專利名稱：：用于熱管的鐵素體不銹鋼和鋼板，及熱管和高溫廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于熱管的不銹鋼和鋼板，所述熱管用于利用水的蒸發(fā)潛熱進行熱交換，并涉及該熱管和包括該熱管的高溫廢熱回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：近來，為了回收在車輛行駛中以高溫排放的發(fā)動機廢氣的熱量并將其循環(huán)用作車輛的能量源，從而提高車輛的燃料效率，將一種高溫廢熱回收系統(tǒng)投入實際應(yīng)用。通常使用熱交換器進行廢熱的回收，其用于在廢熱與冷卻水或任何其它熱媒之間的熱交換；并且作為實現(xiàn)有效率熱交換的方法，具有可被稱為熱管的傳熱裝置的熱交換器在車輛等的高溫廢熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用得到特別關(guān)注。圖1所示為一種普通廢氣通道結(jié)構(gòu)的例子，其包含安裝在車輛廢氣通道中的高溫廢熱回收系統(tǒng)。在很多情況下，如該圖所示，廢熱回收系統(tǒng)位于地板下部轉(zhuǎn)換器的后面。將高溫廢熱回收系統(tǒng)回收的熱量有效地用于車輛行駛啟動時加熱發(fā)動機的冷卻水和在冬季的空間加熱；并且這有助于提高汽油車輛、柴油車輛、混合動力車輛等的燃料效率，并節(jié)省其中的電池。圖2示意地顯示了熱管的原理。熱管10是金屬密閉容器，其在真空(最高100Pa)下內(nèi)部密封有純水；容器的內(nèi)部形成液態(tài)水的液相部11和空間部12。[1.加熱/冷卻狀態(tài)]當用廢氣加熱熱管10的包括液相部11的部位(加熱區(qū))時，液相部11中的水劇烈地蒸發(fā)。蒸發(fā)是吸熱反應(yīng)，因此該部位可有效地吸收廢氣的熱量。具體講，大多廢熱的熱能作為蒸發(fā)潛熱被轉(zhuǎn)移到水蒸汽中(加熱)。當用冷卻水等冷卻熱管10的空間部12的一部分(冷卻區(qū))時，那么水蒸汽在熱管的冷卻容器的內(nèi)表面冷凝，并且冷凝的水返回到液相部ll。冷凝是放熱反應(yīng)，因此與水蒸汽的潛熱對應(yīng)的熱量被釋放并轉(zhuǎn)移到冷卻水中(冷卻)。因此接收到熱量的冷卻水得到加熱，并用作熱水。加熱和冷卻的循環(huán)持續(xù)進行，從而實現(xiàn)利用水的蒸發(fā)潛熱的有效熱交換。專利文獻1公開了一種熱管型高溫廢熱回收系統(tǒng)。圖3示意性地示出了該系統(tǒng)的一部分。它包含其中廢氣流通的加熱區(qū)22和其中冷卻水31流通的冷卻區(qū)32;盤狀物23在加熱區(qū)22中平行布置。在相鄰的盤狀物23之間布置的是釬焊至盤狀物23的集熱片24。引導(dǎo)廢氣通過該集熱片24。每個盤狀物23的兩端都與上部集管(蒸汽流動通道)和底部集管(液體回流通道)連接，通過所述集管將加熱區(qū)22與冷卻區(qū)32相連接；如前面提及的，盤狀物23和集管在真空抽吸后加入水并密封。將能夠開啟和關(guān)閉液體回流通道的模式切3換閥33設(shè)置在冷卻區(qū)32的下部。當模式切換閥33處于開啟狀態(tài)(熱回收模式)，盤狀物23中的水被廢氣加熱時，那么水以沸騰(蒸汽)一冷凝(冷凝液)的循環(huán)方式進行循環(huán)，從而回收廢氣中的廢熱。在許多情況下，將盤狀物23成形為具有扁平狀，以增加其比表面積和盡可能最小化廢氣的排放阻力；通常，通過壓制具有優(yōu)良耐熱性和優(yōu)良耐蝕性的不銹鋼板來成形盤狀物。在許多情況下，供給加熱區(qū)22的廢氣的溫度由于轉(zhuǎn)換器的催化作用而得到提高，并經(jīng)常達到80(TC或更高。當模式切換閥33處于關(guān)閉狀態(tài)(熱切斷模式)時，加熱區(qū)22的材料溫度是最高的，推測達到600至90(TC的溫度范圍。在這種方式下，熱管被加熱到90(TC左右的溫度范圍，因此它必須由具有優(yōu)異的高溫強度(抗蠕變性、抗高溫疲勞性、抗熱疲勞性)和優(yōu)異的抗高溫氧化性的材料來形成。另外，它要求優(yōu)異的可加工性、焊接性和釬焊性。另外，重要的是它必須是廉價的。綜合這些要求，目前認為不銹鋼是最適于用作熱管的材料。專利文獻2公開了由不銹鋼形成的熱管，該不銹鋼含有14-27wt^的Cr。