CN108315648B - 一种载有scr处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢，组成为：C≤0.010％，S≤0.004％，P≤0.020％，Si≤0.45％，Mn≤1.0％，Cr 11.0％～14.0％，Al0.01％‑0.08％，Nb 0.1％～0.4％，Ti 8×(C+N)～0.3％，N≤0.008％，(C+N)≤0.015％，余量为Fe；不含镍、钼、锡等贵重金属，成品板屈服强度260～310MPa，抗拉强度490MPa～550MPa，延伸率35％～40％，具有良好的抗含尿素及其分解物的冷凝液腐蚀性，用于载有SCR后处理装置的汽车后级消声器的制造，提高寿命。

Description

一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体 不锈钢及制备方法

技术领域

本发明属于铁素体不锈钢合金材料技术领域，具体涉及一种用于载有SCR处理装置的汽车消声器制造的低铬、无镍含铌耐冷凝液腐蚀的低成本铁素体不锈钢及其制备方法。

背景技术

为降低汽车尾气对环境的污染，各个国家都开始对机动车排放量提出严格的要求，大幅削减颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO₂)排放上限，强制性实施汽车尾气排放标准。欧洲和美国2007年就已经实行欧5和欧6排放标准，对汽车氮氧化物NO_X和微粒PM的排放进行控制。

中国的汽车工业近几年发展迅速，已经连续5年成为全球最大汽车制造商。汽车尾气的污染已经成为大气雾霾污染的重要来源。为防治污染，改善环境质量，2013年5月27日，我国出台了《GB 18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第Ⅴ阶段)》，并规定自2018年1月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准要求。2016年11月24日国家环境保护不大气环境管理司、科技标准司出台了《GB 18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第Ⅵ阶段)》，2017年在北京上海等一线城市开始实行，2018年向全国推广。并自2020年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准要求。

与“国Ⅴ”相比，“国Ⅵ”的排放标准提高30％以上；排除工况与测试影响前提下，汽油车辆一氧化碳的排放量与总碳氢化物和非甲烷总烃的排放量要均下降50％；氮氢化合物排放下降42％。仅仅两年时间，中国陆续出台了两个新的排放标准，说明了我国控制汽车排放、改善大气污染的决心。一些省份已经禁止“国Ⅳ”车辆上牌，中国汽车尾气治理时代来临。

为了满足新排放标准要求，当前和以后相当长时间内，汽车制造商需要考虑汽车排放问题。在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，汽车生产企业开始在排气系统安装恰当的后处理技术策略和装备，例如SCR(selective catalytic reduction)催化转化还原技术，DPF(diesel particulatefilter)颗粒捕捉器，DOC(diesel oxidation catalyst)氧化型催化器等，来降低汽车尾气中氮氧化物的含量。

尿素一选择性催化还原(SCR)技术被广泛应用到排气系统中。SCR技术是向汽车高温尾气中喷入尿素水溶液，利用尿素在高温下分解出NH₃作为还原剂，与发动机排气中的NO_X在催化剂和温度的综合作用下进行反应，生成无毒的N₂和H₂O，从而达到净化的目的。

SCR技术可以在排气温度250-550℃的范围内具有50％～85％的NO_X去除效率，并能有效降低PM的排放水平；能轻松满足欧5/欧6水平；发动机的燃油耗可降低3-6％，SCR催化剂不含贵金属，成本低，对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感，基于以上优点，中国的车辆状况和车用燃油状况最适合采用SCR后处理技术。

汽车消声器应用在汽车排气系统尾端，SCR装置之后，后级消声器筒体内部的温度相对于靠近发动机的前级消声器来说降低了很多，这样后消声器筒体内的部分气体会发生冷凝，在消声器的出口部位极易产生硫酸根离子的冷凝液，并滞留在此，在汽车频繁的短时驾驶时腐蚀性冷凝液不能排出，使得材料被浓缩的腐蚀性溶液严重破坏，产生点蚀。汽车消音排气系统是发生腐蚀较严重的部件之一，早期汽车往往在1～2年服役期内更换。

