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)(wei)催(cui)化(hua)(hua)(hua)轉爐的(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)載(zai)流(liu)子,專門(men)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)是陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)(zhi)Monolith,但(dan)隨(sui)著引(yin)擎性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)高,要求使(shi)用排(pai)(pai)氣抵(di)抗(kang)小(xiao)、抵(di)抗(kang)熱(re)沖擊性(xing)(xing)能(neng)(neng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)Monolith,所以(yi)耐(nai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)(de)(de)Fe-Cr-Al成為(wei)(wei)了(le)(le)候補(bu)材料(liao)。金屬制(zhi)(zhi)(zhi)Monolith,起初是在(zai)原西德用于(yu)高性(xing)(xing)能(neng)(neng)汽車(che)前觸媒轉換器之(zhi)中,材料(liao)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)是20Cr-5A1鋼。在(zai)日本國內(nei)(nei),Fe-Cr-Al作(zuo)為(wei)(wei)電熱(re)合金,很久以(yi)來被用于(yu)制(zhi)(zhi)(zhi)造線材,如(ru)前所述,在(zai)日本開始對汽車(che)排(pai)(pai)氣行(xing)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)時,Fe-Cr-Al也(ye)受到了(le)(le)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)注目。但(dan)因(yin)為(wei)(wei)歐洲采用的(de)(de)(de)(de)(de)是20Cr-5A1鋼,所以(yi)在(zai)日本也(ye)對該鋼在(zai)低于(yu)1200℃的(de)(de)(de)(de)(de)高溫(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)反復(fu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)抵(di)抗(kang)性(xing)(xing)能(neng)(neng)進(jin)行(xing)了(le)(le)試驗(yan),結果得(de)出性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)確(que)有(you)所提(ti)(ti)高。因(yin)此開發研制(zhi)(zhi)(zhi)了(le)(le)耐(nai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)(neng)較好的(de)(de)(de)(de)(de)20Cr-5A1鋼的(de)(de)(de)(de)(de)50μm厚的(de)(de)(de)(de)(de)箔材,制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)(le)使(shi)用其的(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)載(zai)流(liu)子。在(zai)日本1988年初次作(zuo)為(wei)(wei)主催(cui)化(hua)(hua)(hua)轉爐,用于(yu)日產汽車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)三元催(cui)化(hua)(hua)(hua),之(zhi)后(hou)在(zai)其他小(xiao)汽車(che)中也(ye)得(de)到了(le)(le)廣泛(fan)應用。此外,因(yin)為(wei)(wei)陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)(zhi)Monolith振動(dong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)好,在(zai)對摩托車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)氣進(jin)行(xing)嚴(yan)格(ge)(ge)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)中國臺灣也(ye)大量采用了(le)(le)20Cr-5Al鋼制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)載(zai)流(liu)子;其后(hou)隨(sui)著日本國內(nei)(nei)對摩托車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)氣也(ye)進(jin)行(xing)了(le)(le)嚴(yan)格(ge)(ge)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi),同樣也(ye)采用了(le)(le)20Cr-5Al鋼制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)載(zai)流(liu)子。
所(suo)采用(yong)的(de)20Cr-5A1鋼,因為催化(hua)載流子使(shi)用(yong)的(de)是50μm厚的(de)箔材(cai),體積對表面(mian)積的(de)比率很大(da),因此鋁的(de)消耗(hao)速度快,導致使(shi)用(yong)過程中(zhong)鋁枯竭(jie)、氧(yang)化(hua)抵抗能(neng)力急劇惡化(hua);因為在鋼中(zhong)添(tian)加(jia)能(neng)夠提高高溫氧(yang)化(hua)抵抗能(neng)力的(de)微(wei)量稀土類(lei)元素,效果非常明顯,所(suo)以在進行(xing)材(cai)料(liao)的(de)開發時(shi),對在箔材(cai)中(zhong)添(tian)加(jia)微(wei)量稀土類(lei)元素的(de)效果展開了再次(ci)討論。
