的目標(biāo)鉬。表1中示出了本發(fā)明合金熔體試樣1和試樣2的實(shí)際組成。試樣1含1.81％(重量)鉬，試樣2含3.54％(重量)鉬。試樣1和2合金按常規(guī)方法制備，更具體地，通過真空熔融合金組分而制備濃度接近目標(biāo)規(guī)格。然后破碎所形成的金屬錠并在約2000°F的溫度下進(jìn)行熱軋，制成厚度為0.1英寸，寬度為7英寸的板。對(duì)制成的板進(jìn)行噴砂處理并用酸除去氧化皮。然后冷軋板材，使其厚度為0.008英寸，并在惰性氣體中進(jìn)行退火處理。將形成的板材制成兩面平滑的試片和焊接的淚珠狀試樣。
為比較起見，獲取其他市售的合金，并制成平滑的試片和焊接的淚珠狀試樣。將試樣3熔制成市售AlSi 332型(UNS登記號(hào)S08800)規(guī)格。332型合金是一種組成與試樣1和2類似的奧氏體不銹鋼，但不包括預(yù)先添加的鉬。332型合金通常是一種旨在耐高溫氧化和碳化的鎳鉻不銹鋼。表1示出了試驗(yàn)332型試樣的分析結(jié)果。332型合金一般可以作為包含約32％(重量)鎳和約20％(重量)鉻的我們的合金。選擇332型合金是為了進(jìn)行比較，以確定在熱鹽腐蝕試驗(yàn)中在試樣1和2中因添加鉬而改進(jìn)耐腐蝕性。
為比較也試驗(yàn)了AlSi型316Ti(UNS登記號(hào)S31635)(試樣4)和AL625(UNS登記號(hào)N06625)(試樣5)的試樣。目前用于汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管中采用這兩種合金，因?yàn)樗鼈兪强沙尚蔚牟⑶夷椭袦匮趸?，一般的腐蝕，和氯化物應(yīng)力腐蝕龜裂，尤其是在高含量的路面污染物例如防凍鹽的存在下。表1示出了試樣4和5的組成。AlSi 316Ti型合金是當(dāng)前在低溫汽車排氣系統(tǒng)中撓性連接管領(lǐng)域中所用的低成本合金。另一方面，AL 625是一種當(dāng)前應(yīng)用范圍較廣的成本較高的材料，包括用作溫度高于1500°F的汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管。
試樣1試樣2 試樣3 試樣4 試樣5T332+2Mo T332+4Mo T332 T316Ti AL625合金C 0.0200.019 0.013 0.08最大0.05N -- 0.0045 -- 0.10最大--Al 0.34 0.30 0.55 0.30Si 0.37 0.40 0.41 0.75最大0.25Ti -- 0.35 0.37 0.700.30Cr 20.7220.70 20.55 16-18 22.0Mn 0.95 0.91 0.97 2最大 0.30Fe 平衡量4.0Ni 31.0730.74 31.19 10-14 平衡量Nb -- -- -- -- 3.5+TaMo 1.81 3.54 0.19 2-3 9.0設(shè)計(jì)一種試驗(yàn)，以確定在有沉積的腐蝕固體存在下上述試樣的耐高溫腐蝕性和抗氧化性。專門的腐蝕試驗(yàn)的實(shí)施是模擬這些高溫腐蝕環(huán)境?，F(xiàn)在，對(duì)合金耐高溫鹽腐蝕進(jìn)行的最多的試驗(yàn)分為“杯”試驗(yàn)或“浸漬”試驗(yàn)。
在杯試驗(yàn)中，合金試樣被置于一個(gè)一般為Swift或Erichsen幾何狀的杯中。然后，杯中裝滿已知體積的具有已知鹽濃度的試驗(yàn)水溶液。在爐中蒸發(fā)掉杯中的水，留下涂在試樣上的鹽。在循環(huán)或等溫條件下使試樣經(jīng)受高溫，評(píng)估試樣的耐鹽腐蝕。在浸漬試驗(yàn)中，將平板狀或U形彎曲狀的試樣浸入具有已知鹽濃度的水溶液中。在爐中蒸發(fā)掉水，留下涂在試樣上的鹽。然后評(píng)估試樣的耐鹽腐蝕。
