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。


  作為催(cui)(cui)化轉爐的(de)(de)催(cui)(cui)化載流子(zi),專門使(shi)用(yong)的(de)(de)是(shi)陶(tao)瓷制Monolith,但(dan)隨著(zhu)引(yin)擎性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)提高(gao)(gao),要求使(shi)用(yong)排(pai)(pai)氣(qi)抵抗小(xiao)、抵抗熱沖擊性(xing)能(neng)(neng)(neng)強的(de)(de)Monolith,所以耐氧化性(xing)好的(de)(de)Fe-Cr-Al成為了(le)(le)(le)候補材料。金屬(shu)制Monolith,起初(chu)是(shi)在(zai)(zai)原(yuan)西(xi)德用(yong)于(yu)高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)(neng)汽(qi)(qi)車前觸媒轉換器之(zhi)中,材料使(shi)用(yong)的(de)(de)是(shi)20Cr-5A1鋼(gang)(gang)(gang)。在(zai)(zai)日(ri)(ri)本國(guo)內,Fe-Cr-Al作為電熱合金,很久以來被用(yong)于(yu)制造(zao)線材,如前所述,在(zai)(zai)日(ri)(ri)本開始對汽(qi)(qi)車排(pai)(pai)氣(qi)行(xing)限(xian)制時(shi),Fe-Cr-Al也受(shou)到了(le)(le)(le)一定(ding)的(de)(de)注目。但(dan)因為歐洲采用(yong)的(de)(de)是(shi)20Cr-5A1鋼(gang)(gang)(gang),所以在(zai)(zai)日(ri)(ri)本也對該鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)低(di)于(yu)1200℃的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)下的(de)(de)反復氧化抵抗性(xing)能(neng)(neng)(neng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)(le)試(shi)驗,結果得出性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)確有所提高(gao)(gao)。因此開發研(yan)制了(le)(le)(le)耐氧化性(xing)能(neng)(neng)(neng)較(jiao)好的(de)(de)20Cr-5A1鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)50μm厚的(de)(de)箔材,制作了(le)(le)(le)使(shi)用(yong)其(qi)(qi)的(de)(de)催(cui)(cui)化載流子(zi)。在(zai)(zai)日(ri)(ri)本1988年初(chu)次(ci)作為主催(cui)(cui)化轉爐,用(yong)于(yu)日(ri)(ri)產汽(qi)(qi)車的(de)(de)三元(yuan)催(cui)(cui)化,之(zhi)后在(zai)(zai)其(qi)(qi)他小(xiao)汽(qi)(qi)車中也得到了(le)(le)(le)廣(guang)泛應用(yong)。此外(wai),因為陶(tao)瓷制Monolith振動性(xing)能(neng)(neng)(neng)好,在(zai)(zai)對摩托車的(de)(de)排(pai)(pai)氣(qi)進(jin)(jin)(jin)行(xing)嚴格(ge)限(xian)制的(de)(de)中國(guo)臺灣也大(da)量采用(yong)了(le)(le)(le)20Cr-5Al鋼(gang)(gang)(gang)制的(de)(de)催(cui)(cui)化載流子(zi);其(qi)(qi)后隨著(zhu)日(ri)(ri)本國(guo)內對摩托車的(de)(de)排(pai)(pai)氣(qi)也進(jin)(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)(le)嚴格(ge)限(xian)制,同樣也采用(yong)了(le)(le)(le)20Cr-5Al鋼(gang)(gang)(gang)制的(de)(de)催(cui)(cui)化載流子(zi)。


  所采用(yong)的20Cr-5A1鋼(gang),因為催(cui)化(hua)載流子使(shi)用(yong)的是(shi)50μm厚的箔(bo)(bo)材,體積對表面積的比(bi)率(lv)很大,因此鋁(lv)(lv)的消耗速度(du)快,導致使(shi)用(yong)過程中(zhong)鋁(lv)(lv)枯(ku)竭(jie)、氧化(hua)抵(di)抗能(neng)(neng)力(li)急劇惡化(hua);因為在鋼(gang)中(zhong)添(tian)加能(neng)(neng)夠提(ti)高高溫氧化(hua)抵(di)抗能(neng)(neng)力(li)的微(wei)量稀土類元(yuan)素,效果非常明顯(xian),所以(yi)在進行材料的開發時,對在箔(bo)(bo)材中(zhong)添(tian)加微(wei)量稀土類元(yuan)素的效果展開了再次(ci)討論。