專利文獻1:JP-A2007-327719專利文獻2:JP-A7-243784然而，由不銹鋼形成的熱管在行駛的早期階段可能會在其內(nèi)部產(chǎn)生大量氫。各種研究的結(jié)果表明，由于氫的產(chǎn)生，其內(nèi)部壓力經(jīng)?？筛哂趌MPa。在這種情況下，熱管應(yīng)該是嚴格依法控制的壓力容器。為了使作為非常普及的廢熱回收系統(tǒng)易于使用，期望構(gòu)建熱管內(nèi)部壓力不超過lMPa的高溫廢熱回收系統(tǒng)。另外，熱管內(nèi)部氫的產(chǎn)生是降低向冷卻水的傳熱效率的危險因素，還是令系統(tǒng)產(chǎn)生過高應(yīng)力的危險因素；因而這可能成為系統(tǒng)損壞和重大事故的原因。鐵素體不銹鋼與奧氏體鋼相比具有更小的熱膨脹系數(shù)，因此在加熱和冷卻循環(huán)中的抗熱疲勞性方面是有利的。另外，鐵素體不銹鋼與奧氏體鋼相比具有更小的氫擴散系數(shù)，因此有利于將容器內(nèi)部產(chǎn)生的氫排出系統(tǒng)。此外，鐵素體不銹鋼通常比奧氏體鋼更便宜。不利的方面，鐵素體不銹鋼的抗高溫氧化性、高溫強度、耐蝕性等通常低于奧氏體鋼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是開發(fā)一種鐵素體鋼類型的鐵素體不銹鋼，其自然地具有上述優(yōu)點，當其用于構(gòu)成熱管的容器時，具有穩(wěn)定防止由氫產(chǎn)生而引起的壓力增加的特性，具有足夠用于600-90(TC溫度范圍的抗高溫氧化性和高溫強度，并且具有適合于熱管的耐蝕性和Ni釬焊性；并提供一種能夠構(gòu)建廣泛普及的熱管型廢熱回收系統(tǒng)的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管的鐵素體不銹鋼，它按質(zhì)量％包含，16-32%的Cr，最多0.03%的C，最多0.03%的N，最多3%的Si，最多2X的Mn，最多0.008X的S，0(不添加)-0.3X的A1，以及選自最多0.7%的Nb、最多0.3%的Ti、最多0.5%的Zr和最多1%的V中的至少一種，余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且它滿足下面式(D、式(2)和式(5)的全部，并滿足下面式(3)和式(4)中的至少一個。本發(fā)明還提供了一種鐵素體不銹鋼，其進一步含有選自最多3X的Mo、最多3X的W和最多3X的Cu中的至少一種。鐵素體不銹鋼還可含有選自最多O.1X的Y、最多0.1X的REM(稀土金屬)和最多0.01%的Ca中的至少一種。Cr+3(Mo+Cu)>20.(1)Cr+3(Si+Mn+Al-Ti)>20.(2)Ti+Al《0.05...(3)Nb>Ti+Al...(4)0.037{(C+N)/(V+Ti+0.5Nb+0.5Zr)}+0.001《0.01.(5)在式(1)至(5)中，原子符號的位置代入相應(yīng)元素的含量值，該含量值以質(zhì)量％計，鋼中未添加元素的位置代入0(零)。本發(fā)明還提供了用于熱管的鐵素體不銹鋼板，它由上述鋼形成，且具有如JISR6001:1998中定義的拋光粒度號(polishcount)為#100_#800的拋光加工表面，或具有如JISG4305:2005中表14中定義的HL級拋光加工表面。本發(fā)明還提供了通過如下方式構(gòu)建的熱管將厚度為0.5-lmm的上述鋼的鋼材形成的容器抽真空，隨后將水引入其中并將其密封，從而在其內(nèi)部形成液相部和空間部。優(yōu)選地，作為其內(nèi)部表面，該容器具有如JISR6001:1998中定義的拋光粒度號為#100-#800的拋光加工表面，或具有如JISG4305:2005中表14中定義的HL級拋光加工表面。本發(fā)明進一步提供具有上述熱管的高溫廢熱回收系統(tǒng)，該熱管配置在材料溫度達到600-900°C的部位。根據(jù)本發(fā)明，可明顯減輕不銹鋼制造的熱管內(nèi)部壓力的增加，該內(nèi)部壓力的增加是由熱管內(nèi)氫的產(chǎn)生而引起的，且使其成為問題。該熱管的使用可以低成本實現(xiàn)廣泛普及的高溫廢熱回收系統(tǒng)，因此有助于廢熱回收系統(tǒng)在車輛等中的進一步普及。圖1是顯示廢氣通道結(jié)構(gòu)例子的示意圖，它包含安裝在車輛廢氣通道中的高溫廢熱回收系統(tǒng)。