但是，用上述兩種試驗(yàn)確定耐鹽腐蝕存在一些問題。試驗(yàn)結(jié)果可能不一致，并且試驗(yàn)與試驗(yàn)之間不易于進(jìn)行對(duì)比，原因是在整個(gè)要試驗(yàn)的表面上鹽的涂層是不均勻的或試樣之間是不一致的。采用杯試驗(yàn)或浸漬試驗(yàn)，鹽一般在最后干燥的區(qū)域沉積得最為密集。為了迫使鹽更均勻地沉積在試樣上，本發(fā)明人采用了簡(jiǎn)單的施鹽方法。方法包括在一平板試樣上噴霧一種含鹽水溶液。采用該方法，可以用主要由溶解在去離子水中的氯化鈉組成的氣溶膠噴霧沉積一層均勻的鹽層。在氣溶膠噴霧沉積中，加熱試樣至約300°F，以確保水從水溶液中快速、均勻地蒸發(fā)。在噴霧之間，通過稱重監(jiān)控沉積鹽量，并用表面濃度(mg鹽/cm2試樣表面積)表示。計(jì)算表明如果小心地采用該方法，可使鹽的沉積控制在約±0.01mg/cm2。噴霧后，可在仍是試驗(yàn)空氣或需要時(shí)各種其他環(huán)境條件下的馬弗爐中，在高溫下對(duì)試樣進(jìn)行至少一次72小時(shí)的熱循環(huán)處理。試驗(yàn)中，為避免其他試驗(yàn)材料間的交叉污染，最好采用專門的試驗(yàn)爐和試驗(yàn)器皿。試驗(yàn)后，單獨(dú)稱重試樣和收集的各種未粘附的腐蝕產(chǎn)品。結(jié)果用比重表示，如上所述，以相對(duì)于原始(未涂覆的)樣品重量的改變值表示。
最初對(duì)平板試片進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)閷?duì)熱鹽腐蝕敏感的篩選合金而言，這是最簡(jiǎn)便的方法。在試驗(yàn)前，測(cè)定每一試樣的重量。對(duì)每一1×2英寸的試驗(yàn)合金試樣施加一層均勻的鹽層。將溶解在去離子水中的氯化物鹽稀釋的水溶液噴霧在每一個(gè)這樣的試樣上。在加熱板上預(yù)熱試樣至大約300°F，以確保水快速、均勻地從溶液中蒸發(fā)。每次噴霧后，通過稱重監(jiān)控每一試樣上沉積的鹽量。噴霧后，將試樣置于高型的氧化鋁坩堝中，并在馬弗爐中進(jìn)行1500°F的高溫處理。在仍是試驗(yàn)空氣的高溫下，一般處理周期是72小時(shí)。處理后，稱重樣品。分別收集和稱重任何未粘附的腐蝕產(chǎn)品。試樣的各種計(jì)算值的增加或減少是由于金屬與氣氛的反應(yīng)以及由涂層的各種剩余鹽的緣故。施加的鹽量由于與環(huán)境發(fā)生相互作用，而通常大大低于重量改變，這樣，一般就會(huì)低估。
還要試驗(yàn)成型或焊接造成的殘余應(yīng)力的影響。對(duì)這試驗(yàn)，將試樣加工成焊接的“淚珠狀”試樣。通過在夾具上將0.062″厚的平板試樣彎曲成淚珠狀而制造“淚珠狀”試樣，然后自熔焊接搭配的邊緣。在經(jīng)受高溫之前，采用類似于涂覆平板試樣的方法，用氯化物鹽涂覆試樣。對(duì)淚珠狀的涂覆不以定量的方式施加。但是，涂覆的結(jié)果是沉積一層平坦、均勻的鹽層。估算沉積在淚珠狀試樣外表面上的鹽量約為0.05～0.10mg/cm2。將涂覆的試樣置于自動(dòng)的熱重量循環(huán)氧化的實(shí)驗(yàn)室裝置中。每24小時(shí)，通過蒸發(fā)除去每一試樣上的鹽涂層，然后稱重試樣，以確定因置于環(huán)境中造成的重量減少或增加。稱重后，再施加鹽涂層并繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。
表2綜合了對(duì)試樣1～5每一試樣進(jìn)行的試驗(yàn)。表2 試驗(yàn)樣品具有相同的基質(zhì)品種 試片試驗(yàn) 淚珠狀試驗(yàn)試樣1本發(fā)明 ----試樣2本發(fā)明0.008″厚 0.061″厚試樣3T-332 0.008″厚 0.058″厚試樣4T-316Ti 0.008″厚 0.062″厚試樣5AL625 0.008″厚 0.059″厚腐蝕試驗(yàn)結(jié)果利用平板試片試驗(yàn)提供了一個(gè)性能的初步測(cè)量，然后進(jìn)行焊接的淚珠狀試驗(yàn)，以證實(shí)平板試片試驗(yàn)和擴(kuò)展試驗(yàn)的結(jié)果。
平板試片試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)是對(duì)表1所列的四種試驗(yàn)材料，即試樣2～5的平板試片試樣進(jìn)行的，測(cè)定增加的鹽濃度和提高的溫度對(duì)合金的耐腐蝕影響。表1中所列的試樣2～5對(duì)以未施加鹽涂層和施加0.05mg/cm2和0.10mg/cm2鹽涂層的每一組成的試片進(jìn)行試驗(yàn)。試片是在兩個(gè)溫度，即1200°F和1500°F下進(jìn)行試驗(yàn)。在涂覆鹽之前，先稱重試樣，確定其原始重量，然后對(duì)每一試驗(yàn)涂覆適當(dāng)量的鹽，并將其置于1200°F的環(huán)境中，以測(cè)定每一合金的耐熱鹽氧化腐蝕。在高溫下暴露72小時(shí)后，從爐中取出試樣，使其冷卻至室溫。除去留在試樣上的鹽，并稱重試樣，確定最終的試樣重量。
