[发明专利]高温强度良好的汽车排气系统不锈钢板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高温强度良好的汽车排气系统不锈钢板，钢板化学成分按重量百分比计为：C＜0.02％、Si 0.8％～1.0％、Mn 0.1％～0.35％、S＜0.03％、P＜0.04％、Cr 20％～23％、Nb 0.6％～0.85％、N＜0.02％、Mo 1.9％～2.0％、Al 0.7％～1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的有益效果是：可在950℃及以上的高温环境下使用的汽车排气系统高温端用钢，拟通过合理设计材料成分(增加Si、Nb、Cr及Al元素)、优化热轧、热轧退火、冷轧和冷轧退火工艺，调控铁素体不锈钢的组织及综合性能，同时提升现有材料的室温、高温强度。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高温强度良好的汽车排气系统不锈钢板及其制备方法。

背景技术

近年来，地球环境问题日益受到重视，其中各国都强烈要求提高汽车排气净化率。欧洲提出了EU2000和EU2005等实施法规或提案，并于2009年9月提出欧盟五期排放标准，美国近年也提高了汽车尾气排放标准。我国在2007年公布了相当于欧Ⅲ和欧Ⅳ标准的汽车尾气排放标准。随着尾气排放标准的提高，加上汽车轻量化的需要、涡轮增压技术的发展和普及以及燃油燃烧的更加充分，其带来的结果就是使汽车排气系统热端歧管的使用温度越来越高，排气歧管作为排气系统中距离发动机最近的部件，其工作温度最高，将会达到950～1050℃甚至更高。另外，排气歧管由于形状复杂，还要求具有良好的成形性。

早期排气歧管所使用的铸铁件工作温度仅为800℃以下，已不能满足服役条件。而采用奥氏体不锈钢或者耐热合金，都会带来绝大的成本压力，同时奥氏体不锈钢因其热膨胀系数较高导致其热疲劳失效风险高。随着冶炼技术的提高，超低碳氮铁素体不锈钢成为汽车排气系统的首选材料。目前，国内外主机厂均在积极寻求能够在950℃以上使用的铁素体不锈钢以满足汽车技术的发展。

东北大学的陈礼清等对高温环境下使用的汽车排气系统高温端用钢做了研究，并创造了“一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法(CN109913758A)”、“提高高温抗氧化性能的B444M2型铁素体不锈钢及其制备方法(CN109355478A)”等发明，其主要在传统444铁素体不锈钢的基础上添加W元素及稀土元素Ce，达到提高高温强度及成型性能的目的。其中W是一种稀有金属，属于次贵金属，储量较少，全世界已探明的储量不过620万吨，可开采的也只有290万吨，且成本较高；添加适当的稀土元素可以提高抗氧化性能，主要观点可归纳为：增强Cr的选择性氧化；改变Cr₂O₃的生长方式，以及增强氧化皮与基体的黏附性，但是稀土元素容易在冶炼过程中出现连铸结晶器水口堵塞等问题，冶炼技术要求较高，并且稀土夹杂物会影响冷轧板表面质量。

发明内容

本发明提供了一种高温强度良好的汽车排气系统不锈钢板及其制备方法，目的是开发可在950℃及以上的高温环境下使用的汽车排气系统高温端用钢，拟通过合理设计材料成分(增加Si、Nb、Cr及Al元素)、优化热轧、热轧退火、冷轧和冷轧退火工艺，调控铁素体不锈钢的组织及综合性能，同时提升现有材料的室温、高温强度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

高温强度良好的汽车排气系统不锈钢板，钢板化学成分按重量百分比计为：C＜0.02％、Si 0.8％～1.0％、Mn 0.1％～0.35％、S＜0.03％、P＜0.04％、Cr 20％～23％、Nb0.6％～0.85％、N＜0.02％、Mo 1.9％～2.0％、Al 0.7％～1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明各合金元素的作用如下：

Nb作为强化元素添加到不锈钢中时能够显著提高室温和高温强度，而且，微量的铌对高温蠕变强度具有良好的效果。而大量研究表明铌是增加高温强度的有效元素，固溶铌含量对强度影响较大。铌固溶于基体中可提高高温强度，并且随着固溶量增加强度提高。