  首先,大村等(deng)(1990年)認為:由于稀土(tu)類(lei)元(yuan)素(作為稀土(tu)金屬合金添(tian)(tian)加)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong),20Cr-5Al鋼(gang)表面生成的(de)(de)(de)(de)Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)會變得細致,針對剝(bo)離(li)的(de)(de)(de)(de)阻力(li)也會增(zeng)大;但是,如果(guo)(guo)添(tian)(tian)加過(guo)多(duo)阻力(li)反而(er)會再(zai)次降低(di),所(suo)以(yi)(yi)如圖(tu)6.4所(suo)示,稀土(tu)類(lei)元(yuan)素添(tian)(tian)加量(liang)(liang)在(zai)(zai)0.07%~0.09%是最合適(shi)。不(bu)(bu)過(guo)一(yi)般認為:稀土(tu)類(lei)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)過(guo)量(liang)(liang)之(zhi)所(suo)以(yi)(yi)會引起劣化,是由于這(zhe)(zhe)些元(yuan)素在(zai)(zai)Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)當中(zhong)(zhong)形成了龐(pang)大的(de)(de)(de)(de)氧化物(wu)。另外(wai),石井等(deng)(1992年)通過(guo)連續實驗研究了稀土(tu)類(lei)元(yuan)素中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)鑭(lan)(0.04%~0.09%)以(yi)(yi)及鈰(0.04%~0.06%)各自不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),結果(guo)(guo)表明(ming):鈰沒有什么效(xiao)果(guo)(guo),鑭(lan)能夠抑(yi)制Al2O3保(bao)護(hu)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)形成,延緩(huan)剝(bo)離(li)的(de)(de)(de)(de)發(fa)生。圖(tu)6.5表明(ming)了Ce、La以(yi)(yi)及釹的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加對于Fe-20Cr-5A1鋼(gang)當中(zhong)(zhong)50 μm箔的(de)(de)(de)(de)抗氧化性(xing)能的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),從(cong)中(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)(yi)看出(chu):鑭(lan)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)(guo)特別(bie)明(ming)顯(xian)。根據這(zhe)(zhe)一(yi)結果(guo)(guo),添(tian)(tian)加0.07%~0.09%稀土(tu)金屬合金或者鑭(lan)開發(fa)出(chu)了新型20Cr-5Al鋼(gang),作為汽車的(de)(de)(de)(de)催化載(zai)流子用(yong)(yong)不(bu)(bu)銹箔材料。這(zhe)(zhe)類(lei)鋼(gang)在(zai)(zai)制造(zao)階段存在(zai)(zai)著韌性(xing)問(wen)題,為了改善這(zhe)(zhe)一(yi)問(wen)題,需要盡量(liang)(liang)減(jian)少C、N,同時要添(tian)(tian)加0.1%以(yi)(yi)下的(de)(de)(de)(de)鈦(tai),此外(wai)還(huan)要注意(yi)合適(shi)的(de)(de)(de)(de)熱軋條件。另外(wai)從(cong)圖(tu)中(zhong)(zhong)還(huan)可(ke)以(yi)(yi)看出(chu),添(tian)(tian)加微(wei)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)具有抑(yi)制AIN夾雜物(wu)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)。


圖 5.jpg


 平松等(deng)(deng)人(ren)(1995年)研究了鈦(0.1%)和(he)Ti+La(各0.1%)的(de)(de)(de)(de)(de)添加對20Cr-5A1鋼在(zai)1373K以及1423K的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)產生的(de)(de)(de)(de)(de)影響,結(jie)果驗(yan)證了Ti、La的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添加對于(yu)剝離具有顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)效果,并且石井等(deng)(deng)(1996年)[37]還通(tong)過重(zhong)復(fu)氧(yang)化(hua)實驗(yan)來(lai)檢測各種稀土類元(yuan)(yuan)素(su)(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y)、La和(he)活性化(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(Ti、Zr、Hf)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添加產生的(de)(de)(de)(de)(de)影響,結(jie)果表明:鑭和(he)鋯或者與(yu)鉿的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添加對于(yu)氧(yang)化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)耐剝離性具有非常顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)影響。推測一下添加元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)效果原理(li),可能是由于(yu)稀土類元(yuan)(yuan)素(su)或活性化(hua)元(yuan)(yuan)素(su)加大了Al2O3的(de)(de)(de)(de)(de)保護(hu)膜(mo)和(he)金屬(shu)區域界限的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du),從而抑制了氧(yang)氣的(de)(de)(de)(de)(de)晶界擴散,降(jiang)低了氧(yang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)。