專利名稱：一種汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料及 制備方法。
背景技術(shù)：
汽車尾氣凈化器載體材料早期為粒狀陶瓷和蜂窩狀陶瓷材料，但其存在熱容量 大、熱導(dǎo)率低、機(jī)械強(qiáng)度低不耐振動(dòng)等缺點(diǎn)，鐵鉻鋁合金作為新型載體材料，已經(jīng)顯現(xiàn)出 明顯的優(yōu)勢(shì)。由于該發(fā)明材料主要用于工作溫度在1200-1250°C的柴油車尾氣凈化用催 化劑載體材料兼排放碳顆粒過(guò)濾，所以該材料必須具有優(yōu)異的高溫抗氧化性、必須能拉 拔到彡Φ0. 035mm纖維絲，因而該材料必須非常純凈，否則斷絲率非常高或不能拉拔到 (Φ0. 035mm纖維絲。隨著冬天城市道路和機(jī)場(chǎng)化雪技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種更環(huán)保、預(yù)置 于城市道路下的地?zé)峄┘夹g(shù)，需要一種能發(fā)熱的地?zé)峋幘W(wǎng)材料，于是需要研發(fā)出符合這 兩者的一種低成本的既能高溫耐熱，又能通電發(fā)熱的電熱材料。另外，我國(guó)拉拔04mm 的微絲的坯料都是靠日本、法國(guó)進(jìn)口，主要原因就是坯料的純凈度達(dá)不到要求，拉絲過(guò)程中 斷絲率太高，所以我們也急需開(kāi)發(fā)出能達(dá)到拉拔< Φ0. 04mm的微絲坯料生產(chǎn)工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既具有電熱功能，又具有高溫耐熱抗氧化功能的材 料，同時(shí)提供能拉拔< Φ0. 04mm的微絲坯料的制備方法。一種汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料，其特征是化學(xué)成分質(zhì)量百分比 為C ^ 0. 03% ；Si ^ 0. 30% ；Mn ^ 0. 40% ；S ^ 0. 005% ；P ^ 0. 03% ；Crl9-22% ； Al 5. 0-6. 0% ；La+Ce 0. 01-0. 05% ；Ti ( 0. 07%, N < 0. 02% ；Cu ( 0. 02%, Fe 余量。該材料的最高使用溫度為1250°C，而銅的熔點(diǎn)為1083°C，即在1083°C以上溫度 時(shí)，材料基體中的銅熔化，會(huì)富集在晶界上，造成材料的晶界開(kāi)裂，另外，銅在iioo°c時(shí) 劇烈氧化，不利于該材料的高溫抗氧化性能，故該材料中嚴(yán)格控制銅含量在超低水平；同 樣，硫含量高在iioo°c左右也會(huì)熱脆，所以亦必須控制到超低硫。本課題組在研究發(fā)現(xiàn) C^O. 03%，材料的微絲拉拔加工性能很好，不易出現(xiàn)斷絲；Cr > 22%時(shí)，微絲加工強(qiáng)度較 高，Cr < 19%時(shí)，材料的抗氧化性能又差；材料中的硅含量超過(guò)0. 03%時(shí)，因SiO2會(huì)破壞 Al2O3的氧化膜，材料的高溫快速壽命降低；鋁含量控制在5. 0-6. 0%，既具有良好的高溫抗 氧化性能，同時(shí)又具有較好的拉拔微絲的加工性能；添加La+Ce (0. 01-0. 05% )既能穩(wěn)定氧 化膜從而提高高溫抗氧化性能，同時(shí)又能降低材料的缺口敏感性，從而提高材料的綜合性 能。如上所述超耐熱纖維絲坯料的制備方法為煉鋼采用三相電渣爐+單相電渣重熔 工藝，軋鋼開(kāi)軋溫度為950-1200°C，終軋溫度為650-900°C，軋條直接紅轉(zhuǎn)進(jìn)入熱處理爐或 保溫緩冷工藝，軋條規(guī)格為Φ 5. 5-7. Omm ；拉絲過(guò)程采用無(wú)水硫酸鈉涂層，經(jīng)150-200°C，3-5小時(shí)烘干后，帶溫拉拔；拔絲過(guò)程采用GSB-666潤(rùn)滑劑，拔至Φ4. Omm規(guī)格后；采用含
