專利名稱：：用于汽車廢氣通道部件的鐵素體不銹鋼和焊接鋼管的制作方法用于汽車廢氣Jtii部件的鐵素體不辦岡和,岡管本發(fā)明涉及一種鐵素體不辦p^其用于汽車廢^i道部件，典型用于排氣集管、催化轉(zhuǎn)化器殼體(圓筒形管殼)、前管和中心管的,管，并且涉^JM)此鐵素體不辦岡制備的汽車廢^1道部#,岡管。
背景技術(shù)：
：要求汽車廢^道部件，例如排氣集管、催^#化器殼體、前管和中心管，在超過700。C的高溫區(qū)域中具有優(yōu)異的高溫^IL化4沐高溫強(qiáng)度。作為具有這樣的耐高溫性的材料，專利文獻(xiàn)1和2教導(dǎo)了添加有約1-2質(zhì)t/。Cu的鐵素體不銹鋼。鋼中的Cu^熱時(shí)以Cu相析出從而提高了鋼的高溫強(qiáng)度和熱疲勞性能。大多^Ui必氣車廢^t道部件是通iW,岡管進(jìn)行成型制成。由于近年#引擎搶內(nèi)安裝的元件數(shù)目日益增多，可用于安^A^Jt道部件的可用空間大小不斷減小。逸就導(dǎo)致了通過特殊工藝以復(fù)雜形狀制成的許多廢^道部件。因jtb^求用于廢^lii部件的:W岡管W比以前M的可成型性。至于用于改善由鐵素體不#4岡制備的;1^岡管的可成型性的技術(shù),專利文獻(xiàn)3教導(dǎo)加入微量的Al或TiiM曾強(qiáng):If^:的初l沐可二^口工性。然而，本發(fā)明Aii行的研究表明向上艦過含有1-2%Cu而具有改良高溫強(qiáng)度的鐵素體不辦岡中加入微量Al或Ti并不能確^it過高頻,制備的鋼管具有足夠的韋刃性。此外，在例力碌化轉(zhuǎn)化器殼體的部件中更難以獲得足夠的韋刃性，議因?yàn)檫@種部件是通iW由TIG,或^bW接的鋼管進(jìn)行劇烈的壓制加工(擠壓或旋壓)而制備的。換句"^兌，已發(fā)JJL^照專利文獻(xiàn)3^t導(dǎo)的^5^Uti^^加孩吏量的Al或Ti不能充分改善由含有約1-2%Cu的鐵素體不辦岡制備的)W岡管的韋刃性。另外，由頂鍛(upset)量和熱量輸入決定的鋼管制造*特別容易影響高頻:fcW管的:IW^初性。對于含有l(wèi)-2%Cu的鐵素體不辦岡，當(dāng)制管糾偏離最適宜的條件時(shí)，一M確保良好韌性的難JL^得更大。專利文獻(xiàn)l:WO03/004714專利文獻(xiàn)2:JP2006-117985A專利文獻(xiàn)3:JP2005-264269A。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提^"^種用于汽車廢^ii道部件的鐵素體不辦岡，這種鐵素體不辦岡是具有優(yōu)異的高溫抗氧化寸生和高溫強(qiáng)度的含有Cu的鐵素體不辦岡，其在制管期間形成的焊接處的韋刃性優(yōu)異(在本說明書中，"焊接處"定義為包括^W^屬和周圍的熱影響金屬)，并JL^^擇合適的制管M方面特別是當(dāng)進(jìn)行高頻;t械制管時(shí)提供了寬廣范圍的自由度。本發(fā)明人的^^研究揭示了由Cu相析出在高溫強(qiáng)度方面增強(qiáng)的鐵素體不銹鋼的狄的焊^h韌性可通過如下方絲^kjyf:組合添加Ti和Al以及進(jìn)一步嚴(yán)格限定鋼中的相對于O(氧)^的Al^f:，從而擴(kuò)大了在高頻,制管中適合的制管條件的范圍。^f^地，通過用于汽車廢^it道部件的鐵素體不辦岡實(shí)現(xiàn)了前述目的，其包括，^E質(zhì)量百分比，C:不高于0.03%，Si:不高于1%，Mn:不高于1.5%,Ni:不高于O.6%，Cr:10-20%，Nb:不高于0.5°/。