然而安装SCR装置后，汽车排气系统的使用环境更为苛刻，对汽车排气系统后消声器材料的耐腐蚀性能要求更高了。这是由于汽车尾气通过SCR装置后，尿素分解产物或反应副产物会与汽车废气混合形成热氧化环境，对排气管等不锈钢构件在冷凝液中的腐蚀性能有较大影响。后消声器筒体内的冷凝水成分发生了变化，在原有废气形成的冷凝水成分基础上，增加了脲、氨及其分解产物，同时由于SCR装置需要进行氮氧化物的还原反应，排气温度更高，因此后消声器会频繁在经受在150℃至700℃之间的温度，并且经受脲和水混合物(典型地为32.5％的脲，67.5％的水)的喷射，或经受氨和水的混合物或纯氨的喷射，更容易被腐蚀，缩短了后级消声器的使用寿命。

因此，亟待提供一种汽车排气系统后级消声器材料，解决尿素还原剂溶液在高温下不完全分解所产生的化学腐蚀以及发动机排气气氛冷凝物的高温化学腐蚀问题。

目前，我国汽车排气系统冷端部件大部分采用进口的单钛稳定化或铌钛复合409铁素体不锈钢。409合金Cr含量11％，抗应力腐蚀性能好，但易受点蚀和缝隙腐蚀；Cr含量较高的合金，如439铁素体钢或304奥氏体钢，它们的Cr含量都为18％，它们的耐点蚀和缝隙腐蚀的性能要好的多。含有较高Cr并含Mo的444合金(18Cr-2Mo)，在氯化物存在之处的耐点蚀和缝隙腐蚀性能更高。但是在实际使用时，经常会由于我国燃油硫含量偏高而造成点蚀和晶间腐蚀，导致消声器失效，个别消声器产品出现寿命不足半年的现象，这些进口的不锈钢不是很适合我国的实际使用环境。

对国内市场的几种常用材料，例如奥氏体的SUS304和309，铁素体的441，分别进行尿素还原剂溶液的常规化学腐蚀，尿素还原剂溶液高温高压水热化学腐蚀试验以及模仿排气管中冷凝介质的腐蚀试验后发现，尽管它们在标准的废气气氛中的氧化过程中具有良好的热机械性能，但是在存在水、脲和氨的混合物的喷射，并且温度在150℃至700℃之间的情况下，上述铁素体等级在晶界处过度腐蚀，这使得这些钢不足以适用于在载有SCR处理装置的汽车排气管路中后级消声器的应用，而这在柴油发动机车辆上是常见的。此外，当使用经稳定或未经稳定的奥氏体等级时(类型EN1.4301 AISI304、EN 1.4541 AISI 321或EN1.4404 AISI 316L)，脲引起的晶粒间腐蚀现象恶化。即使对最高档和昂贵的奥氏体SUS309不锈钢，也不能完全满足车载SCR系统封装后的耐化学腐蚀要求。

为改善消声器耐尾气冷凝物腐蚀性能，日本开发先后开发了SUH409L、SUS430JIL、SUS436和SUS436JIL等抗腐蚀不锈钢，尽管这些不锈钢的耐腐蚀性能较好，但高温性能较差，难以满足不同车型以及环境对排气系统冷端的高温性能要求。

关于改善汽车排气系统的部件的抗冷凝腐蚀性和可成形性国内外也有许多相关的专利技术。其中包括：第2009-174036号日本特开专利公开了一种不锈钢材料，该不锈钢材料通过添加0.01％～0.2％的硅、13％～22％的铬、0.001％～1％的锡来改善钝化膜的性质。然而，在上述公开的专利下，需要在200℃～700℃范围内的温度下持续1分钟或更长的退火工艺来改善钝化膜的性质，因此在汽车排气系统的受热部分会发生氧化，导致抗点蚀性能降低。