首先,大村等(deng)(1990年)認為:由于稀(xi)土(tu)類元素(作為稀(xi)土(tu)金屬(shu)合金添(tian)(tian)加(jia)(jia))的(de)(de)(de)作用,20Cr-5Al鋼(gang)表面生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)Al2O3保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)會(hui)(hui)變得細致,針(zhen)對(dui)剝離的(de)(de)(de)阻(zu)力(li)(li)也(ye)會(hui)(hui)增大;但是(shi)(shi),如果添(tian)(tian)加(jia)(jia)過多阻(zu)力(li)(li)反而會(hui)(hui)再次降低,所以(yi)如圖(tu)6.4所示,稀(xi)土(tu)類元素添(tian)(tian)加(jia)(jia)量(liang)在0.07%~0.09%是(shi)(shi)最合適。不過一般認為:稀(xi)土(tu)類元素的(de)(de)(de)過量(liang)之所以(yi)會(hui)(hui)引起劣化,是(shi)(shi)由于這些元素在Al2O3保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)當中(zhong)形成(cheng)了(le)(le)龐大的(de)(de)(de)氧(yang)化物。另外(wai),石井等(deng)(1992年)通過連(lian)續實驗(yan)研(yan)究了(le)(le)稀(xi)土(tu)類元素中(zhong)的(de)(de)(de)鑭(lan)(0.04%~0.09%)以(yi)及鈰(0.04%~0.06%)各自(zi)不同(tong)的(de)(de)(de)影響,結果表明:鈰沒(mei)有什么效(xiao)果,鑭(lan)能夠抑制(zhi)(zhi)Al2O3保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)的(de)(de)(de)形成(cheng),延緩剝離的(de)(de)(de)發(fa)生(sheng)。圖(tu)6.5表明了(le)(le)Ce、La以(yi)及釹的(de)(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)(jia)對(dui)于Fe-20Cr-5A1鋼(gang)當中(zhong)50 μm箔的(de)(de)(de)抗氧(yang)化性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響,從中(zhong)可以(yi)看出(chu):鑭(lan)的(de)(de)(de)效(xiao)果特別明顯(xian)。根據這一結果,添(tian)(tian)加(jia)(jia)0.07%~0.09%稀(xi)土(tu)金屬(shu)合金或者鑭(lan)開發(fa)出(chu)了(le)(le)新型20Cr-5Al鋼(gang),作為汽(qi)車的(de)(de)(de)催化載流子用不銹箔材料。這類鋼(gang)在制(zhi)(zhi)造(zao)階段存在著(zhu)韌性(xing)(xing)問(wen)題,為了(le)(le)改善(shan)這一問(wen)題,需要盡(jin)量(liang)減少C、N,同(tong)時要添(tian)(tian)加(jia)(jia)0.1%以(yi)下的(de)(de)(de)鈦,此外(wai)還(huan)(huan)要注意(yi)合適的(de)(de)(de)熱(re)軋條件。另外(wai)從圖(tu)中(zhong)還(huan)(huan)可以(yi)看出(chu),添(tian)(tian)加(jia)(jia)微量(liang)的(de)(de)(de)鈦具(ju)有抑制(zhi)(zhi)AIN夾(jia)雜物的(de)(de)(de)作用。
平松等人(1995年(nian))研究了(le)(le)鈦(0.1%)和Ti+La(各0.1%)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加對20Cr-5A1鋼在1373K以及1423K的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang),結(jie)(jie)果(guo)驗證了(le)(le)Ti、La的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添(tian)(tian)加對于(yu)剝離(li)具有顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)果(guo),并且石井等(1996年(nian))[37]還(huan)通過重復(fu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)實驗來檢測各種稀土類元(yuan)(yuan)素(su)(su)(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y)、La和活性(xing)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(Ti、Zr、Hf)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添(tian)(tian)加產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang),結(jie)(jie)果(guo)表明:鑭和鋯或者(zhe)與鉿(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合添(tian)(tian)加對于(yu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)耐剝離(li)性(xing)具有非常(chang)顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。推測一下添(tian)(tian)加元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)原理,可(ke)能是由于(yu)稀土類元(yuan)(yuan)素(su)(su)或活性(xing)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(su)加大了(le)(le)Al2O3的(de)(de)(de)(de)(de)保(bao)護膜(mo)和金屬區域界限的(de)(de)(de)(de)(de)濃度,從而抑制(zhi)了(le)(le)氧(yang)(yang)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)晶界擴散,降低了(le)(le)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)速度。