圖2是示意性地表示熱管原理的概念圖。圖3是顯示傳統(tǒng)高溫廢熱回收系統(tǒng)例子的示意圖。圖4是顯示氫產(chǎn)生測試裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5是示意性地顯示用于氫滲透測試的測試體的元件結(jié)構(gòu)的圖。圖6是示意性地顯示氫滲透測試裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖7是說明腐蝕測試方法的圖。具體實施例方式為了阻止熱管中的氫產(chǎn)生引起的壓力增加，首先必須了解其機理。抽真空后，熱管中加入純水并被密封，因此其中僅存在純水和該熱管(容器)本身的金屬。熱管內(nèi)的氫產(chǎn)生是由于構(gòu)成熱管(容器)的金屬被水(水蒸汽)氧化而引起的?；究蓪⒃摲磻?yīng)視為如下xM+yH20—Mx0y+yH2個其中M表示金屬，x和y分別為系數(shù)。本發(fā)明人的研究表明，熱管中產(chǎn)生的氫以某種程度穿透熱管材料(容器)到達外部。因此，為了降低熱管內(nèi)部的氫產(chǎn)生引起的壓力增加，使用如下兩種材料中的任一種或任一些構(gòu)成熱管都是有效的。(i)難以產(chǎn)生氫的材料。(ii)氫可以容易滲透穿過的材料。與奧氏體鋼不同，鐵素體鋼在第(ii)點上本質(zhì)上就近乎良好。因此，重要的是從第(i)點上改善鐵素體鋼。關(guān)于上述(i)，必須提高構(gòu)成熱管的不銹鋼的抗水蒸汽氧化性。當其表面涂覆有致密的&203膜時，不誘鋼可具有增強的抗水蒸汽氧化性。作為實現(xiàn)上述目的的手段，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用下述方法[1]對于鐵素體不銹鋼是非常有效的，且更優(yōu)選使用下述方法[2]或[3]。在本發(fā)明中，使用了下述[l]，如果需要，可使用下述[2]和[3]中的任一者或二者。[1]鋼的組成包括均在下述范圍內(nèi)的Cr、Si和Mn，且滿足下式(2):Cr+3(Si+Mn+Al-Ti)>20.(2)為了阻止在熱管使用時氫產(chǎn)生，積極向鐵素體不銹鋼中加入均在下述范圍內(nèi)的Cr、Si和Mn是有效的，所述Cr、Si和Mn在600-90(TC具有抑制氧化皮生長的作用。Al的添加也是有效的。然而，當鋼中含有Ti時，發(fā)現(xiàn)由于Ti的氧化而使氫的產(chǎn)生增加。如下文所述，可加入Ti作為固定鋼中的C和N的元素，因此在本發(fā)明中，控制本發(fā)明的鐵素體不銹鋼的Ti含量特別重要。作為各種研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了減少氫產(chǎn)生必須要滿足上式(2)。[2]鋼的組成包括均在下述范圍內(nèi)的Y、REM(稀土金屬)和Ca。這些元素具有提高鐵素體不銹鋼的抗高溫氧化性的作用，對于減少氫產(chǎn)生有效。[3]鋼板具有拋光加工表面。在500-60(TC的低氧高濕度環(huán)境下，鐵素體不銹鋼可易于形成保護性差的氧化皮(紅氧化皮)，該氧化皮含有Fe203作為其主要成分。在將熱管加熱到最高工作溫度和將其冷卻至常溫的的循環(huán)的，熱管經(jīng)常暴露于上述環(huán)境下，其中由于產(chǎn)生大量氫，形成紅氧化皮的氧化反應(yīng)可能經(jīng)常成為問題。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對暴露于上述環(huán)境的鐵素體不銹鋼板表面層預(yù)先施加加工應(yīng)變對于該問題是特別有效的。據(jù)此，在500-600°C的中等溫度范圍下，Cr、Si、Mn和Al可易于擴散到鋼板表面層中，因此可以快速形成具有保護性的致密氧化膜以阻止鋼板上紅氧化皮的形成。為了在表面層形成加工應(yīng)變，可以使用噴丸、拋光等方法；但在本發(fā)明中，拋光適用于大規(guī)模大量生產(chǎn)。本發(fā)明人的研究表明，將應(yīng)變引入到自表面層大約50ym的深度可足以實現(xiàn)該目標。為此，可如此處理該鋼板以具有如JISR6001:1998中定義的拋光粒度號為#100-#800的拋光加工表面，或具有如JISG4305:2005中表14中定義的HL拋光加工表面。