，Ti:0.05-0.3%,Al:高于0.03%至0.12%，Cu:高于1%至2%,V:不高于0.2%,N:不高于0.03%，B:0.0005-0.02%,0:不高于0.01°/。，任選地Mo、W、Zr和Co中的一種或多種總量不高于4%，且M為Fe和不可避免的雜質(zhì)，組成滿足式(1)和(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式(1)和(2)中的每個元素符號均表示按照4量百分比計(jì)算的元素含量的值。'jtb^卜，本發(fā)明提供了汽車的廢，道部件，典型為排氣集管、催^#化器、前管、中心管，以及利用前述鋼制成的;kW4岡管的其它廢^i道。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)具有汽車廢^t道部件所要求的耐熱性(高溫^^化性和高溫強(qiáng)度)并JL4^見出優(yōu)異的W^W刃性的;lf^4失素體不辦岡管。jJ^卜，本發(fā)明在生產(chǎn)焊接管時(shí)^fe4擇適宜的制管條件方面提供了更大的自由度。因此，即使在例如高生產(chǎn)線ii;l下進(jìn)行的高頻焊接制管的情況下，也能可靠的制造出具有良好的焊^t初性的高品質(zhì)鋼管。圖l;l^示高頻:t科妾管的焊^l:橫截面處X^的金屬流實(shí)例的顯微照片。圖2A^示合適的制管條泮比率Vf可ftt有效4S^量(A卜(54/48)0)變化的坐才示圖。M實(shí)施方式##^明鐵素體不#4岡的纟咸。C和N通常對改善蠕變強(qiáng)度和其它高溫強(qiáng)度性f沐效，但當(dāng)過量包含時(shí)會降4e^lU匕性能、可加工性、<&顯韋浙沐可;^生。在本發(fā)明中，C和N均^Lf艮定在不高于0.03質(zhì)*%的含量。Si對改善高溫^IU匕性有效。而且，在焊接期間Si與大氣中的^合有助于防止IUiA鋼中。然而，當(dāng)過量含有時(shí)，其使石^L增加從而降低可加工'I^4&顯韌性。在本發(fā)明中，Si襯P艮定為不高于1質(zhì)*%,例如，限定為0.l-O.6質(zhì)*%。Mn可改善高溫^t^化f生，特別是^IL化皮剝離(scalepeeling)性能。并且與Si類似，在火m期間它也能與大氣中的l^合有助于防jJilu^^鋼中。然而，一Jg^^加過量，Mn會損害可加工'l"沐可萍t"生。jH^卜，Mn是奧氏^m急^L素，當(dāng)大量加入時(shí)其M馬氏糾目的生^而導(dǎo)致可加工性和其它性能的下降。因此，將Mn^f:限定為不高于1.5質(zhì):ty。，優(yōu)選不高于l.3質(zhì)*%。例如，可以將其限定為0.1質(zhì)*%至低于1質(zhì)*%。Ni^:奧氏^^t定元素。與Mn類似，當(dāng)過量加入時(shí)其^it馬氏糾目的生^A而使可加工性等下降。允許Ni^*最高為0.6質(zhì)HCr穩(wěn)定鐵素糾目并且有助于改^l^^化性，即高溫鋼的一個重要lt能。但是過量的Cr^:^f吏鋼規(guī)并且^ftt^lU匕性。因此Cr^J:限定為10-20質(zhì)*%。^^i^,岡的^^溫度優(yōu)化Cr的^*。例如，當(dāng)需要良好的高溫g化性的溫;1^:高950。C時(shí)，Cr的^f:M為16質(zhì):T/?；蚋?，當(dāng)該溫yl^最高900'C時(shí)，Cr^J:^ii為12-16質(zhì)*%。Nb是對于在高于700。C的高溫區(qū)獲得良好的高溫強(qiáng)度非常有效的元素。