4-8%(重量分?jǐn)?shù))NaOH、4-8% (重量分?jǐn)?shù))Na3PO4的清洗液，在40_90°C條件下，浸泡30分 鐘，然后用高壓溫水沖洗干凈后退火，或不清洗直接用井式退火爐進(jìn)行中間熱處理，熱處理 工藝為750-850°C升保溫2-3. 5小時(shí)，水冷，冷卻水溫度< 60°C。經(jīng)退火后的半成品絲，表 面不做酸洗，直接拉拔至Φ 1. 0mm，采用CANDAT鈣基和鈉基潤(rùn)滑劑。濕拔采用海聯(lián)專用拉絲 油作為潤(rùn)滑劑，采用19?；?3模拉絲機(jī)拉拔，拉拔后采用3米光亮熱處理爐在800-950°C 進(jìn)行熱處理，可使Φ0. 25mm規(guī)格絲的延伸率達(dá)到17%以上。在三相電渣爐冶煉過(guò)程中，以部分金屬鉻、微鉻、工業(yè)純鐵為原料，確保原料超低 碳和超低硅；并且選用不含碳和低SiO2的白灰等造渣材料，防止冶煉過(guò)程增碳增硅，確保冶 煉出的鋼液能達(dá)到超低碳，超低硅；采用高堿度爐渣，CaO CaF2 A1203 = 2 1 1，能 使硫含量達(dá)到0. 001%的水平。保證材料低銅含量選用低銅的原材料，使冶煉出的鋼中的低銅含量，同時(shí)采取特 殊的工藝措施防止在電渣重熔過(guò)程中增銅首先電渣重熔冶煉采用液體渣起弧，避免采用 固體渣直接起弧增銅；其次采用專用的模具制備出同材質(zhì)的薄墊片，然后在電渣重熔前將 預(yù)先備好的同材質(zhì)的墊片墊在水箱銅板和電極之間，確保在電渣重熔的起弧階段電極不直 接和水箱銅板打弧增銅，從而確保超低銅。保證材料的高純凈度目前國(guó)內(nèi)拉拔的微絲的廠家很多，但是< Φ0. 04mm的微絲 的坯料都是從日本、法國(guó)、韓國(guó)進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)的微絲坯料在拉拔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)斷絲率極高， 通過(guò)對(duì)端口分析，端口上又尺寸較大的非金屬夾雜物，也就是說(shuō)目前我國(guó)微絲坯料的純凈 度還達(dá)不到要求。本發(fā)明采用三相電渣爐+單相電渣重熔的雙電渣工藝，原材料采用部分 金屬鉻、微鉻、工業(yè)純鐵和鋁錠等高純凈度原料，工業(yè)純鐵表面經(jīng)除銹處理，出鋼后采用包 中吹A(chǔ)r弱攪拌排除非金屬夾雜；電渣重熔采用先精煉固體渣，把渣中不穩(wěn)定氧化物如MnO、 Fe203> SiO2精煉去除，然后用精煉后的固體渣煉液體渣，煉好后的液體渣倒入電渣爐進(jìn)行電 渣冶煉。固體渣成分質(zhì)量百分比為-.20-25% Al2O3，75-80% CaF2,再另加2-5% ^ CaO0冶 煉的鋼錠經(jīng)夾雜評(píng)級(jí)在1. 5級(jí)，夾雜尺寸< 10 μ m。快速壽命是衡量電熱合金質(zhì)量的重要指標(biāo)。本發(fā)明的鐵鉻鋁耐熱纖維材料采用 檢測(cè)其快速壽命的方法來(lái)測(cè)試合金的高溫性能和高溫抗氧化性?？焖賶勖鼫y(cè)試方法按GB/ T13300-91的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。具體為測(cè)試溫度在1250°C，將該合金直徑為0. 8mm的絲材試樣呈 “U”形掛在壽命實(shí)驗(yàn)儀上，按規(guī)定條件持續(xù)進(jìn)行2分鐘通電，2分鐘斷電的冷熱循環(huán)直至將 試樣燒斷。試樣承受冷熱循環(huán)的累積小時(shí)數(shù)為試樣的快速壽命。本發(fā)明合金易于加工成型，其20°C電阻率為1. 4-1. 44 μ Ω · m，抗拉強(qiáng)度 650-800Mpa，高溫抗氧化性能優(yōu)良，1250°C快速壽命值可達(dá)100小時(shí)以上。該發(fā)明耐熱纖維絲坯料主要用于拉拔工作溫度在1200-1250°C的汽車尾氣凈化載 體材料，也可用于冬天城市道路化雪的預(yù)置地?zé)峋W(wǎng)的< Φ0. 04mm微絲。