本發(fā)明所涉及的鋼優(yōu)選是這樣的鋼(鐵素體單相鋼)，如此設(shè)計其組成以在高溫下盡可能不形成奧氏體相。而具有在高溫下可易于形成奧氏體相的組成的鋼是不希望的，因為當貧Cr層形成于覆蓋鋼的氧化膜正下方的基質(zhì)中時，則貧Cr部分在高溫下可在局部形成奧氏體相，并因此可成為氫擴散的障礙。另外，在該類鋼中，當在高溫下形成的奧氏體相在冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相時，則該鋼可能還存在另一問題，即在常溫和高溫下由氫脆引起的疲勞壽命的降低。下面對合金化元素進行說明。在該說明書中，除非特別指出，用于合金元素的"％"是"按質(zhì)量"。Cr是賦予不銹鋼必需的耐蝕性和抗氧化性的重要合金化成分。為了確保鋼在600-90(TC下的抗水蒸汽氧化性，需要至少16X的Cr，并且須滿足下面式(1):Cr+3(Mo+Cu)>20.(1)例如，當沒有向鋼中添加Mo和Cu時，將0(零)代進Mo和Cu的位置，式(1)中單獨的Cr就必須占至少20X。當Cr含量較高時，那么鐵素體穩(wěn)定性較高，因此阻止貧Cr層的形成，而如果形成貧Cr層，則阻止貧Cr層中的奧氏體轉(zhuǎn)變。更優(yōu)選地，Cr含量至少為18%，并更優(yōu)選至少為20%，特別是當沒有對鋼實施上述拋光或初步氧化處理時。然而另一方面，如果Cr含量多于32%，將使鋼的可加工性和475t:時的抗脆化性嚴重劣化。因此，Cr含量在最多32%的范圍內(nèi)。C和N是提高鋼的高溫強度，特別是抗蠕變性的元素；但是，當它們以固溶元素存在于鋼中時，它們可能會捕獲鋼中的氫形成以甲烷和氨，因此產(chǎn)生了降低鋼的高溫強度、韌性和氫滲透性的危險因素。另外，因為C和N是奧氏體形成元素，它們也可能產(chǎn)生在高溫下形成奧氏體相的危險因素。在這種情況下，如前所述，該鋼也可能具有在貧Cr層中氫滲透性降低和由氫脆引起的疲勞強度降低的問題。因此，該鋼優(yōu)選具有盡可能較低的C含量和較低的N含量。各種研究的結(jié)果表明，分別為最高至0.03X的C和N是可接受的。但是為了充分降低鋼中固溶C和固溶N的總量(下文中稱為"固溶C+N的量")，使鋼滿足下面式(5)是重要的，式(5)與鋼中Nb、Ti、Zr和V的含量相關(guān)，這些元素易于與C和N結(jié)合0.037{(C+N)/(V+Ti+0.5Nb+0.5Zr)}+0.001《0.01.(5)在式(5)中，左邊部分是表示具有本發(fā)明組成的鐵素體不銹鋼中固溶C+N量的指標。當鋼不滿足式(5)時，由該鋼形成的熱管的耐久性可能大大降低，因為該鋼在高溫下的抗熱疲勞性差。Si是提高鋼的抗氧化性和抗紅氧化皮性的元素，因此起到阻止氫產(chǎn)生的作用。另外，它是具有穩(wěn)定鐵素體作用的元素。特別有效地，Si含量至少為O.1%;但是，如果含有太多的Si，則可能會使鋼的熱延展性劣化，并可能使鋼表面形成缺陷，因此產(chǎn)生使鋼的生產(chǎn)性和焊接性嚴重劣化的危險因素。因此，Si含量應(yīng)限制在最多3%的范圍內(nèi)。Mn是提高不銹鋼的抗氧化皮剝離性的元素，并對阻止在所述鋼制成的熱管內(nèi)部由氫的產(chǎn)生所引起的壓力增加是有效的。但如果含有太多的Mn，可能會降低鋼的韌性；因此，Mn的含量應(yīng)限制為最多2X。S是可對鋼的熱加工性和耐焊接高溫開裂抵抗性帶來一些負面影響的成分，并且可能成為鋼中非正常氧化的起始點。因此，S含量優(yōu)選盡可能低；其上限被限定為最多0.008質(zhì)量％。更優(yōu)選地，S含量為最多0.005質(zhì)量％。Nb、Ti、Zr和V起到固定C和N因而降低鋼中固溶C和固溶N的量的作用。另夕卜，它們還起到通過其在鋼中的碳化物和氮化物的細微分散引起的析出強化而提高鐵素體不銹鋼高溫強度的作用。Al具有提高鋼的抗氧化性的作用和降低鋼中氫的產(chǎn)生的作用。在本發(fā)明中為了獲得這些作用，向鋼中添加選自最多0.7%的Nb、最多0.3%的Ti、最多0.5%的Zr和最多1X的V中的至少一種。特別地，更優(yōu)選添加選自0.001-0.7%的恥、0.005-0.3%的Ti、0.001-0.5%的Zr和0.05-1%的V中的至少一種。向鋼中可選地添加最多0.3%的Al。在添加A1的情況下，其含量在0.03-0.3%的范圍內(nèi)更有效。但是，添加Ti和Al應(yīng)特別注意。