認(rèn)為固溶強(qiáng)^^本發(fā)明中的《威中絲主要的作用。jJ^卜，Nb具有C和N固定作用，這可有效的防止韋刃性的降低。在本發(fā)明中，通過以滿足式(1)的量添加該元素可確保Nb的高溫強(qiáng)度的有效文善Nb>8(C+N)……(1)然而，過量的Nb添加會斷氐可加工4蜂^i顯韌性，并且提高對熱焊4狄fi丈的敏感度。其還會減少下i^斤述的適宜的制管^H4率。因此，Nb好限定為不高于0.5質(zhì)4！Ti固定C和N,Jit常已知的是，Ti對于改善可成形'I!^PLiL韌性斷^r效。然而，在火f^b的情況不同。大部分N以TiN形式固定但是在j^tt間暴露于高溫下時(shí)，TiN分解并且其中的N立即iiA高溫區(qū)的固溶體。雖然TiN是在接近于鋼的凝固點(diǎn)的高溫區(qū)形成的，但;U:早接后非?？斓腤卩i4JL使得不可能^;kf^后^P時(shí)期通過Ti充分固定N。結(jié)果，在:kW處N趨于以固溶體形式存在。因此，正如下文所詳述的，本發(fā)明要求與Ti組合添加Al。為了充分顯示Ti的C和N固^t果，Ti的^f:必須為0.05質(zhì):f"/?；蚋?。但是過量的Ti添加通過導(dǎo)M成大量TiN4t4面性能劣化，并ibt可加工'^^^^顯初性具有不利影響。Ti的舍量因此P艮定為0.05-0.3質(zhì)*%。Al是通常用作tt劑和改善高溫^tlL化性的元素。然而，本發(fā)明中，其作為-^t在:tf^l:固定N的元素M別重要。正如前述，在焊接后的^H卩階段，不可能^ii過Ti在;fc^妄M充分固定N。與Ti不同，A1在低于1000'C的相對^^顯區(qū)域中形成氮^4勿。因此與Ti一同添加Al,使得能夠在j!:f^后的^HP期間在)IW^有效固定N,從而能減輕丈f^I:的初性^f氐。另夕卜，通過Ti和Al固定N減輕應(yīng)變實(shí)效并JL文善焊^t的4可加工性。在)fcW^:，Al不僅固定存在于鋼中的N，還直接卩JUh夕卜部的N和/或0(氧)^A^4^h的鋼中。itA重要的，因?yàn)樵谥乒芷陂g熔融金屬所暴露于其中的氣氛(通常用N2、Ar等保護(hù))夾帶有空氣，并且當(dāng)夾帶的量大時(shí)，U中的N和0趨于^U:f4^Bi^鋼中引起韋刃性的斷氐。然而，在含有適當(dāng)A1賴的鐵素體不辦岡中，鋼中的Al能防止N和0從^ii/V鋼中。雖然所涉及的機(jī)制并不十分清楚，但A^于由本發(fā)明鋼生產(chǎn)的焊^4岡管的:lf^^面^^析發(fā)現(xiàn)Al富集的事實(shí)，在員期間鋼中的A1形成的A1A阻礙了N和O向內(nèi)部的擴(kuò)散。必須建立超過0.03質(zhì)*%的Al^i:以^^分發(fā)揮出Al的這種作用，從而擴(kuò);Ufe高頻焊接制管時(shí)選擇合適制管糾的自由度范圍。然而，當(dāng)Al^"f:過多時(shí)，在焊糊間大量形成氧化物，并且該氧化物會不利順為變形裂紋的起泉。Al舍量的上限因此P艮定為0.12質(zhì)*%。必須相對于鋼中的0(氧)好進(jìn)一步調(diào)節(jié)Al^J:以滿試(2)0.02《Al-(54/48)(K0.1……(2)。如下述的實(shí)施例所證明，在滿;^(2)的A1^J:范圍內(nèi)，高頻焊接制管中選#^適制管剝牛的自由度的錄提高。"A1-(54/48)0"所4仏的Al量是減去與鋼中存在的0反應(yīng)形成A1A所消耗的Al后;tW處中殘留的Al(jtb^稱為"有效A1")。