不锈钢合金，由该不锈钢合金形成的涡轮增压器涡轮机壳体，及其制造方法技术

本文公开了一种铁素体不锈钢合金，其以重量计包括，约20％至约22％的铬，约0％至约0.5％的镍，约0.5％至约1.0％的锰，约1.0％至约2.5％的硅，约1.5％至约2.2％的钨，约1.3％至约1.8％铌，约0.35％至约0.45％的碳和余量的铁。该合金是适合用在温度高达约1050℃的涡轮增压器涡轮机壳体应用中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及不锈钢合金。更具体地，本专利技术涉及用于铸造应用，例如涡轮增压 器壳体和排气岐管的不锈钢合金，其在升高的温度下表现出抗氧化性，及其制造方法。
技术介绍
在运行过程中，汽车涡轮增压器壳体经受升高的工作温度。这些外壳必须能够容 纳在非常高速下旋转的涡轮机叶轮。来自汽车的排气最初以升高的温度在金属部分中，例 如涡轮增压器的气体入口区域，接触该涡轮增压器。由于通过排气温度的增加改善高速性 能，因此，已经尝试逐渐升高发动机的排气温度。由于这些高温，例如排气歧管和涡轮机壳 体的部分上的热载荷变得很大。 这些增加的排气温度接触涡轮增压器的金属部分已经遇到了各种各样的问题。例 如，由排气温度升高所导致的一个问题是涡轮机壳体和排气歧管中的材料热变形的问题， 在高温和低温区域之间交替伴随着热膨胀和收缩，取决于这种情况，可能会导致表面氧化， 并发展成裂纹或其它失效模式。 为了克服与较高的工作温度相关的挑战，在涡轮增压器应用中使用的现有技术的 合金已包括具有较高镍含量的合金，如市售高镍球墨铸铁合金。这些合金的例子是由国 际镍公司开发的NiResist?，或HK40,其为一种含有大约25%铬和20%镍、余量基本为铁 的铬-镍-铁不锈钢合金。该HK系列不锈钢合金，如这里提到的HK40合金，通常具有约 18-22 %的镍并且为全奥氏体。 在蠕变强度方面，所述HK不锈钢合金是强的不锈钢铸造合金。然而，尽管满足涡 轮增压器外壳的高温性能要求，它们因为镍含量高而价格很昂贵。此外，由于镍的价格最近 的突然上升，具有相对高的镍含量的材料的成本已被重点关注。 对于较低温度的应用，对于直到900°C的操作，目前推荐铁素体不锈钢GX40,超过 此温度，优选奥氏体材料，例如NiResist和HK40。由于这些奥氏体钢的高镍含量，铁素体钢 替代品更为便宜且具有吸引力。由于超过900°C后，铁素体相稳定性欠佳并且抗氧化性降 低，因此市售的铁素体不锈钢，如GX40的应用被限制到900°C以下的温度。能够提高铁素体 相的稳定性和耐氧化性因而提高了工作温度的任何对化学性质的改变，将呈现一个奥氏体 等级的更便宜的替代品。 因此，需要用于涡轮增压器应用的不锈钢合金，它们能够承受由现代发动机所产 生的较高的工作温度，但是，最大限度地减少了昂贵的镍的含量。理想地，将采用根本不含 有任何镍含量的铁素体不锈钢。此外，结合附图和本专利技术主题的背景，通过随后的本专利技术主 题的详细描述和所附的权利要求，专利技术主题的其它理想的特征和特性将是显而易见。
技术实现思路
本文提供了不锈钢合金，涡轮增压器涡轮机壳体，以及制造的涡轮增压器涡轮机 壳体的方法。在一个实施例中，仅以示例的方式，铁素体不锈钢合金包括，按重量计，约20 % 至约22%的铬，约0%至约0. 5%的镍，约0. 5%至约I. 0%的锰，约I. 0%至约2. 5%的硅， 约1. 5%至约2. 2%的钨，约1. 3%至约1. 8%铌，约0. 35%至约0. 45%的碳和余量的铁。 在另一个实施例中，仅以示例的方式，涡轮增压器涡轮机壳体包括铁素体不锈钢 合金，所述铁素体不锈钢合金包括，以重量计，约20 %至约22%的铬，约0%至约0. 5%的 镍，约0. 5%至约1. 0%的锰，约1. 