一個原因是如上所述Ti可能是氫產(chǎn)生的危險因素。這個問題可通過控制組成以滿足上面式(2)而解決。另一原因是Ti和Al可能是劣化鋼的釬焊性的危險因素。大部分熱管元件是通過釬焊而用于實際應(yīng)用的；但是當鐵素體不銹鋼中的Ti和Al含量高時，即使在低氧分壓的條件下，在釬焊加熱中Ti和Al可能會形成氧化膜，因此降低鋼的釬焊性(特別是鋼對于釬焊材料的潤濕性)。作為詳細研究的結(jié)果，可通過控制組成以滿足下面式(3)和式(4)的至少一個而解決該問題Ti+Al《0.05...(3)Nb>Ti+A1...(4)如上面提到的，為了充分降低鋼中固溶C+N的量，該鋼必須含有滿足式(5)的Nb、Ti、Zr和V中的至少一種。Mo、W和Cu均是通過固溶強化提高不銹鋼的高溫強度的元素。在本發(fā)明中，不能使用添加大量C和N以提高鋼強度的方法，因此在強調(diào)鋼強度的情況下，優(yōu)選向鋼中添加Mo、W和Cu中的至少一種。另外，Mo和Cu特別具有延遲露點腐蝕的點蝕的產(chǎn)生和成長的作用，其中露點腐蝕是由廢氣的結(jié)露引起的。添加Mo和Cu中的至少一種可使?jié)M足式(1)所必需的Cr含量范圍變寬(g卩，可降低其最下限)。在添加Mo、W和Cu中至少一種的情況下，優(yōu)選將它們控制為Mo含量最多3%，W含量最多3%和Cu含量最多3%。更有效的是，Mo、W和Cu的含量每種至少為0.1%。Y、REM(稀土金屬)和Ca具有固定S的作用，而S對鋼的氧化皮剝離抵抗性有害，由此抑制氧化皮/基材界面上S的富集，并具有減少氧化膜中缺陷密度從而強化氧化膜的作用，因此鋼的抗氧化性可大大增強。因此，在本發(fā)明中，可向鋼中任選地添加這些中的至少一種。但是，這些元素添加太多不僅可能會使鋼材太硬，而且也可能會在鋼的生產(chǎn)中引起表面缺陷，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。作為各種研究的結(jié)果，在添加這些元素時，優(yōu)選將它們控制為Y含量最多0.1%，REM含量最多0.1%和Ca含量最多0.01%。更有效地，向鋼中添加選自0.0005-0.1X的Y、0.0005-0.1X的REM和0.0005-0.01%的Ca中的至少一種。在熔煉不銹鋼時，Ni、P、B、Mg等，例如，源自起始材料和粘附在熔煉設(shè)備壁表面的沉積物可混入其中?？山邮艿腘i的范圍是最高至0.6X，P的可接受范圍是最高至0.05%，B的可接受范圍是最高至0.01X，及Mg的可接受范圍是最高至0.005%。在使用鐵素體不銹鋼生產(chǎn)熱管時，首先要根據(jù)普通鐵素體不銹鋼板的生產(chǎn)方法制備具有上述預(yù)定組成的不銹鋼板；然后將從該鋼板中切下的板材成形并焊接成容器，之后將容器抽真空，然后加入純水。也可使用另一種方法，其中由鋼板制成焊接的鋼管，或由鋼坯形成無縫鋼管，并將鋼管加工成容器。"加入純水"的技術(shù)意指將已經(jīng)加入純水的容器通過焊接或熔化熔合(meltdownfusing)而密封。當容器的壁厚太薄時，該容器難以具有足夠的耐久性。另一方面，當壁太厚時，則因氫必須穿透厚壁，氫穿過容器壁的擴散距離可能長，這對于降低容器內(nèi)部壓力是不利的。隨著穿過鋼材的傳熱距離增加，鋼材的導(dǎo)熱阻力會增加，但是這對于基于水蒸汽蒸發(fā)潛熱的高效熱交換不利。作為各種研究的結(jié)果，熱管的壁厚優(yōu)選在0.5-lmm的范圍內(nèi)。實施例1:按照普通鐵素體不銹鋼板的生產(chǎn)方法，在真空熔煉爐中熔煉生產(chǎn)如表1所示的鋼(每種30kg)，將其熱軋，退火，酸洗，冷軋和最終退火，由此生產(chǎn)厚度為1.0mm的冷軋退火酸<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>將每個10mmX50mmX1.Omm的氫產(chǎn)生試樣從每種樣品材料中切下。將它們分為兩組，其中一組試樣的板表面為No.2D酸洗加工表面，而另外一組為#400干拋光加工表面。所有試樣的切邊都為恥OO干拋光加工表面。圖4示意性地顯示了此處使用的氫產(chǎn)生測試裝置的構(gòu)造。將試樣放入石英管中，該石英管設(shè)置在電爐中。通過安裝在其上的石英蓋將石英管與外界隔離。但是，將容納在石英保護管中的鎧裝熱電偶插入上述石英管中，以測量樣品周圍的溫度。將pyrej^管與石英管連接，并將該Pyrex管與真空泵和純水槽連接。