不銹鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不銹鋼及其制造方法。特別地，本發(fā)明涉及適用于排氣系統(tǒng)部件的不銹鋼以及制造該不銹鋼的方法，該排氣系統(tǒng)部件需要具有抵抗全面腐蝕和局部腐蝕的耐腐蝕性。
【背景技術(shù)】
[0002]在不銹鋼中，需要具有抵抗全面腐蝕和局部腐蝕的耐腐蝕性。然而，當(dāng)不銹鋼用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)部件時(shí)，即使是在使用劣質(zhì)燃料期間也需要防止點(diǎn)蝕的發(fā)生。
[0003]就這種不銹鋼及其制造方法而言，例如，存在如下方法：通過用于形成表面凹凸的機(jī)械拋光以及用于強(qiáng)化鈍化膜的化學(xué)處理來控制表面層中的鉻（Cr)和鐵（Fe)的濃度比，并且鉻（Cr)的濃度與鐵（Fe)的濃度的比值在表面層中比在基體相中增加的多（例如，參見日本專利申請(qǐng)公開 No. 2012-170961 (JP 2012-170961 A))。
[0004]此外，已知如下不銹鋼：在10nm的表面層內(nèi)的鉻濃度減小并且因此提高了酸洗性能的不銹鋼（例如，參見日本專利申請(qǐng)公開No. 2001-234300 (JP 2001-234300 A));通過使主要組成元素中的具有高蒸氣壓的錳（Μη)揮發(fā)而進(jìn)行表面改性的不銹鋼（例如，參見日本專利申請(qǐng)公開No. 04-131321 (JP 04-131321 A));以及鉻含量設(shè)定在按重量計(jì)為0. 25wt%至11. 5被％的范圍內(nèi)并且因此提高了耐全面腐蝕性和耐局部腐蝕性的不銹鋼（例如，參見日本專利申請(qǐng)公開 No. 02-54740 (JP 02-54740 A))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]然而，在如上所述的常規(guī)不銹鋼及其制造方法中，存在過程復(fù)雜并且制造成本高的問題。此外，由于常規(guī)不銹鋼僅提高了上表面的耐腐蝕性，因此作為用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)部件的不銹鋼，不具有足夠的防腐蝕性能來抵抗使用劣質(zhì)燃料期間的全面腐蝕和諸如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕，換言之，存在常規(guī)不銹鋼不能在發(fā)生全面腐蝕和局部腐蝕二者的環(huán)境下長期使用的問題。
[0006]為此，考慮到使用所添加的合金元素的濃度高于常規(guī)不銹鋼中的合金元素的濃度的所謂的超級(jí)不銹鋼、或者應(yīng)用諸如冷噴涂或電鍍的表面處理。然而，所有這些均導(dǎo)致高成本的問題。
[0007]本發(fā)明提供了能夠在發(fā)生全面腐蝕和局部腐蝕的環(huán)境下長期使用的低成本不銹鋼以及這種不銹鋼的制造方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，包含作為多種合金元素的鉻和其他合金元素的不銹鋼包括：基材層，該基材層包括含量大于等于形成鈍化膜所必需的特定鉻含量的鉻；以及表面層，該表面層包括含量比基材層中所包含的鉻的含量低的鉻，并且該表面層包括含量與基材層中所包含的其他合金元素的含量相同的其他合金元素。
[0009]根據(jù)上述方面，在該不銹鋼中，由于表面層的鉻含量變得比基材層中的鉻含量低，因此在表面層中難以形成堅(jiān)固的鈍化膜，并且抵抗全面腐蝕的耐腐蝕性降低。然而，能夠抑制比如點(diǎn)蝕的局部腐蝕的發(fā)生，在最外表面上存在堅(jiān)固的膜的前提下，點(diǎn)蝕以缺陷作為起始點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展。此外，在基材層中，確保了能夠形成鈍化膜的鉻含量，因此，能夠有效地抑制全面腐蝕的推進(jìn)。換言之，通過僅使表面層中的鉻含量比基材層中的鉻含量顯著降低而使表面層成為抵抗局部腐蝕的犧牲層。然而，由于基材層中保持有與不銹鋼相同的抵抗全面腐蝕的高耐腐蝕性，因此能夠賦予表面層抵抗局部腐蝕的耐腐蝕性。因此，能夠在不增加合金元素或應(yīng)用表面處理的情況下顯示出抵抗全面腐蝕和比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的足夠的耐腐蝕性。