在日本专利刊物(公开)No.6-248394中描述了一种排气系统装置用的铁素体不锈钢。该文献所述的不锈钢，其铬含量在一特定范围内，除了碳和氮以外，将作为稳定元素的铌和钛的含量控制在特定范围内，同时补充加入硅、钼和镍，以提高坯件的高温耐盐水腐蚀能力，这是一种改进汽车的前管、中管等的焊接热影响区抗晶间腐蚀能力的工艺。但是，由于该文献所述方法加入大量的硅、铌和钼，因而除了常温可成形性差以外，不免带来钢的再结晶温度较高的问题，需要作高温完全退火。日本专利刊物(公开)No.6-184705，和说明排气消音器材料的日本专利刊物(公开)No.3-264652，都通过加入铌和钛将碳和氮(C+N)的含量控制在低的水平。但是，由于加入大量的铌且由于(C+N)值仍然高，所以现有技术中的上述问题依然存在。

国内公开专利《车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺》发明了一种车载SCR封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺，提出对市售的铁素体不锈钢材料在钝化处理液中进行表面处理，能显著提高其耐车载SCR系统所用的尿素还原剂溶液的高温化学腐蚀性能，也具有更好的耐排气腐蚀气氛的高温化学腐蚀的特性，应用于车载SCR系统后，延长系统的使用寿命。但增加了工序，并且处理后进行消声器的成形和焊接生产过程中，钝化膜会有所破坏，导致产品寿命下降。

在公开专利CN104870674中描述了一种具有优良的耐冷凝液腐蚀性能、成型性和抗高温氧化性的铁素体不锈钢。该文献所述的不锈钢，其铬含量控制在9％～13％较低的特定范围内，同时加入硅、锡、铜合金元素，以补充强度和提高坯件的高温耐腐蚀能力。但由于该文献所述方法加入了0.05％～0.5％的锡，锡是排在白金、黄金、银之后的贵金属，在食品器皿、陶瓷、航空航天等领域应用较广，另外，其制造方法中描述所述铁素体不锈钢镀有铝以改善耐冷凝腐蚀性、可成形性和高温抗氧化性质。该文献所述的材料及制造工艺复杂，设计成本较高，而对消声器来说，成本因素是决定性的。

在公开专利CN 106256919 A中描述了具有抗冷凝液腐蚀性的低成本铁素体不锈钢及其制造方法，该文献所述的材料，其铬含量在13％～15％，同时添加合金元素V、Cu、Al及稀土Ce等合金元素并结合控制材料组织晶粒度在5～8级，提高了耐冷凝液腐蚀及抗氧化性能，但从成分设计看，铬含量较高，并且添加了较多的合金元素，尤其是稀土的加入，导致冶炼工艺复杂，并且容易形成氧化物夹杂，降低其耐腐蚀性能和可成形性。另外，由于V、Ti、Nb、Al都会与碳氮形成化合物，加入合金元素越多，导致在冶炼物理化学过程中，其生成的粒子成分越不稳定，甚至有较大尺寸的析出物甚至大的夹杂物出现，降低材料的腐蚀性能，并且加入合金越多，该合金成本越高。

除了上述几篇专利外，还有许多专利是针对汽车排气系统用铁素体不锈钢的。但是除含极少量C+N外还含少量硅和一起加入的铌和钛，不含昂贵钼元素，在最佳组分设计基拙上各组分得到良好平衡，高温强度好，常温可成形性佳，又比较经济的钢种还没有。

消声器对汽车的使用状况和寿命息息相关。发挥消声器的实际作用,提高消声器的使用效率,可以提高整车的使用年限。

因此，对于上述所遇到的问题，目前还没有很好的解决方案，也就是说还没有一种符合上述使用环境并使用寿命较长的不锈钢材料。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢。本发明开发出了一种无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢，与为了该目的已知材料相比，该铁素体不锈钢具有较好的抗高温疲劳性能和在高温氧化状态下抗含有水、脲和氨的混合物的冷凝液引起的腐蚀具有抗性性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢，在铁素体不锈钢中的各元素含量为：C≤0.010％，S≤0.004％，P≤0.020％，Si≤0.45％，Mn≤1.0％，Cr11.0％～14.0％，Al 0.01％～0.08％，Nb 0.1％～0.4％，Ti 8×(C+N)～0.3％，N≤0.008％，(C+N)≤0.015％，余量为Fe。