石英管、石英蓋、Pyrex管和石英保護管均通過磨口(la卯ing)彼此間相互連接，使用真空油脂適當?shù)卦黾恿四タ诓糠值臍饷苄?。開始時，所有的閥門(A-D)都關(guān)閉。首先，在常溫下僅打開閥門D。在該步驟中，在閥門C和D之間的管中充入大約30mL的純水。接下來，再次關(guān)閉閥門D。然后，啟動真空泵，打開閥門B，將石英管抽真空，之后打開閥門A并測量壓力。當抽真空到lPa時，關(guān)閉閥門B。之后打開閥門C。在該階段，保留在閥門C和D之間的純水經(jīng)Pyrex管導(dǎo)入石英管中。隨著被強烈地吸入真空，保留在管C-D的幾乎所有水到達試樣的附近。之后，通過電爐加熱石英管的內(nèi)部。使用鎧裝熱電偶進行監(jiān)視，使石英管內(nèi)的溫度保持在60(TC或80(TC。在溫度保持在60(TC或80(TC的10小時測試期間，監(jiān)視壓力的變化，由經(jīng)過10小時時刻的壓力變化可計算出樣品表面單位時間和單位面積的氫產(chǎn)生速度。經(jīng)過10小時時刻的氫產(chǎn)生速度為最多1.OX10—6mol/(hcm2)的樣品被確定為具有在真實熱管中將內(nèi)部壓力增加降低為最多10kPa的性能。因此，經(jīng)過10小時時刻的氫產(chǎn)生速度為最多1.0X10—6mol/(hcm2)的樣品被評定為優(yōu)(即對降低氫產(chǎn)生有效)，而氫產(chǎn)生速度超過該范圍的那些樣品被評定為差(對降低氫產(chǎn)生無效)。結(jié)果如表2所示。供參考，在表2中也顯示了在保持60(TC溫度經(jīng)過1小時時刻的每個樣品的氫產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)，其采用與上文相同的評價標準?！稓錆B透測試，釬焊性評價》圖5示意性地顯示了用于氫滲透測試的測試體的部件構(gòu)成。由測試材料形成的部件是鋼板(兩個)和盤狀物(四個)。盤狀物由壓制形成，其外形尺寸為大約100mm(長)X30mm(寬)X5mm(高)。在圖5中，與盤狀物的長度相比，夸大描繪了盤狀物的寬度和高度。在每個盤狀物的底部制有兩個孔，通過裝在孔上的連接管將一個盤狀物的內(nèi)部空間與相鄰的盤狀物的內(nèi)部空間相聯(lián)接。通過將1/2英寸的SUS310S管壓平而制成該連接管。通過連接管連接的兩個盤狀物間的距離是8mm。將中間的兩個盤狀物結(jié)合形成袋狀物(bag)。側(cè)面的盤狀物由鋼板覆蓋。安裝在測試體一端的鋼板的中心制有孔，通過該孔將氫氣引入測試體中。使用Ni基釬焊材料(BNi-5)將這些部件接合(brad)和焊接，從而構(gòu)成測試體。將接合部氣密地密封以防止氣體從此泄露。在真空爐中實施釬焊，真空釬焊條件如下壓力為1Pa，釬焊溫度為1175t:，從常溫升溫至釬焊溫度的加熱時間為2小時，在釬焊溫度的保溫時間是30分鐘。圖6示意性地顯示了氫滲透測試裝置的構(gòu)成。圖6中的測試體在其高度方向(在疊層方向)進行了夸大繪制。將測試體設(shè)置在電爐中。通過接合在測試體上的l/4英寸SUS316管，將氫氣從氫氣產(chǎn)生單元弓I入測試體內(nèi)部。首先，通過真空泵將測試體內(nèi)部抽真空至lPa。當閥門Y關(guān)閉時，閥門X打開，將氫氣從氫氣產(chǎn)生單元引入測試體內(nèi)部，并當測試體10內(nèi)部壓力變?yōu)楦哂?20kPa時，關(guān)閉閥門X。因此，將具有高于約120kPa的氫分壓的氫氣密封在測試體內(nèi)部。接下來，將電爐加熱，并使其中的測試體保持在80(TC。當保持在80(TC時，監(jiān)視測試體內(nèi)部的壓力變化；并由在壓力為100kPa時(即氫氣分壓約為100kPa時)的壓力變化計算出氫滲透速度。然后，用氫滲透速度值除以暴露于由測試材料構(gòu)成的四個盤狀物和兩個鋼板的內(nèi)部氣氛的部分的表面積得到測試材料的單位時間和單位面積的氫滲透速度。氫也可能滲透進入除了存在于爐內(nèi)的這些測試材料部件之外的其它部件(部分1/4英寸管和連接管)；但是，除這些測試材料部件外的其它部件的表面積與測試材料的表面積相比足夠小，通過除測試材料部件之外的其它部件的氫滲透可忽略。