[0010]在上述方面中，表面層中所包含的鉻含量可以低于特定鉻含量。
[0011]根據(jù)上述方面，在表面層中未形成堅(jiān)固的鈍化膜。然而，更有效地抑制了點(diǎn)蝕的發(fā)生。
[0012]此外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種不銹鋼包括：基材層，該基材層包括作為多種合金元素的鉻和其他合金元素；以及表面層，該表面層包括作為多種合金元素的鉻和其他合金元素，表面層中所包含的鉻含量小于形成鈍化膜所需的特定鉻含量，基材層中所包含的鉻含量與表面層中所包含的鉻含量之間的差大于基材層中所包含的其他合金元素的含量與表面層中所包含的其他合金元素的含量之間的差。
[0013]根據(jù)上述方面，由于該不銹鋼的表面層的鉻含量小于形成鈍化膜所需的特定鉻含量，因此在表面層中不形成鈍化膜，并且降低了抵抗全面腐蝕的耐腐蝕性。然而，能夠抑制比如點(diǎn)蝕的局部腐蝕的發(fā)生，在最外表面上存在堅(jiān)固的膜的前提下，點(diǎn)蝕以缺陷作為起始點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展。另一方面，在基材層中，由于確保了能夠使鈍化膜形成和再生的鉻含量，因此能夠有效地抑制腐蝕的推進(jìn)。換言之，同樣在本發(fā)明中，通過僅使表面層中的鉻含量相對(duì)于基材層中的鉻含量顯著降低，能夠使表面層成為抵抗局部腐蝕的犧牲層。然而，在基材層中保持有與不銹鋼相同的抵抗全面腐蝕的高耐腐蝕性的同時(shí)，能夠賦予表面層抵抗局部腐蝕的耐腐蝕性。因此，能夠在不增加合金元素的量或應(yīng)用表面處理的情況下顯示出抵抗全面腐蝕和比如點(diǎn)蝕的局部腐蝕的足夠的耐腐蝕性。
[0014]在上述方面中，其他合金元素可以是用于提高基材層與表面層中的每一者的耐腐蝕性的添加元素。
[0015]根據(jù)上述方面，盡管在表面層的最外表面上未形成堅(jiān)固的鈍化膜，但是表面層中的耐腐蝕性能夠通過其他合金元素獲得，并且能夠抑制全面腐蝕的發(fā)展速度。
[0016]在上述方面中，表面層中所包含的鉻含量可以小于11%。
[0017]根據(jù)上述方面，在表面層中，基本上不形成鈍化膜，因此降低了抵抗全面腐蝕的耐腐蝕性。然而，能夠有效地抑制比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的發(fā)生，在最外表面上存在堅(jiān)固的膜的前提下，點(diǎn)蝕以缺陷為起始點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展。
[0018]在上述方面中，表面層可以形成內(nèi)燃機(jī)的排氣通路的內(nèi)壁面的一部分，而排氣系統(tǒng)部件可以通過基材層和表面層形成。
[0019]根據(jù)上述方面，能夠獲得具有抵抗全面腐蝕和比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的足夠的耐腐蝕性的低成本排氣系統(tǒng)部件。
[0020]此外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種不銹鋼的制造方法包括：準(zhǔn)備包括基材層和表面層的不銹鋼原材料，基材層和表面層兩者均包括作為多種合金元素的鉻和其他合金元素；將不銹鋼原材料的至少表面層布置在低壓環(huán)境下，低壓環(huán)境為壓力比大氣壓力低的環(huán)境；以及將不銹鋼原材料的至少表面層加熱至處理溫度，該處理溫度高于鉻在低壓環(huán)境下的蒸發(fā)溫度而低于其他合金元素在低壓環(huán)境的蒸發(fā)溫度。