所述铁素体显微组织为完全再结晶结构，即呈等轴状的晶粒，以保持较低的界面能。

铁素体晶粒的平均晶粒大小为25μm至60μm之间。

本发明的第二个目的是提供一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢的制备方法。

一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢的制备方法：具体步骤为：

(1)冶炼

将炼钢原料(包括废钢、生铁、铬、锰、铌等合金)熔炼，在冶炼时在充分脱氧后添加钛合金，并在精炼时微调钛和铌的含量；

(2)铸造

将步骤(1)中得到的材料在一定温度下进行浇铸，采用模铸或连铸铸造成铸锭或铸坯；

(3)铸锭锻造

加热到一定温度后保温一段时间将步骤(2)得到的铸锭进行锻造，在一定温度下进行终锻；铸坯则不需要锻造；

(4)锻坯或铸坯热轧

加热到一定温度后保温一段时间，保温后将步骤(3)得到的锻件进行轧制，在一定温度下终轧，热轧板最终厚度为3.5～6.0mm；卷取获得热轧板卷；

(5)热轧板退火、酸洗

在一定温度下将步骤(4)中得到的热轧板进行连续退火一段时间，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

(6)冷轧

对步骤(5)酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率≥70％；冷轧后板厚度为0.8～1.75mm。

(7)退火、酸洗

步骤(6)冷轧后在一定温度下保温一段时间后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得本发明无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

优选的，步骤(1)中冶炼采用真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺。

优选的，步骤(2)中浇铸温度控制在1500～1650℃。

优选的，步骤(3)加热到1100～1200℃进行保温。

优选的，步骤(3)保温时间按1～3min/mm×铸锭厚度控制。

优选的，步骤(3)始锻温度控制在1050℃～1200℃。

优选的，步骤(3)终锻温度控制在900℃～1000℃。

优选的，步骤(4)中加热温度为1080～1180℃，保温时间按1～3min/mm×坯厚控制。

进一步优选的，步骤(4)开轧温度控制在1000～1100℃，终轧温度控制在850～950℃。

优选的，步骤(5)中退火温度为900～1000℃，退火时间按1～3min/mm×板厚控制。

优选的，步骤(7)中退火温度为900～1000℃，保温1～5分钟。

本申请的第三个目的是提供一种铁素体不锈钢在制造载有SCR后处理装置的汽车排气系统冷端后级消声器的材料中的应用。

硅的作用：硅作为冶炼中的常规的脱氧剂，经常被添加，硅元素不但可以改善焊接区域的抗腐蚀性、点蚀电位和抗氧化性，还能抑制在400℃～700℃的范围内的温度下Cr的扩散和偏析，防止晶间腐蚀。但根据本发明的实施例，当添加高于1.0％的硅时，会导致含硅的夹杂物增加，并且表面缺陷增多，因此Si成分限制在0.45％以下，改善抗腐蚀性和抗氧化性。

锰的作用：锰含量增加，提高钢的强度，但也会形成塑性夹杂物MnS，降低抗点蚀性，因此规定了锰的上限为1.0％。

磷和硫的作用：磷和硫元素都是钢中的杂质，硫易与锰形成MnS，降低抗腐蚀性能，而P元素易形成晶间偏析而使热加工性下降，因此本发明实施例中，P含量上限限制在0.020％，而S含量上限控制在0.004％。

铬的作用：铬是铁素体不锈钢中的必需元素，是保障抗腐蚀性且具有工业应用价值的不可或缺的合金元素。铬与氧发生反应在不锈钢表面生成的钝化膜Cr₂O₃非常致密，从而降低了不锈钢表面的溶解速度，提高了耐腐蚀性能。随着铬含量的提高，不锈钢在氧化介质中的腐蚀速率会急剧降低，高铬能显著提高铁素体不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性能。当Cr含量低时，抗冷凝腐蚀性下降，而当Cr的含量过高时，强度和耐腐蚀性提高了，但延展性和冲击韧性下降，因此本发明实施例中将其规定为较低的含量：11.0％～14.0％，这也是本发明中低成本高耐腐蚀性的创新之处。