圖1示出了平板試片試樣熱氧化腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果。圖1是對(duì)比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下試驗(yàn)72小時(shí)的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣的熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖。重量改變是用最終的試樣重量減去原始的試樣重量得到的，然后該結(jié)果除以平板試片試樣的原始表面積。
在該試驗(yàn)中所有的合金在1200°F下都很好進(jìn)行。每一合金的每一試樣表明重量稍有增加，這指出有粘附氧化物層形成。如果它仍粘附在金屬的表面上，那么形成的該金屬氧化物層對(duì)材料體起保護(hù)作用。通常，隨著鹽涂層量的增加，試樣的重量增加變大。結(jié)果表明隨著鹽濃度的增加，試樣表面的氧化程度增大。T316Ti(試樣4)的重量增加最大，超過1mg/cm2，而本發(fā)明的合金(試樣2)和T332(試樣3)的重量增加最小，低于0.5mg/cm2。
在1500°F下，對(duì)相同的試樣進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，結(jié)果示于圖2中。正如所預(yù)料的，低溫用的合金T-316Ti使用得較差。注意到有嚴(yán)重的剝落，而且，涂有0.05mg/cm2和0.10mg/cm2的試片每平方厘米的原始表面積損失10毫克以上。該試驗(yàn)證實(shí)了T-316Ti是不適于在高溫(1200°F以上)下使用，并且證實(shí)了用于對(duì)比合金耐熱鹽氧化開展的試驗(yàn)方法的可靠性。所有其他試驗(yàn)合金進(jìn)行得很好。T-332(試樣3)在該試驗(yàn)條件下示出的重量損失約為1.3mg/cm2。成本較高的AL 625超級(jí)合金(試樣5)在這些試驗(yàn)條件下重量增加了約1.7mg/cm2。該重量增加與合金表面上的金屬氧化物保護(hù)層的形成和該保護(hù)層的最低剝落相一致。本發(fā)明的合金(試樣2)在該試驗(yàn)條件下重量幾乎未發(fā)生改變。與現(xiàn)有技術(shù)T-332合金(試樣3)的耐熱鹽腐蝕性相比，試樣2中存在的約4％(重量)鉬提高了本發(fā)明合金的耐熱鹽腐蝕性。對(duì)于沒有鹽涂層或具有0.05mg/cm2鹽涂層的試樣而言，試樣3的重量幾乎沒有改變。但是，若使試樣3置于0.10mg/cm2的鹽濃度中，則氧化物保護(hù)層剝蝕，重量損失大于1.5mg/cm2。
在該試驗(yàn)中，本發(fā)明的合金具有很強(qiáng)的耐熱鹽氧化腐蝕性。試樣2中的鉬濃度使合金的耐腐蝕性高于T332合金(試樣3)的耐腐蝕性。
焊接的淚珠狀的試驗(yàn)結(jié)果焊接的淚珠狀的試驗(yàn)與平板試片試驗(yàn)一致。焊接的淚珠狀的試驗(yàn)結(jié)果用重量改變百分比表示。在整個(gè)試驗(yàn)期間(200小時(shí)以上)開始并定期地稱重試片。圖3和4是對(duì)比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且分別在1200°F和1500°F下試驗(yàn)的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接的淚珠狀試樣的熱鹽腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖。在兩幅圖中，可以容易地看到T316Ti使用得又很差，證明是不能在高溫腐蝕環(huán)境中使用的合金。如圖3和4所示，所有的其他試驗(yàn)試樣的性能基本上是等同的。本發(fā)明的合金(試樣2)在這些試驗(yàn)條件下的耐腐蝕性最好，重量損失小于1％，而且在約首次試驗(yàn)30小時(shí)后，重量不再改變。該合金的性能比現(xiàn)有技術(shù)中性能較好的合金AL625(試樣5)的性能更好，試樣5的合金在1500°F下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)后，原始重量減少了約3％。本發(fā)明合金的耐熱鹽氧化性要比其他試驗(yàn)合金的優(yōu)異。