以上述方式測量的氫滲透速度為至少1.OX10—9mol/(hcm2Pa1/2)的樣品被確定為具有在真實熱管中將內(nèi)部壓力增加降低為最多10kPa的性能，其基于根據(jù)上述測試方法測量的樣品中氫產(chǎn)生速度最多為1.0X10—6mol/(h*cm2)的條件。因此，氫滲透速度為至少1.OX10—9mol/(hcm2Pa1/2)的樣品被評為優(yōu)(認為對增加氫滲透有效)，而氫滲透速度低于該范圍的那些樣品為差(認為對增加氫滲透無效)。由于在抽真空中蒸汽通過接合部分泄漏，釬焊不良的樣品不可能具有預(yù)定的真空度，因此不能在氫滲透測試中進行測試。因此，通過如下方法評價樣品的釬焊性能具有預(yù)定真空度的樣品為優(yōu)(即具有優(yōu)良的釬焊性)；而其它的被評定為差(即具有差的釬焊性)。結(jié)果如表2所示。[oose]《腐蝕測試》根據(jù)其中模擬廢氣結(jié)露環(huán)境的測試實現(xiàn)腐蝕測試；該測試方法的要點如圖7所示。特別地，從每種測試材料上切下25mmX70mm的測試試樣；對其表面進行#400干拋光加工，對切邊進行#600干拋光加工；將其在80(TC下熱處理10小時以制備腐蝕試樣。模擬的冷凝水的組成如圖7的附表所示。將腐蝕試樣設(shè)置在豎直加熱爐和置于其下的裝有模擬的冷凝水的水槽之間，以這種方式該試樣可以在兩者之間上下往復(fù)運動，并受到50次加熱和浸漬循環(huán)，其中一個循環(huán)包括"在35(TC的爐中保持6分鐘(包括約1分鐘的均熱時間)一爐外冷卻7分鐘(試樣溫度，不高于10(TC)—將試樣下部的20mm浸漬在模擬的冷凝水中1分鐘一在空氣中干燥10分鐘(為了液體中的成分冷凝)"。然后，將試樣在3(TC和80^RH的恒溫恒濕器中保持2000小時，在其中均熱后，依據(jù)使用光學(xué)顯微鏡的焦點深度法來測量在試樣中形成的腐蝕孔的最大腐蝕深度。如果該測試方法中的最大腐燭深度大于0.8mm，則會具有這樣的可能性由試樣形成的熱管的盤狀物部分在暴露于車輛廢氣結(jié)露氣氛下15年后可能被腐蝕成具有通孔，即使假設(shè)鋼板厚lmm，而lmm的厚度已是計劃用于車輛熱管的最大厚度。因此，在本測試中最大腐蝕深度為最高0.8mm的樣品被評定為優(yōu)(即具有優(yōu)良的耐蝕性)，且其它的被評定為差(即具有差的耐蝕性)。結(jié)果如表2所示。表211<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表2所示，本發(fā)明所有樣品在所有測試項目中都具有優(yōu)良的結(jié)果。特別是，認為通過拋光將應(yīng)變引入其表面層的樣品，在大約60(TC的中等溫度范圍內(nèi)的加熱的初始階段能快速形成保護性氧化皮，并使得在60(TC下經(jīng)過1小時時的氫從所述樣品的產(chǎn)生速度降低。因此，在開始使用熱管的初始階段，這些樣品能呈現(xiàn)出更穩(wěn)定的抑制氫產(chǎn)生的作用。與這些相反，不滿足式(1)的樣品B2-B7耐蝕性差；不滿足式(2)的樣品B1、B2和B6在落入熱管最大的極限溫度范圍內(nèi)的80(TC時具有大的氫產(chǎn)生速度。不滿足式(3)和式(4)的樣品B1至B4釬焊性差。實施例2《加熱/冷卻循環(huán)耐久性測試》使用表1中樣品A1-A3、B6和B7的0.8mm厚的冷軋退火鋼板(#400干拋光加工鋼板)，構(gòu)建了如圖3所示的高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管(盤狀物23)。此處使用的加熱方法包括，從外部氣體燃燒器將高溫氣體引入到集熱片24中。對該系統(tǒng)進行2000次的加熱/冷卻循環(huán)測試，其中一個循環(huán)包括"l.在冷卻劑(水)循環(huán)的情況下加熱5分鐘一2.在冷卻劑循環(huán)停止的情況下繼續(xù)加熱5分鐘一3.停止冷卻劑循環(huán)和加熱5分鐘"。在冷卻劑循環(huán)的情況下進行加熱的步驟1中的熱管溫度為大約40(TC，在冷卻劑循環(huán)停止的情況下進行加熱的步驟2中大約為80(TC，在冷卻步驟3中為100-20(TC;在該循環(huán)中，系統(tǒng)未被結(jié)露腐蝕。在加熱/冷卻循環(huán)測試后，將系統(tǒng)拆除，對盤狀物23的部件進行顏色檢查，以確定損壞是否出現(xiàn)。結(jié)果，在由本發(fā)明樣品A1-A3形成的盤狀物23中沒有檢測到損壞。