C、N元素的作用：C和N是钢中间隙元素，通过与铁形成间隙固溶体而提高钢的强度，但含量太多就会降低钢的韧性和塑性，恶化材料的低温冲击性能和成形性能，并且当在焊接后长时间内在600℃或更低的温度下使用时，C容易和Cr生成Cr₂₃C₆碳化物，从而会发生晶间腐蚀。当C+N含量超过0.03％时，加工性下降，因而本发明尽量设计低的C和N的含量。另外，C和N非常容易与Ti、Nb、Al等元素形成碳氮化物。要获得较低的C和N含量，一方面通过冶炼手段，另一方面，就通过添加Ti、Nb等元素，形成Ti(C,N)、Nb(C,N)、(Ti,Nb)(C,N)等碳氮化物固定多余的C和N，以避免其形成固溶体降低材料的延伸率和低温冲击性能。但第二种方法虽然可行，但消耗的合金元素较多，当增加C和N的含量并添加大量的Ti时，就会使钢中的夹杂物增多，导致产生很多表面缺陷，在铸造时发生水口堵塞现象，并且成品中由于夹杂物增加，降低了钢板的延展性和冲击韧性；Nb也与C、N形成碳氮化物。但是为了提高高温强度，Nb必须有一定量的固溶Nb形式存在，为防止固溶Nb量的下降，最好尽可能使C+N量低，因此本发明中根据实验优选将C+N的含量上限控制在0.015％及以下。

钛元素的作用：钛元素是现代铁素体不锈钢中常采用的元素，因为在钢的冶炼时钛非常容易与钢中的C和N结合，形成碳氮化物，从而提高材料的强度和成形性能，并防止晶间腐蚀。但过渡添加钛也是造成含钛的夹杂物数量增多，表面质量变差，同时由于夹杂物增多造成铸造时水口堵塞。因此经过试验，钛的含量限制在0.30％以下。但如果钛含量过少，就起不到固定C和N元素的作用，因此钛的添加要根据冶炼过程中碳和氮成分的变化进行添加，下限控制在8×(C+N)％。

铌元素的作用：铌作为铁素体形成元素，能和铁素体不锈钢中的的C、N结合生成稳定的Nb的碳氮化物，从而抑制钢中铬的C，N化物的形成，提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能，并能细化铁素体不锈钢的晶粒，提高钢的韧性和成型性。另外，单独加入铌会析出可能长大的Fe₃Nb₃C粗颗拉。如果再加入钛，则析出物变成(Ti,Nb)C型，因此，只要钢在高温下保温时间长些，铌的固溶体量的下降便得到抑制。

铝元素的作用：铝经常被作为一种强脱氧剂加入钢中，铝除固溶于钢的基体外，还能与铬一起在钢的表面形成Al₂O₃和Cr₂O₃的钝化膜，显著提高铁素体不锈钢的抗氧化性能和耐腐蚀性能。但如果添加过多，也会造成夹杂物数量增多，因此范围为0.01～0.08％。

本申请的实质性特点为：含有较低的铬含量(11.0％～14.0％)，并添加Nb和Ti双复合，严格在生产过程中控制铌的固溶和析出比例，使得材料中的析出物为细小的(Ti,Nb)(C,N)型。并且能够固溶一部分Nb，以提高材料的高温强度和焊接性能。

本发明的有益效果：

本发明的用于汽车排气系统后级消声器的铁素体不锈钢，不含镍、钼、锡等贵重金属，并且相对来说含铬量较少，添加了铌和钛，固定碳和氮原子，并在冶炼时采用优质原料，具有较低的硫磷含量，纯净度高，成本低，其冷轧成品板屈服强度260～310MPa，抗拉强度490～550MPa，延伸率35～40％，r值1.50～1.70，HV 128～140，硬度HV 130～145。具有较好的冷成形性和良好的抗含尿素及其分解物的冷凝液腐蚀性，用于载有SCR后处理装置的汽车后级消声器的制造，使得消声器的寿命增加，满足了社会需求，可减少废气的排放，取得了良好的经济效益和社会效益。