[0021]根據(jù)上述方面，通過在低壓環(huán)境下以高于鉻的蒸發(fā)溫度且低于其他合金元素的蒸發(fā)溫度的處理溫度加熱不銹鋼材料的表面層，使得鉻逐漸從表面層蒸發(fā)。由此，進(jìn)行與降壓和加熱的處理時(shí)間相對(duì)應(yīng)的能夠?qū)⒈砻鎸又械你t含量設(shè)定為低于基材層中的鉻含量的脫鉻過程。因此，不需要增加合金成分或進(jìn)行表面處理，并且無論是在對(duì)使用不銹鋼的產(chǎn)品進(jìn)行組裝之前還是之后，都能夠容易地形成作為抵抗局部腐蝕的犧牲層的表面層。相應(yīng)地，不需要復(fù)雜的鈍化處理。因此，能夠獲得制造具有抵抗全面腐蝕和比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的足夠的耐腐蝕性的低成本不銹鋼的方法。
[0022]根據(jù)上述方面，通過減少表面附近的鉻的量而制造出具有如下混合結(jié)構(gòu)的不銹鋼，其中：表面層成為強(qiáng)力抵抗比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的合金鋼并且包含其他合金元素，而基材層強(qiáng)力抵抗全面腐蝕。由此，能夠獲得即使在可能發(fā)生全面腐蝕和局部腐蝕的環(huán)境下也能夠長期使用的高耐腐蝕不銹鋼。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種制造不銹鋼的方法包括：準(zhǔn)備包括基材層和表面層的不銹鋼原材料，其中，基材層包含作為多種合金元素的鉻和其他合金元素，并且表面層包含作為多種合金元素的鉻和其他合金元素；以預(yù)定溫度對(duì)不銹鋼原材料的至少表面層進(jìn)行加熱；以及將不銹鋼原材料的至少表面層暴露在如下環(huán)境中，該環(huán)境為蒸氣壓低于鉻在預(yù)定溫度下的蒸氣壓且高于其他合金元素在預(yù)定溫度下的蒸氣壓的環(huán)境。
[0024]根據(jù)上述方面，在高溫低壓環(huán)境下進(jìn)行能夠與降壓和加熱的處理時(shí)間相對(duì)應(yīng)地將表面層中所包含的鉻含量設(shè)定為低于基材層中所包含的鉻含量的脫鉻過程。因此，在不增加合金元素的含量并且不進(jìn)行表面處理的情況下，能夠獲得制造具有抵抗全面腐蝕和比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕的足夠的耐腐蝕性的低成本不銹鋼的方法。根據(jù)該制造方法，制造出具有如下混合結(jié)構(gòu)的不銹鋼，其中：表面層成為強(qiáng)力抵抗比如為點(diǎn)蝕的局部腐蝕、并且包含其他合金元素的合金鋼，而基材層強(qiáng)力抵抗全面腐蝕。
[0025]在此，采用了如下描述：在低壓環(huán)境下將不銹鋼原材料加熱至高于鉻的蒸發(fā)溫度且低于其他合金元素的蒸發(fā)溫度的處理溫度，或者在高溫加熱狀態(tài)下將不銹鋼原材料放置在小于等于鉻的對(duì)應(yīng)于加熱溫度的蒸氣壓并且高于其他合金元素的蒸氣壓的低壓環(huán)境下。然而，這意味著是在位于金屬蒸氣壓圖中的鉻的蒸氣壓曲線的氣相側(cè)并且位于其他合金元素的氣相/固相側(cè)的加熱溫度和減小的壓力的范圍內(nèi)對(duì)不銹鋼原材料進(jìn)行脫鉻。在上述方面中，表面層中所包含的其他合金元素的含量與基材層中的其他合金元素的含量相同，并且表面層中所包含的鉻的含量低于基材層中的鉻的含量。
[0026]根據(jù)上述方面，僅將表面層的鉻含量設(shè)定為顯著低于基材層中的鉻含量，從而在維持基材層中與不銹鋼相同的抵抗全面腐蝕的高耐腐蝕性的同時(shí)，賦予表面層抵抗局部腐蝕的耐腐蝕性。因此，能夠提供即使在可能發(fā)生全面腐蝕和局部腐蝕的環(huán)境下也能夠長期使用