具體實(shí)施例方式表1中列出了 一些生產(chǎn)中的實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料，其特征是材料化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C≤0.03％；Si≤0.30％；Mn≤0.40％；S≤0.005％；P≤0.03％；Cr19 22％；Al 5.0 6.0％；La+Ce0.01 0.05％；Ti≤0.07％，N＜0.02％；Cu≤0.02％，F(xiàn)e余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料，其特征在于耐熱 纖維材料20°C電阻率在1. 40-1. 44 μ Ω ·πι，Φ0. 8mm的絲在1300°C下快速壽命達(dá)到100小 時(shí)以上，能夠加工成< Φ0. 035mm纖維絲，并且單絲拉拔達(dá)到500克不斷絲。
3.如權(quán)利要求1或2所述的耐熱纖維材料的制備方法，其特征是煉鋼采用三相電渣爐 +單相電渣重熔工藝，軋鋼開(kāi)軋溫度為950-1200°C，終軋溫度為650-900°C，軋條直接紅轉(zhuǎn) 進(jìn)入熱處理爐或保溫緩冷工藝，軋條規(guī)格為Φ 5. 5-7. Omm ；拉絲過(guò)程采用無(wú)水硫酸鈉涂層， 經(jīng)150-200°C，3-5小時(shí)烘干后，帶溫拉拔；拔絲過(guò)程采用GSB-666潤(rùn)滑劑，拔至Φ 4. Omm規(guī) 格后；采用重量百分?jǐn)?shù)含4-8% NaOH,4-8% Na3PO4的清洗液，在40_90°C條件下，浸泡30分 鐘，然后用高壓溫水沖洗干凈后退火，或不清洗直接用井式退火爐進(jìn)行中間熱處理，熱處理 工藝為750-850°C升保溫2-3. 5小時(shí)，水冷，冷卻水溫度< 60°C ；經(jīng)退火后的半成品絲，表面 不做酸洗，直接拉拔至Φ 1. Omm，采用CANDAT鈣基和鈉基潤(rùn)滑劑；濕拔采用海聯(lián)專用拉絲油 作為潤(rùn)滑劑，采用19?；?3模拉絲機(jī)拉拔，拉拔后采用3米光亮熱處理爐在800-950°C進(jìn) 行熱處理，使Φ0. 25mm規(guī)格絲的延伸率達(dá)到17%以上。
4.如權(quán)利要求3所述的耐熱纖維材料的制備方法，其特征是在三相電渣爐冶煉過(guò)程 中，以金屬鉻、微鉻、工業(yè)純鐵為原料，確保原料超低碳和超低硅；并且選用不含碳和低SiO2 的白灰造渣材料，防止冶煉過(guò)程增碳增硅，確保冶煉出的鋼液能達(dá)到超低碳、超低硅。
5.如權(quán)利要求3所述的耐熱纖維絲材料的制備方法，其特征是在三相電渣爐冶煉過(guò)程 中，采用高堿度爐渣，CaO CaF2 Al2O3 = 2 1 1，能使硫含量達(dá)到0. 001 %的水平。
6.如權(quán)利要求4所述的耐熱纖維絲材料的制備方法，其特征是選用低銅的原材料，使 冶煉出的鋼中的低銅含量，同時(shí)采取特殊的工藝措施防止在電渣重熔過(guò)程中增銅首先電 渣重熔冶煉采用液體渣起弧，避免采用固體渣直接起弧增銅；其次采用專用的模具制備出 與耐熱纖維絲材料產(chǎn)品同材質(zhì)的薄墊片，然后在電渣重熔前將預(yù)先備好的同材質(zhì)的墊片墊 在水箱銅板和電極之間，確保在電渣重熔的起弧階段電極不直接和水箱銅板打弧增銅，從 而確保超低銅。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種汽車尾氣凈化用催化劑載體耐熱纖維材料及制備方法。材料化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C≤0.03％；Si≤0.30％；Mn≤0.40％；S≤0.005％；P≤0.03％；Cr 19-22％；Al5.0-6.0％；La+Ce0.01-0.05％；Ti≤0.07％，N＜0.02％；Cu≤0.02％，F(xiàn)e余量。本發(fā)明材質(zhì)純凈，材料易于拉絲加工成型，能單絲拉拔到≤Φ0.035mm纖維絲，并且單絲拉拔達(dá)到500克不斷絲。其20℃電阻率為1.40-1.44μΩ·m，抗拉強(qiáng)度650-800MPa，有更好的抗氧化性，1250℃快速壽命值可達(dá)100小時(shí)以上，主要用于工作溫度在1200-1250℃的柴油車尾氣凈化用催化劑載體材料兼排放碳顆粒過(guò)濾纖維絲。
文檔編號(hào)B21C1/02GK101906583SQ20101023746
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者李剛, 李耐松, 王彥杰, 陶科, 馬國(guó)慶 申請(qǐng)人:北京首鋼吉泰安新材料有限公司