本发明的用于汽车排气系统后级消声器的铁素体不锈钢具有在中国区域中具有较高抗冷凝腐蚀性能的适合于新的国家排放标准的汽车排气系统冷端部件而不增加制造成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1钢的微观组织。

图2为模拟汽车废气和SCR气氛下的高温氧化疲劳试验示意图。

图3为循环腐蚀试验后试样腐蚀的形貌(SEM)。其中(a)为实例1，(b)为中铬成分的439钢。

图4为循环腐蚀试验后三种样品的试验结果对比。

图5为扫描电镜夹杂物形貌示意图；(a)为实施例1中的(Ti，Nb)(C，N)夹杂物；(b)为单钛409不锈钢中的TiN夹杂物。

图6为平衡条件下409Ti铁素体不锈钢析出过程中Ti,N的摩尔分数Thermo-calc计算结果。

图7是平衡条件下实施例1中(Nb,Ti)(C,N)析出相摩尔分数的Thermo-Calc计算结果。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

本发明铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，Si：0.34％，Mn：0.75％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：12.5％，N：0.007％，Nb：0.25，Ti：0.18，其余为Fe和不可避免杂质。其再结晶温度845℃。其微观组织见图1。

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼。进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃。

铸坯热轧，加热温度为1080℃～1180℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在900℃。

热轧板连续退火温度为930℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率75％；冷轧后板厚度为1.5mm。

退火、酸洗

所述冷轧轧后退火温度为950℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得本发明无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

成品性能参数如下：

屈服强度289MPa，抗拉强度523MPa，延伸率37％，r＝1.55，硬度HV 136/136/137，弯曲合格。

实施例2

本发明铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，Si：0.40％，Mn：0.85％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：13.0％，N：0.005％，Nb：0.26，Ti：0.18，其余为Fe和不可避免杂质。其再结晶温度840℃。

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼。进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃。

铸坯热轧，加热温度为1080～1180℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在900℃。

热轧板连续退火温度为920℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率83％；冷轧后板厚度为1.0mm。

退火、酸洗

所述冷轧轧后退火温度为930℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得本发明无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

成品性能参数如下：

屈服强度290MPa，抗拉强度535MPa，延伸率38％，r＝1.60，硬度HV 140/136/138，弯曲合格。

实施例3

本发明铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，Si：0.30％，Mn：0.85％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：13.0％，N：0.005％，Nb：0.30，Ti：0.22，其余为Fe和不可避免杂质。其再结晶温度838℃。

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼。进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃。

铸坯热轧，加热温度为1150℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在890℃。

热轧板连续退火温度为920℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率80％；冷轧后板厚度为1.2mm。

退火、酸洗

所述冷轧轧后退火温度为930℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得本发明无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

成品性能参数如下：

屈服强度287MPa，抗拉强度530MPa，延伸率39％，r＝1.60，硬度HV 135/136/138，弯曲合格。

表1为实施实例与对比相同合金含量样品的力学性能对比，可以看出，本设计的实施例在相同合金含量的情况下，通过合理的成分配比和以上生产工艺，得到的产品强度比409样品提高25％以上，延伸率和r值有提高，钢的成形性能更好。所述409样品为市售409钢材料。

表1力学性能对比表

尿素在高温下的分解产物对后处理器用不锈钢材料有很明显的腐蚀作用，高温更是加剧了这种腐蚀作用。为此，在试验室模拟SCR后处理器的高温工况，以便对该腐蚀行为进行探究。

试验设定了更为严酷的条件，将试验温度设定在350～600℃之间进行循环加热，每个循环2min。在高温循环的同时，在样品表面滴加尿素溶液，尿素溶液选择特牌符合国Ⅴ要求的商用车专用尿素，尿素浓度为32.5％。

利用实施例1与奥氏体不锈钢(304)、中铬成分的439铁素体不锈钢进行循环腐蚀试验测定耐冷尿素凝液腐蚀性能。

循环试验由氧化疲劳和冷凝液浸泡两个步骤组成：

(1)氧化疲劳：将试样夹在两个电极上，进行循环加热，温度控制在350-600℃，同时向试样表面喷射尿素溶液，保证尿素在接触试样表面时被雾化分解而形成SCR模拟环境，同时通入流速为100ml/min的模拟废气，试验持续2h后取出样品空冷至室温。尿素浓度为32.5％。图2为氧化疲劳试验示意图。

