根據1978年對排氣的規定,因為NO.也被加以限制,所以代替熱反應器,采用了催化轉爐這種排氣凈化裝置。催化轉爐是把排氣中的HC、一氧化碳以及二氧化氮都凈化的裝置;在對二氧化氮限制之前,使用的是只為了除去HC、一氧化碳的氧化催化轉爐,因為散熱器中部的溫度高達700~800℃,所以催化容器主要使用的是304不銹鋼;但之后成為了二氧化氮也可以凈化的三元催化,容器(轉爐殼)材料主要使用的是13Cr系鐵素體不銹鋼,所以其成形性、焊接性有所提高,開發了把SUS410S或 SUH409的碳含量降低的SUS410L 和SUH409L,這些被用于制造排氣系統的催化容器。


  作(zuo)為(wei)催(cui)(cui)化(hua)轉爐(lu)的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)載(zai)(zai)(zai)流(liu)(liu)子(zi)(zi),專門使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)陶瓷制(zhi)(zhi)Monolith,但(dan)隨(sui)著引擎性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)提高(gao)(gao),要求使(shi)用(yong)(yong)排(pai)氣抵抗小(xiao)、抵抗熱沖(chong)擊(ji)性(xing)(xing)能強的(de)(de)(de)Monolith,所(suo)以(yi)耐氧化(hua)性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)Fe-Cr-Al成為(wei)了(le)(le)候補材(cai)料(liao)。金(jin)(jin)屬制(zhi)(zhi)Monolith,起初是(shi)在原西德(de)用(yong)(yong)于(yu)(yu)高(gao)(gao)性(xing)(xing)能汽(qi)(qi)車前觸媒轉換(huan)器之中,材(cai)料(liao)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)20Cr-5A1鋼(gang)。在日(ri)(ri)本(ben)(ben)國內(nei),Fe-Cr-Al作(zuo)為(wei)電(dian)熱合金(jin)(jin),很久以(yi)來被(bei)用(yong)(yong)于(yu)(yu)制(zhi)(zhi)造線材(cai),如前所(suo)述,在日(ri)(ri)本(ben)(ben)開始對汽(qi)(qi)車排(pai)氣行(xing)(xing)限制(zhi)(zhi)時,Fe-Cr-Al也(ye)受到了(le)(le)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)注目。但(dan)因(yin)為(wei)歐洲采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)20Cr-5A1鋼(gang),所(suo)以(yi)在日(ri)(ri)本(ben)(ben)也(ye)對該鋼(gang)在低于(yu)(yu)1200℃的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫下的(de)(de)(de)反(fan)復氧化(hua)抵抗性(xing)(xing)能進行(xing)(xing)了(le)(le)試驗(yan),結果得出性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)確有所(suo)提高(gao)(gao)。因(yin)此開發研制(zhi)(zhi)了(le)(le)耐氧化(hua)性(xing)(xing)能較好的(de)(de)(de)20Cr-5A1鋼(gang)的(de)(de)(de)50μm厚的(de)(de)(de)箔材(cai),制(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)(le)使(shi)用(yong)(yong)其的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)載(zai)(zai)(zai)流(liu)(liu)子(zi)(zi)。在日(ri)(ri)本(ben)(ben)1988年初次作(zuo)為(wei)主催(cui)(cui)化(hua)轉爐(lu),用(yong)(yong)于(yu)(yu)日(ri)(ri)產汽(qi)(qi)車的(de)(de)(de)三元催(cui)(cui)化(hua),之后在其他小(xiao)汽(qi)(qi)車中也(ye)得到了(le)(le)廣泛(fan)應用(yong)(yong)。此外,因(yin)為(wei)陶瓷制(zhi)(zhi)Monolith振動性(xing)(xing)能好,在對摩托車的(de)(de)(de)排(pai)氣進行(xing)(xing)嚴格限制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)中國臺(tai)灣(wan)也(ye)大量(liang)采(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)20Cr-5Al鋼(gang)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)載(zai)(zai)(zai)流(liu)(liu)子(zi)(zi);其后隨(sui)著日(ri)(ri)本(ben)(ben)國內(nei)對摩托車的(de)(de)(de)排(pai)氣也(ye)進行(xing)(xing)了(le)(le)嚴格限制(zhi)(zhi),同樣也(ye)采(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)20Cr-5Al鋼(gang)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)載(zai)(zai)(zai)流(liu)(liu)子(zi)(zi)。


  所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)20Cr-5A1鋼,因(yin)為催(cui)化載流子(zi)使用(yong)的(de)(de)(de)(de)是50μm厚的(de)(de)(de)(de)箔材(cai),體積(ji)對(dui)表(biao)面積(ji)的(de)(de)(de)(de)比率很大(da),因(yin)此鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)消耗(hao)速度快,導致使用(yong)過程中鋁(lv)(lv)枯竭、氧(yang)化抵抗(kang)能(neng)力急(ji)劇(ju)惡化;因(yin)為在鋼中添(tian)(tian)加(jia)能(neng)夠提(ti)高高溫氧(yang)化抵抗(kang)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)微量稀(xi)土類元(yuan)素,效(xiao)果非常明(ming)顯,所以在進行材(cai)料的(de)(de)(de)(de)開發時(shi),對(dui)在箔材(cai)中添(tian)(tian)加(jia)微量稀(xi)土類元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果展開了(le)再次討論。