認(rèn)為當(dāng)有效A1量升高到并且高于0.02質(zhì)*%時(shí)，焊翻間^A中包含的0和有效Ali^it結(jié)合，有效P聘了存在于^A中的N和0向內(nèi)部的擴(kuò)散，從而絲改善了高頻賴妄制管中選擇合適制管糾的自由度。然而，當(dāng)有效A1的量變?yōu)槌^0.1質(zhì)4T。時(shí)，選擇合適制管糾的自由尾惑劇下降。其原因可倉暖由于在;!f^l:形成過量的Al簞J^^并成為變形^:的起存、。Cu是一種增加高溫強(qiáng)度的重要元素。更M的，本發(fā)明利用Cu相(有時(shí)稱為S"Cu相)的微細(xì)^tW出絲高強(qiáng)度，特別^_在500-700'C下。因jtb^求Cu的^i:高于i質(zhì)*%。然而由于過大的Cu^:會斷氐可加工性、>^顯銣|"沐可萍性，因此Cu的^f:限定在不高于2質(zhì)*%。當(dāng)與Nb和Cu結(jié)合加入時(shí)，V有助于改善高溫強(qiáng)度。并且與Nb共存時(shí)，V改勘岡的可加工性、低溫韌性、抗晶界腐蝕敏感性和;kf^l:熱影響區(qū)的韌性。但是由于過量添加會斷氐可加工4生和^J顯韋刃性，因此使V的含量不超過0.2質(zhì)*%。V的^f:艦0.01-0.2質(zhì):tyo,更條O.03—0.15質(zhì)J^。B對抑制^r^U口工脆l(xiāng)"生有效。認(rèn)為所涉^iaj^是晶界處固溶體中氧的減少和/或晶^H雖化。然而，過多的B添加會剮^產(chǎn)率和可萍f生。本發(fā)明中，B賴限定為0.0005-0.02質(zhì)*%。由于o(氧)會不利地影響焊M韋刃性，因處存在于鋼中的量m為最小。為了將前述的有效A1維持在所需水平，ia^i^保持0的含量盡可能的低。O含量必須##在0.01質(zhì)H4或更低并JU目對于Al^f:要滿;^(2)。Mo、W、Zr和Co對改"l^有本發(fā)明所限^i且成的鐵素體不辦岡的高溫強(qiáng)度有效?？梢愿鶕?jù)需要加入其中的一種或多種。然而由于當(dāng)大量添加時(shí)它們對鋼的膽化作用，這些元素在添加時(shí)的總含量不高于4質(zhì)*%。添加總量為0.5-4質(zhì)*%時(shí)提供最佳緣可以通itijl用普通不辦岡的制鋼工藝的熔煉法生產(chǎn)前iil且成的鐵素體不銹鋼，隨后，通過例如"熱軋—退火—酸洗"的工藝將該4失素體不辦岡形成為約l-2.5咖厚的退火薄4嚇反，隨后可以是一個或多個循環(huán)的"冷軋—退火—酸洗"工藝。然而，為了通過Cu相析出獲^^異的高溫強(qiáng)度，在最終退火中從900。C到400r的平均^P速率應(yīng)伊Cil控制在10-30°C/s。"最終退火，，意思M4敝生產(chǎn)階段中i^4亍的^退火，并且例如是#1剛^#在950-110(TC的溫度下j^J顯時(shí)間0-3分沖的熱處理。將退火薄板(管材料)巻制(roll-folded)成前述的管狀，并對這樣形成的材料對接接頭進(jìn)行J^接以制造管子，從而獲得了,岡管。可以通過TIG焊、M^旱、高頻焊或樹已知的管焊接方法中的^f可方法^i^fr將。才娥需要，可對得到的鋼管進(jìn)行熱處理和/或酸洗，然后形^A^jt道部件。實(shí)施例表l的鐵素體不辦岡朋熔煉法制備的，通過"熱軋—退^C/酸洗—冷禮—最終退火/酸洗"工藝#^種鐵素體不辦岡形成為2.0咖和1.5咖不同厚度的兩種ii^薄4敝。在1050。C保持l分鐘(保溫)并然后從900'C到400'C以10-30XVs的平均^HP速率進(jìn)行^HP進(jìn)行所^:終退火。