(2)冷凝液腐蚀步骤：将氧化后的试样半浸泡入80℃的冷凝液中腐蚀30min，然后取出吹干。其中冷凝液按汽车实际冷凝液成分配比，参考JFE冷凝液标准，具体见表2。

表2冷凝液的离子浓度(ppm)

试样在氧化疲劳-冷凝液浸泡两个过程进行循环试验，共循环30个周期，取出试样测量试样失重(g/m²)和点蚀深度，最后计算出最大腐蚀深度(mm)，分别评价样品的耐腐蚀性能。

图3为采用扫描电镜观察到的循环腐蚀试验后试样腐蚀的形貌。其中(a)为实例1，(b)为中铬成分的439钢。从形貌看，由于尿素所产生的高温分解物与钢产生反应，导致钢的表面被氧化，在氧化的同时，由于环境有大量水分，很容易产生晶间腐蚀。

图4是循环腐蚀试验后三种样品的腐蚀试验结果对比。从腐蚀失重情况来看，奥氏体不锈钢304的腐蚀失重情况要好于实例1及439铁素体不锈钢，说明高铬高镍含量的奥氏体不锈钢耐腐蚀情况要好与不含镍或少镍的铁素体不锈钢，但从点蚀情况看，奥氏体不锈钢的点蚀深度远远大于铁素体不锈钢，而实例1的点蚀深度最小。这实际上是影响消声器寿命最重要的因素，如果点蚀严重，消声器就会失效，因此本发明的实例1含有较低的碳、氮，耐点蚀性和热疲劳性能优于304。

并且奥氏体不锈钢在高温且含有高氮化合物的环境条件下，会导致氮在晶界处析出、富集，并与基体中的Cr元素生成Cr₂N化合物，使奥氏体不锈钢材料表面贫铬，降低其耐蚀性和韧性；另外，通过电镜观察到304奥氏体不锈钢经高温循环腐蚀试验后产生了明显的微观裂纹，裂纹的产生会恶化材料的耐蚀性能和疲劳性能，导致材料在服役期过早失效。

从以上性能可以看出，实施例1钢的力学性能和耐腐蚀性能，与中铬系列(16％～18％Cr)铁素体不锈钢相比，本发明钢的强度高，硬度和及耐腐蚀性能相当，但本发明钢具有更良好的加工成型性能和优良的抗冷凝液腐蚀性能。本发明钢的上述性能指标都远远优于409的低铬不含镍的不锈钢。可大幅降低合金成本，提高合金寿命，对发展资源节约型社会有非常重要的意义。

根据实施例1，针对中国的SCR装置配制了专门的含有尿素及其高温分解物的冷凝液，并进行了腐蚀试验，性能测试。

利用以上点蚀结果，采集20个区域中点蚀最大腐蚀深度数值(服从Gumbel分布极值分布)，从小到大排列，采用Gumble分布进行计算估算出整个消声器的最大点蚀，并进行寿命预测。