與此相反，由于其中存在大量的固溶C+N，因此，由不滿足式(5)的樣品B6或B7形成的盤狀物23具有遍布整個鋼板的缺陷。1權(quán)利要求一種用于高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管的鐵素體不銹鋼，其按質(zhì)量％計包括，16-32％的Cr，最多0.03％的C，最多0.03％的N，最多3％的Si，最多2％的Mn，最多0.008％的S，0(不添加)-0.3％的Al，以及選自最多0.7％的Nb、最多0.3％的Ti、最多0.5％的Zr和最多1％的V中的至少一種，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且它滿足下面式(1)、式(2)和式(5)的全部，并滿足下面式(3)和式(4)中的至少一個Cr+3(Mo+Cu)≥20...(1)Cr+3(Si+Mn+Al-Ti)≥20...(2)Ti+Al≤0.05...(3)Nb≥Ti+Al...(4)0.037{(C+N)/(V+Ti+0.5Nb+0.5Zr)}+0.001≤0.01...(5)其中，在式(1)至(5)中，原子符號的位置代入相應(yīng)元素的含量值，該含量值為質(zhì)量％的形式，鋼中未添加元素的位置代入0(零)。2.如權(quán)利要求1所述的用于熱管的鐵素體不銹鋼，其還含有選自最多3%的Mo、最多3%的w和最多3%的Cu中的至少一種。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于熱管的鐵素體不銹鋼，其還含有選自最多0.1%的Y、最多O.1X的REM(稀土金屬)和最多0.01X的Ca中的至少一種。4.一種用于熱管的鐵素體不銹鋼板，其由權(quán)利要求l-3中任一項的鋼制成，并且具有如JISR6001:1998中定義的拋光粒度號為#100-#800的拋光加工表面，或具有如JISG4305:2005中表14中定義的HL拋光加工表面。5.—種用于高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管，其通過如下步驟構(gòu)成將由權(quán)利要求1-3中任一項中的鋼的鋼材制成的容器抽真空，該容器具有0.5-lmm的厚度，隨后將水引入其中并將其密封，從而在其內(nèi)部形成液相部和空間部。6.—種用于高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管，其通過如下步聚構(gòu)成將由權(quán)利要求1-3中任一項中的鋼的鋼材制成的容器抽真空，該容器具有0.5-lmm的厚度，作為其內(nèi)部表面，該容器具有如JISR6001:1998中定義的拋光粒度號為#100-#800的拋光加工表面，或具有如JISG4305:2005中表14中定義的HL拋光加工表面，隨后將水引入其中并將其密封，從而在其內(nèi)部形成液相部和空間部。7.—種具有權(quán)利要求5或6所述熱管的高溫廢熱回收系統(tǒng)，該熱管配置在材料溫度達到600-900。C的部位。全文摘要提供一種用于高溫廢熱回收系統(tǒng)的熱管的鐵素體不銹鋼，其按質(zhì)量％計包含，16-32％的Cr，最多0.03％的C，最多0.03％的N，最多3％的Si，最多2％的Mn，最多0.008％的S，0-0.3％的Al，以及選自最多0.7％的Nb、最多0.3％的Ti、最多0.5％的Zr和最多1％的V中的至少一種，并可選地包含選自最多3％的Mo、最多3％的W、最多3％的Cu、最多0.1％的Y、最多0.1％的REM(稀土金屬)和最多0.01％的Ca中的至少一種，余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且它至少滿足下面式(1)、式(2)和式(5)Cr+3(Mo+Cu)≥20...(1)；Cr+3(Si+Mn+Al-Ti)≥20...(2)；0.037{(C+N)/(V+Ti+0.5Nb+0.5Zr)}+0.001≤0.01...(5)。文檔編號F28D15/02GK101787495SQ20091100003公開日2010年7月28日申請日期2009年11月13日優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日發(fā)明者加福一彰,向原佑輝,奧學(xué),小原公和,藤村佳幸,西田幸寬申請人:日新制鋼株式會社;株式會社電裝