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*1:[Nb]=Nb~8(C+N)、*2:[Al]-Al-(54/48)0、下劃線實(shí)施例1:高頻焊接制管在M糾下使用2.0inm的薄^^材^Hi行高頻焊接制管。制造的辨樹岡管夕卜徑為38.lmm并且^^為2.Omm。;〈適宜制管條件比率〉所獲鋼管的"適宜制管條f牛比率(％)"由下述的方法確定。在高頻焊接制管中，人們將導(dǎo)致45。金屬流動角的頂鍛量和熱量輸入糾定義為所涉及鋼種的"最佳條件"。在對出現(xiàn)如圖1(a)所示的金屬流動曲線的焊^:##1面腐^#到的結(jié)構(gòu)中，將位于鋼管夕卜表面向內(nèi)1/4，處的線(稱為'"J^焦線")與金屬流動曲線之間的角定義為6(見圖1(b))，并#4岡管中的6最大值定義為鋼管的金屬流動銜。也IU3兌，通ii^不同金屬流動曲線中選擇與絲線呈最大角8的金屬流動曲線，來測量金屬流動角。"頂鍛量"意思是在制管;W期間薄^i^絲一^的對接量。作為焊接術(shù)語，其與"頂鍛力"同義。"熱量輸入"是指高頻焊接的電能(-電流x電壓)。^U^-種4P^15組:fcf^ft下進(jìn)行高頻焊接制管，這15^^#^是通錄3個船iJ(—30%，0%,+30%)的"頂鍛量"以及5個船'J(-40%，-20%，0%，+20%,+40°/。)的"熱量輸入"中進(jìn)行變化。其中的兩個0%<復(fù)^4前述怍為標(biāo)準(zhǔn)的"最佳*"。4各^blf^^Ht下得到的鋼管上^長度約IOOO咖的鋼管，浸入5'C水的槽中15分鐘，然后立即按照J(rèn)ISG3459進(jìn)行壓扁實(shí)驗(yàn)，其中^IW處與平面夾板的壓縮方向成直角，且壓縮后板之間的距離H為壓縮前管外直徑的1/3。計(jì)R部15組條件中未，Ji^到脆化的百分比，并將其定義為所涉及鋼的"適宜制管*比率(％)"。以這種方式計(jì)，到的適宜制管條件比率為60。/?；蚋叩摹侗姹徽J(rèn)為是能夠可靠的制備具有汽車廢^t道部件所要求的優(yōu)異焊M韌性的高頻,岡管的鋼，而與季節(jié)(溫度)無關(guān)?！?!W^轉(zhuǎn)變溫度〉包拾焊接處的測試^#1自在"最佳條泮"下由^-"4辨制成的高頻焊#4岡管。通過在Charpy沖擊測試儀中對^#組進(jìn)行沖擊試|^吏得落錘擊打,^M角定試樣的轉(zhuǎn)變溫度。將火W^:轉(zhuǎn)變溫度為0'C或更低的4醉定為"^"。實(shí)施例2:^^#制管使用1.5咖的薄《^l材^H^frlUW^妄制管。制造的焊岡管外徑為65咖且壁厚1.5mm。焊^^件為焊接處的后焊道寬度約與壁厚大致相同(范圍在1.5-2.Omm)。〈焊艦轉(zhuǎn)變溫度〉包:^焊接處的測試^##自每個焊樹岡管并ilit過由上述方法進(jìn)行沖擊^1^來確定轉(zhuǎn)變溫度。將那些,f^^:轉(zhuǎn)變溫度為0'C或更低的4,定為'ST。實(shí)施例3:高溫強(qiáng)度測量對由表1中的鋼制備的2.0咖薄^5^材#^行高^#伸。將900'C下0.2%屈服強(qiáng)度為17MPa或更高的評定為G(好),而樹氐于17MPa的評定為P(差)。得到的結(jié)果如表2所示，與此同時(shí)圖2顯示了在本發(fā)明的鋼和No.21-24對比鋼中適宜制管IH牛比率如何隨有效4S^f:(A1-(54/48)0)變化。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>可以看出，^L^本發(fā)明定義范圍內(nèi)的鐵素體不辨岡(本發(fā)明鋼)在高頻)I:f^制管中都表見出60%或更高的適宜制管條件比率。