[發明專利]一種抗氧化高蠕變鑄造奧氏體耐熱不銹鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 202111054653.4
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113862562A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 鄧晗;海豐龍;王瑞;夏少華;陳璐;席洪波;朱貴華;李婁明
• 申請（專利權）人: 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/58;C22C38/48;C22C38/44;C22C33/06;C21C7/06
• 代理公司: 南京樂羽知行專利代理事務所(普通合伙) 32326
• 代理人: 朱磊

本發明涉及一種不銹鋼及其制備方法，尤其涉及一種抗氧化高蠕變鑄造奧氏體耐熱不銹鋼及其制備方法，屬于耐熱鋼材鑄造技術領域。本發明的成分按重量百分比包括C:0.3～0.5%、Si：0.7～1.4%、Mn：1～2.5%、P：0.04%以下、S：0.03%以下、Cr：21～26%、Ni:8～11%、Nb：0.5～1.3%、Mo：0.3%以下、N：0.1～0.4%、其余由Fe及不可避免的雜質構成，且需滿足三個關系式。本發明對奧氏體耐熱不銹鑄鋼中出現孤島狀σ相提出了獨到的見解，并根據這一原理可有效控制孤島狀σ相的析出。其有益效果是：具有成本低廉的特點，確定了滿足1000℃抗氧化的臨界條件，避免了過多Nb的加入造成的資源浪費和性能惡化?？梢栽跐M足排氣溫度1000℃以上汽車排氣系統的使用工況。

技術領域

本發明涉及一種不銹鋼及其制備方法，尤其涉及一種抗氧化高蠕變鑄造奧氏體耐熱不銹鋼及其制備方法，屬于耐熱鋼材鑄造技術領域。

背景技術

隨著化石燃料的大規模使用，環保問題一直是世界關注的話題。汽油和柴油不完全燃燒所釋放出來的有害氣體造成了嚴重的大氣污染。因此各國都在強制要求汽車提升尾氣凈化處理技術，削減污染物排放。此外，二氧化碳作為主要溫室氣體之一，對生態環境造成了嚴重影響。為了減少碳排放，實現碳達峰和碳中和，提高內燃機的燃油經濟性，提升燃油利用效率，也成為了世界各大發動機廠商的研發方向。燃料在高溫高壓下才能充分燃燒，實現減少CO、NO等有害氣體和提高燃油效率減少CO₂排放的目的，因此缸內直噴技術、燃料高壓噴射、增大壓縮比、渦輪增壓等發動機技術得到發展和推廣。但這些技術全都是以提高尾氣排放溫度為代價的，這樣就導致了排氣系統零部件處于越來越高的使用溫度，需要長期承受來自復雜氧化環境下的持續高溫或冷熱交變載荷，因此對材料抗氧化性能和熱疲勞性能的要求越來越高。

由于汽車排氣系統零件結構復雜，通常采用鑄造方法制造。在國V 排放標準出臺以前，尾氣溫度在900℃以下，相應的排氣系統零件溫度大多在850℃以下，主要采用高SiMo球鐵、高鎳奧氏體球鐵等耐熱鑄鐵，這類材料鑄造成型性能好，切削加工性能好，鑄件裂紋傾向小，綜性價比很高。但在國V 排放標準出臺之后，發動機尾氣溫度必須進一步提升才能滿足排放要求。渦輪增加技術能夠有效提高燃油效率，降低廢氣排放量，而且技術可靠性和性價比高，因此被各大汽車廠商廣泛采用。與自然吸氣相比，渦輪增壓使排氣溫度提高至1000℃以上，傳統的高硅鉬球鐵、高鎳奧氏體球鐵已不能滿足需求，因此耐熱溫度更高的奧氏體不銹鋼成為汽車渦輪增壓器等高溫服役零件的首選材料。

據申請人了解，目前各國針對汽車排氣系統零部件材料的研究均以歐標1.48系列耐熱不銹鋼為主。一定比例下的Cr、Ni提供的穩定奧氏體組織和抗氧化膜是1.48系列耐熱鋼具備高溫性能的前提，且通常隨二者含量的增加，材料的高溫性能也增加。因此，不同牌號之間的化學成分跨度大，尤其在貴重金屬方面。未來，汽車排氣系統零部件材料的研究方向將朝著高耐熱性和低成本的方向不斷發展。

我國的西陜縣內燃機進排氣管有限公司通過聯合鄭州大學申報“Cr-Ni奧氏體耐熱鑄鋼排氣歧管研究與產業化”項目，對Cr-Ni奧氏體耐熱鑄鋼材料的化學成分、力學性能、熱疲勞性能、鑄造工藝及切削性能進行了較為全面的研究，以達到承受1025℃以上的高溫，滿足冷熱循環試驗的要求，但是這種成分的耐熱鑄鋼相對于能夠耐受1050℃的EN1.4837還提高了貴重金屬Ni和Nb的加入量，導致成本過高。

日本豐田汽車公司在對奧氏體耐熱鑄鋼進行大量研究的基礎上總結了大量規律，開發了一種低Ni奧氏體耐熱鑄鋼，該種材料具有優異的高溫強度和韌性，可在950℃或更高的溫度區間工作。該材料的Ni含量僅為3%-8%。但是該材料的高溫抗氧化性和蠕變性能較差，不適合作為汽車排氣系統所用的材料。