  首(shou)先,大(da)村(cun)等(1990年(nian))認為(wei)(wei):由(you)于(yu)稀(xi)土(tu)類(lei)元(yuan)(yuan)素(作為(wei)(wei)稀(xi)土(tu)金屬(shu)合(he)金添(tian)(tian)(tian)加(jia))的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用,20Cr-5Al鋼表面生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)會變(bian)得細致,針對剝離(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻力也會增大(da);但(dan)是,如(ru)果添(tian)(tian)(tian)加(jia)過(guo)多阻力反而(er)會再次降低,所以(yi)(yi)(yi)如(ru)圖(tu)6.4所示,稀(xi)土(tu)類(lei)元(yuan)(yuan)素添(tian)(tian)(tian)加(jia)量在(zai)(zai)(zai)0.07%~0.09%是最合(he)適。不(bu)(bu)過(guo)一般認為(wei)(wei):稀(xi)土(tu)類(lei)元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)量之所以(yi)(yi)(yi)會引(yin)起劣化(hua),是由(you)于(yu)這些元(yuan)(yuan)素在(zai)(zai)(zai)Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)當中形成(cheng)了(le)龐大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)物。另(ling)外(wai),石井等(1992年(nian))通(tong)過(guo)連續實驗研究了(le)稀(xi)土(tu)類(lei)元(yuan)(yuan)素中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鑭(lan)(0.04%~0.09%)以(yi)(yi)(yi)及(ji)鈰(0.04%~0.06%)各(ge)自不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),結(jie)果表明:鈰沒有什么效果,鑭(lan)能夠抑(yi)制(zhi)Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng),延緩(huan)剝離(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發生。圖(tu)6.5表明了(le)Ce、La以(yi)(yi)(yi)及(ji)釹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)對于(yu)Fe-20Cr-5A1鋼當中50 μm箔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗氧化(hua)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),從中可以(yi)(yi)(yi)看出:鑭(lan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果特別(bie)明顯。根據這一結(jie)果,添(tian)(tian)(tian)加(jia)0.07%~0.09%稀(xi)土(tu)金屬(shu)合(he)金或者鑭(lan)開發出了(le)新型(xing)20Cr-5Al鋼,作為(wei)(wei)汽車的(de)(de)(de)(de)(de)(de)催化(hua)載流(liu)子用不(bu)(bu)銹箔材料。這類(lei)鋼在(zai)(zai)(zai)制(zhi)造階段存在(zai)(zai)(zai)著韌性問題,為(wei)(wei)了(le)改(gai)善(shan)這一問題,需(xu)要(yao)盡量減少C、N,同時要(yao)添(tian)(tian)(tian)加(jia)0.1%以(yi)(yi)(yi)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈦(tai),此外(wai)還要(yao)注意(yi)合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱軋條件。另(ling)外(wai)從圖(tu)中還可以(yi)(yi)(yi)看出,添(tian)(tian)(tian)加(jia)微(wei)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈦(tai)具(ju)有抑(yi)制(zhi)AIN夾雜物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用。


圖 5.jpg


 平松等人(1995年)研究了(le)(le)(le)鈦(0.1%)和Ti+La(各(ge)0.1%)的(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)對(dui)20Cr-5A1鋼(gang)在1373K以及1423K的(de)(de)氧化(hua)產(chan)生(sheng)的(de)(de)影響,結果(guo)驗證了(le)(le)(le)Ti、La的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)添(tian)(tian)加(jia)對(dui)于剝(bo)離(li)具(ju)有(you)顯著(zhu)(zhu)的(de)(de)效(xiao)果(guo),并且石井等(1996年)[37]還(huan)通過重(zhong)復(fu)(fu)氧化(hua)實驗來檢測各(ge)種稀土類元(yuan)素(su)(su)(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y)、La和活(huo)性(xing)化(hua)元(yuan)素(su)(su)(Ti、Zr、Hf)的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)添(tian)(tian)加(jia)產(chan)生(sheng)的(de)(de)影響,結果(guo)表明(ming):鑭和鋯或者與鉿(jia)的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)添(tian)(tian)加(jia)對(dui)于氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)耐剝(bo)離(li)性(xing)具(ju)有(you)非(fei)常顯著(zhu)(zhu)的(de)(de)影響。推測一下添(tian)(tian)加(jia)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)效(xiao)果(guo)原理,可能是由于稀土類元(yuan)素(su)(su)或活(huo)性(xing)化(hua)元(yuan)素(su)(su)加(jia)大(da)了(le)(le)(le)Al2O3的(de)(de)保護膜(mo)和金(jin)屬(shu)區(qu)域(yu)界限(xian)的(de)(de)濃(nong)度(du),從而抑制(zhi)了(le)(le)(le)氧氣的(de)(de)晶界擴散(san),降(jiang)低(di)了(le)(le)(le)氧化(hua)的(de)(de)速(su)度(du)。