一般來說，重量改變情報(bào)僅僅是測(cè)定在較強(qiáng)侵蝕環(huán)境下剝蝕的總效果的一個(gè)不完全的參數(shù)。在較強(qiáng)侵蝕環(huán)境中的侵蝕，例如熱鹽氧化腐蝕在自然界中往往是無規(guī)律的，可以綜合考慮合金部件的大部分橫截面，而不單從重量改變的分析結(jié)果來看。因此，按照ASTM-G54的簡(jiǎn)單靜態(tài)氧化試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)操作(Standard Practice for Simple Static Oxidation Testing)測(cè)定金屬損失(用剩余橫截面的百分比表示)。圖5說明了由該分析得到的參數(shù)定義。試驗(yàn)試樣30具有一個(gè)起始厚度，T0，如圖5中所示的距離32。剩余金屬的百分?jǐn)?shù)由進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)后的試驗(yàn)試樣的厚度Tm1(距離34)除以起始厚度(32)而確定。未受影響的金屬百分?jǐn)?shù)由未顯示腐蝕信號(hào)的試驗(yàn)試樣的厚度Tm(圖4中示出的距離36)除以起始厚度(32)而確定。在腐蝕將完全剝蝕金屬試片的情況下，這些結(jié)果要比簡(jiǎn)單的重量損失測(cè)量結(jié)果好。
圖6和7示出了金相測(cè)試結(jié)果。對(duì)低溫合金，T-316Ti(試樣4)的分析表明在兩種試驗(yàn)條件下，即1200°F和1500°F下的腐蝕明顯。在1500°F下試驗(yàn)后，T316Ti試片的原始橫截面僅保留了25％。
其他試驗(yàn)合金在1200°F下使用的很好，未受影響的試樣2、3和5保留的原始材料高于90％。試片在1500°F下試驗(yàn)后的分析結(jié)果說明成本較高的鎳基AL625超級(jí)合金試樣5的原始厚度的損失百分?jǐn)?shù)低，但是正如保留的橫截面面積百分?jǐn)?shù)(約93％)和未受影響的金屬百分?jǐn)?shù)(82％)之間的差所示的，開始出現(xiàn)蝕坑。正如按照ASTM-G54方法的分析結(jié)果所示的，材料的局部蝕坑指出了材料存在局部腐蝕破壞可能性的數(shù)據(jù)。含T332合金的試片在1500°F下試驗(yàn)后也稍微有些蝕坑，保留的未受影響的原始材料部分小于75％。
本發(fā)明的合金(試樣2)在兩個(gè)溫度下試驗(yàn)后，保留下的未受影響的百分?jǐn)?shù)最大。該結(jié)果表明鉬延緩了氧化物保護(hù)層的剝蝕和分離。試驗(yàn)后保留的橫截面和保留下的未受影響面積的百分?jǐn)?shù)約等于90％。這表明本發(fā)明合金通過試驗(yàn)試片整個(gè)的表面的熱鹽腐蝕是均勻的，未因局部的腐蝕破壞而造成過早的腐蝕破壞。相反，現(xiàn)有技術(shù)T332合金(試樣3)出現(xiàn)了局部的腐蝕破壞。對(duì)試樣3的分析表明稍有蝕坑，存在局部腐蝕破壞的可能性。
應(yīng)該清楚本說明書說明了與清楚理解本發(fā)明有關(guān)的本發(fā)明那些方面。本發(fā)明的一些方面對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此，為了使本發(fā)明的描述簡(jiǎn)單化，該文本中未記載比較難以理解的內(nèi)容。盡管本發(fā)明針對(duì)某些實(shí)施方案已經(jīng)作了描述，但是，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員根據(jù)上述描述應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可以有許多改進(jìn)和改變。所有的對(duì)本發(fā)明作出的這類改進(jìn)和改變都被上述描述和后附的權(quán)利要求書所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼，包含19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅。
2.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬。