它們具有優(yōu)異的,處轉(zhuǎn)變溫度和高溫強(qiáng)度，從而證實(shí)了它們適用于在制造期間經(jīng)受苛刻加工的廢^ii道部件。應(yīng)特別注意的是通過優(yōu)化A1^1:和0(氧)^J:之間的關(guān)系以滿2)(見圖2)，從而^^提高了選樹宜制管糾的自由度。相反的，對比鋼No.21和22的Al^*低，因此不^^得式(2)所定義的足夠的有效Al含量。據(jù)認(rèn)為這使得不可fMUf^期間充分阻止空氣中的N和0的進(jìn)入，導(dǎo)致適宜制管條件比率和焊接處^j顯韌性較差。相反，對比鋼No.23和24的Al襯過高，引絲》科狄大量形成Al氧^德。才射人為ii4:軔性低的原因。No.25由于Nb和Cu的^t過"f隊(duì)而高溫強(qiáng)度差。No.26由于過多的Ti>^*從而>^顯韋刃性差。由于鋼的過多0(氧)襯，盡管No.27滿足式(2)，其;fef^M&顯韌寸紳適宜制管M比率都^f氐。由于過多的Nb^l:，No.28的適宜制管糾比剩氐。雖然No.29滿足式(2)，但是其過多的Al討使其在適宜制管條件比率和焊^H&顯鈿性方面比本發(fā)明鋼差。權(quán)利要求1、一種用于汽車廢氣通道部件的鐵素體不銹鋼，其以質(zhì)量百分比計(jì)包含，C不高于0.03％，Si不高于1％，Mn不高于1.5％，Ni不高于0.6％，Cr10-20％，Nb不高于0.5％，Ti0.05-0.3％，Al高于0.03％至0.12％，Cu高于1％至2％，V不高于0.2％，N不高于0.03％，B0.0005-0.02％，O不高于0.01％，且余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該組成滿足式(1)和(2)Nb≥8(C+N)......(1)，0.02≤Al-(54/48)O≤0.1......(2)。2、如權(quán)利要求l所述的用于汽車廢氣通道部件的鐵素體不辦岡，還包括總量不高于4%的Mo、W、Zr和Co中的一種或多種。3、由權(quán)利要求1或2的鋼制造的焊辦岡管。4、一種汽車廢氣通道部件，其是通過形成由權(quán)利要求1或2的鋼制造的焊接鋼管而制成。5、如權(quán)利要求4所述的汽車廢氣通道部件，其是排氣集管、催化轉(zhuǎn)化器殼體、前管或中心管。全文摘要一種用于汽車廢氣通道部件的鐵素體不銹鋼，其按照質(zhì)量百分比包括，C不高于0.03％，Si不高于1％，Mn不高于1.5％，Ni不高于0.6％，Cr10-20％，Nb不高于0.5％，Ti0.05-0.3％，Al高于0.03％至0.12％，Cu高于1％至2％，V不高于0.2％，N不高于0.03％，B0.0005-0.02％，O不高于0.01％，且余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其組成滿足式Nb≥8(C+N)和0.02≤Al-(54/48)O≤0.1。這種鋼能夠制造具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和焊接處韌性的汽車廢氣通道部件，并且在選擇合適的制管條件方面提供了更寬范圍的自由度。文檔編號C22C38/54GK101250672SQ20071016917公開日2008年8月27日申請日期2007年10月31日優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日發(fā)明者學(xué)奧,富田壯郎申請人:日新制鋼株式會社