经过寿命预测，普通的409单钛的材料其使用寿命不超过2年或6万公里，而本发明实施例的使用寿命高达5-8年，达到10万公里。

为了说明本发明的成分设计有益，特比较了单钛409铁素体不锈钢与本实例1基体中的夹杂物形貌。

为了说明本发明的成分设计有益，特比较了单钛409铁素体不锈钢与本实例1基体中的夹杂物形貌。图5为采用扫描电镜观察到的实例1和单钛409钢夹杂物形貌对比，其中(a)为实施例1中的(Ti,Nb)(C,N)夹杂物；(b)为单钛409不锈钢中的TiN夹杂物。由图可知，409铁素体不锈钢基体中有较大尺寸的TiN夹杂物，并且是方形的，对基体的割裂作用大，容易被腐蚀。而本实例1中的夹杂物形貌为小的多边形的(Ti,Nb)(C,N)，对钢基体的割裂作用小，提高了钢的力学性能和耐腐蚀性能。这是因为在单Ti稳定的409不锈钢中，TiN夹杂在液相就开始析出，在随后的凝固过程中不断长大，因此尺寸较大。而在实施例1中，钛和铌一起加入，由于浓度和自由能的变化，使得在钢在凝固时先析出TiN，还来不及长大，铌就会依附在TiN颗粒上包敷形成(Nb,Ti)(C,N)颗粒。(Nb,Ti)(C,N)复合夹杂是在凝固中后期才开始析出。换句话说，Nb的加入推迟了析出相粒子的析出，将析出温度降低了20℃。凝固过程中，随着固相比例的增加，原子的扩散速率减慢，析出相粒子长大也受到限制。因此，凝固过程中析出的Nb-Ti复合夹杂会比液相中析出的TiN夹杂更小。随着温度降低，细小而(Nb,Ti)C会在富Ti的(Nb,Ti)(C,N)核心周边生成，导致Nb/Ti比例增大，最终形成富Nb的(Nb,Ti)(C,N)复合夹杂。

图6为平衡条件下上述夹杂物形貌比较中的试样409Ti中析出过程中Ti(C,N)的摩尔分数Thermo-calc计算结果，图7是平衡条件下实施例1中(Nb,Ti)(C,N)析出相摩尔分数的Thermo-Calc计算结果。

可以看到在单Ti稳定409不锈钢中Ti(C,N)会在液相析出，由于TiN比TiC的固溶度更低，因此在析出过过程中，长方形的TiN会首先析出，而TiC会在相对较低温度析出。

而在实例1钢中，(Nb,Ti)(C,N)在1500℃开始析出，是在凝固过程中析出的，并且在温度为1000℃以下后达到稳定。(Nb,Ti)(C,N)是在接近固相才析出，很大一部分析出相是在固相析出，因此可能会导致其尺寸更小，和图4中实施例1夹杂物统计得到的结果一致。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢，其特征在于：

铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，Si：0.34％，Mn：0.75％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：12.5％，N：0.007％，Nb：0.25％，Ti：0.18％，其余为Fe和不可避免杂质；

制备方法为：

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼；进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃；

铸坯热轧，加热温度为1080℃～1180℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在900℃；

热轧板连续退火温度为930℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率75％；冷轧后板厚度为1.5mm；

退火、酸洗，所述冷轧轧后退火温度为950℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

2.一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢，其特征在于：

铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，S：0.003％，P：0.018％，Si：0.40％，Mn：0.85％，Cr：13.0％，Nb：0.26％，Ti：0.18％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；

制备方法为：

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼；进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃；

铸坯热轧，加热温度为1080～1180℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在900℃；

热轧板连续退火温度为920℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率83％；冷轧后板厚度为1.0mm；

退火、酸洗，所述冷轧轧后退火温度为930℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

3.一种载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢，其特征在于：

铁素体不锈钢轧制的成分的重量百分比为：C：0.007％，Si：0.30％，Mn：0.85％，P：0.018％，S：0.003％，Cr：13.0％，N：0.005％，Nb：0.30％，Ti：0.22％，其余为Fe和不可避免杂质；

制备方法为：

将炼钢原料在转炉内熔炼，炉外精炼；进行连铸坯浇铸，浇铸温度控制在1600℃；

铸坯热轧，加热温度为1150℃，热轧粗轧温度1080℃，终轧温度≥900℃，粗轧压下率90％，热轧板最终厚度为6.0mm；终轧温度控制在890℃；

热轧板连续退火温度为920℃，取出水冷并用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

对酸洗后的热轧板进行冷轧，总压下率80％；冷轧后板厚度为1.2mm；

退火、酸洗，所述冷轧轧后退火温度为930℃，保温1.5分钟后空冷，空冷后酸洗，酸洗后即可获得无镍、低铬、含铌高强度及耐冷凝液腐蚀的铁素体不锈钢。

4.权利要求1-3任一项所述的载有SCR处理装置的汽车排气系统后级消声器用铁素体不锈钢在制造载有SCR后处理装置的汽车排气系统冷端后级消声器的材料中的应用。

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