0%至约2. 5%的硅，约1. 5%至约2. 2%的钨，约1. 3%至 约1. 8%铌，约0. 35%至约0. 45%的碳和余量的铁。 在又一实施例中，一种制造涡轮增压器涡轮机壳体的方法包括由铁素体不锈钢合 金形成所述涡轮增压器涡轮机壳体，所述铁素体不锈钢包括，以重量计，约20%至约22% 的铬，约0 %至约0. 5 %的镍，约0. 5 %至约I. 0 %的锰，约I. 0 %至约2. 5 %的硅，约1. 5 %至 约2. 2%的钨，约1. 3%至约1. 8%铌，约0. 35%至约0. 45%的碳，和余量的铁。 提供该
技术实现思路
是为了以一种简单的形式介绍本专利技术概念的一种选择，所述概念 在下文的【具体实施方式】中被进一步描述。该
技术实现思路
并不是为了确认所要保护主题的重要 特征或必要特征，也不是用于帮助确定所要求保护主题的范围。【附图说明】 本专利技术的主题将在下文中结合以下附图进行描述，其中相同的数字标记表示相同 的元件，其中： 图1是根据本公开的涡轮增压内燃发动机的实施例的系统图； 图2是一个曲线图，展示了现有技术中已知的不锈钢GX40的铁素体相的稳定性； 以及 图3是一个曲线图，展示了根据本公开的实施例的不锈钢的铁素体相的稳定性。【具体实施方式】 下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并非意在限制本专利技术或本专利技术的应用和 使用。如本文所用的词语"示例性"的意思是"充当实例，例子或说明"。因此，本文中描述 为"示例性"的任何实施例不应被解释为优于或胜过其他实施例。此外，除非由在所附的权 利要求中的语言明确限定，本文中所使用的数字序数，诸如"第一"，"第二"，"第三"等，诸如 第一、第二和第三部件，只是简单地表示多个中的不同的个体。本文所描述的不锈钢合金、 涡轮增压器涡轮机壳体及其制造方法的所有实施例和实现都是示例性实施例，它们被提供 使本领域的技术人员能够制造或使用本专利技术，而不是限制本专利技术的范围，本专利技术的范围由 权利要求所限定。除非另有说明，本文给出的所有百分比均为重量百分比。此外，没有用前 述
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技术介绍
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技术实现思路
或之后的具体描述所表明或暗示的任何理论进行约束的 意图。 涡轮增压器涡轮机壳体，通常是不锈钢铸钢或铸铁，是涡轮增压器的最昂贵的部 件。减少壳体的成本将会对涡轮增压器的成本有直接的影响。为了耐受通常由冲击涡轮机 壳体的排气所产生的高工作温度，除了其他碳化物形成元素之外，涡轮机壳体材料通常与 例如铬和镍的元素形成合金，从而导致成本增加。减少该含量和/或消除这些昂贵的合金 元素会对涡轮机壳体的成本有直接的影响。 本公开的典型的实施例存在于配备有汽油/柴油为动力的内燃机（"ICE"）和涡 轮增压器的机动车辆中。相比于可比较的未改善的系当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁素体不锈钢合金，以重量计包括：约20％至约22％的铬；约0％至约0.5％的镍；约0.5％至约1.0％的锰；约1.0％至约2.5％的硅；约1.5％至约2.2％的钨；约1.3％至约1.8％的铌；约0.35％至约0.45％的碳；和余量的铁。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·钦塔拉帕蒂，M·威尔逊，R·本希霍伊德，T·波斯尼亚克，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US