3.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，和0～0.02％(重量)硫。
4.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬，0.15～0.6％(重量)鈦，和0.15～0.6％(重量)鋁。
5.權(quán)利要求4的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，和0～0.02％(重量)硫。
6.一種奧氏體不銹鋼，主要由19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成。
7.一種奧氏體不銹鋼，主要由19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，2～4％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成。
8.一種包括奧氏體不銹鋼的制造制品，包含19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅。
9.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼包含2～4％(重量)鉬。
10.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，和0～0.02％(重量)硫。
11.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬，0.15～0.6％(重量)鈦，和0.15～0.6％(重量)鋁。
12.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，和0～0.02％(重量)硫。
13.一種制造制品，包括一種主要由19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成的奧氏體不銹鋼。
14.一種制造制品，包括一種主要由19.2～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，2～4％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成的奧氏體不銹鋼。
15.權(quán)利要求8～14任一項(xiàng)制造的制品，其中制造的制品是選自汽車、汽車排氣系統(tǒng)部件、撓性連接管、加熱元件殼套和襯墊。
16.一種制造制品的方法，包括提供一種包含19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅的奧氏體不銹鋼，用該奧氏體不銹鋼制造制品。
17.權(quán)利要求16的方法，其中制品是選自汽車排氣系統(tǒng)部件、撓性連接管、和襯墊。
全文摘要
一種奧氏體不銹鋼，包含19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬和小于0.8％(重量)硅。添加的鉬增強(qiáng)了本發(fā)明鐵基合金的耐高溫腐蝕性。奧氏體不銹鋼可以主要由19～23％(重量)鉻，30～35％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，小于0.8％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所組成。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼在高達(dá)至少1500℃的寬的溫度范圍下具有增強(qiáng)的耐鹽腐蝕性。因此，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域廣，例如用于汽車部件，更具體地說，用作汽車排氣系統(tǒng)部件和撓性連接管，以及其他需耐腐蝕的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F01N13/16GK1447863SQ01810365
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月17日
發(fā)明者詹姆斯·M·拉科夫斯基 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司