低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于奥氏体耐热钢材料技术领域，具体涉及一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料及其应用。本发明专利技术提供的低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，包括以下组分：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、磷（P）、硫（S）、铜（Cu）和氮（N）；其中所述Ni的质量份数为5～7；本发明专利技术以氮、碳作为强烈的奥氏体形成元素，在作为间隙型固溶元素时，其稳定奥氏体的作用是镍的30倍左右，可以大幅降低奥氏体耐热钢中镍的使用量，从而降低原材料成本。

【技术实现步骤摘要】
低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料及其应用
本专利技术属于奥氏体耐热钢材料
，具体涉及一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料及其应用。
技术介绍
沉淀硬化奥氏体耐热钢是在奥氏体基体上通过第二相沉淀强化的耐热钢，用于制造600～750℃的燃气轮机部件。沉淀硬化奥氏体耐热钢是在18/8和18/12铬-镍不锈钢的基础上发展起来的。为保证有足够的抗氧化性，镍含量均在12%以上，加入足够量的镍以稳定奥氏体组织。奥氏体耐热钢中，镍是主要的奥氏体化元素，其主要作用是形成并稳定奥氏体，使得耐热钢获得良好的高温机械性能及抗氧化、耐腐蚀性能，同时避免冷却到室温时出现相变。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料及其应用。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，包括以下质量份数的各组分：Ni：5～7；C：0.25～0.5；Si：0.5～1.5；Mn：0～0.5；Cr：23～26；Cu：1～2；以及N：0.25～0.45。又一方面，本专利技术还提供了一种涡轮增压器壳体，采用如前所述的低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料。本专利技术的有益效果是，本专利技术提供了一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，包括以下组分：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、磷（P）、硫（S）、铜（Cu）和氮（N）；其中所述Ni的质量份数为5～7；本专利技术以氮、碳作为强烈的奥氏体形成元素，在作为间隙型固溶元素时，其稳定奥氏体的作用是镍的30倍左右，可以大幅降低奥氏体耐热钢中镍的使用量，从而降低原材料成本。本专利技术提供的低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料在1000℃时具有优良的机械性能，可用于涡轮增压器壳体等耐高温铸钢产品。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的实施例7中制得的奥氏体耐热钢材料的金相结构图；图2是本专利技术的对比例2中制得的奥氏体耐热钢材料的金相结构图；图3是本专利技术的实施例7中制得的奥氏体耐热钢材料的样品图；图4是本专利技术的对比例2中制得的奥氏体耐热钢材料的样品图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。奥氏体耐热钢是指在常温下具有奥氏体组织的耐热钢。钢中含有Cr约20～25%，Ni约9～40%；而镍是一种贵重的金属元素，属于战略资源，奥氏体耐热钢的生产消耗了大量的镍元素，造成其产品价格居高不下。因此，亟需发展以其它廉价合金元素全部或部分代替镍的低镍奥氏体耐热钢以利于降低成本，提高耐热钢产品市场竞争力。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，包括以下组分：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、磷（P）、硫（S）、铜（Cu）和氮（N）；其中所述Ni的质量份数为5～7。具体的，本专利技术以氮、碳作为强烈的奥氏体形成元素，在作为间隙型固溶元素时，其稳定奥氏体的作用是镍的30倍左右，可以大幅降低奥氏体耐热钢中镍的使用量，从而降低原材料成本。在本专利技术所述奥氏体耐热钢中，Ni是主要的奥氏体形成元素，通常也是耐热钢原材料成本中占比最高的合金元素；然而Ni的加入会降低奥氏体耐热钢中N的溶解度，在这两种元素含量都较高时，会增加铸造气孔缺陷；但是Ni的加入可以提高Cu在奥氏体基体中的溶解度，避免Cu的热脆性危害；在其余合金元素含量满足要求时，Ni质量份数小于5时，铸态组织中铁素体含量将超过5；基于此，在本专利技术所述的技术方案中，控制Ni的质量份数为5～7。可选的，所述N的质量份数可以但不限于为0.25～0.45。在本专利技术所述奥氏体耐热钢中，N是主要的奥氏体形成元素，固溶的N可以取代约30倍的Ni；但N的质量份数超过0.45时，加入25质量份的Cr和控制Mn小于0.5质量份均无法抑制析出型氮气孔缺陷，同时还会造成加工性能的恶化。基于此，在本专利技术所述的技术方案中，控制N的质量份数为0.25～0.45。可选的，所述C的质量份数可以但不限于为0.25～0.5。在本专利技术所述奥氏体耐热钢中，C可与Cr元素在晶界处形成热稳定性高的碳化物，在高温使用环境下提高晶界强度，降低晶界蠕变速度，从而提高零件使用寿命；同时在本专利技术中，C与N一同取代贵重金属Ni，起到降低原材料成本的作用；在本专利技术规定的N、Ni、Cr含量下，不加C时材料基体中含有20%（体积百分比）左右的铁素体相，该相在900℃的蠕变极限仅为奥氏体相的1/10，高温抗氧化性也比奥氏体相差，该相的含量、形态、位置都会对材料总体的服役性能产生影响，当铁素体相在晶界分布并连成网状时，材料在1000℃的短时拉伸强度至少下降70%；C的质量份数小于0.3时，随着C含量的增加，铁素体相逐渐减少到0；继续增加C含量，晶界碳化物的析出量等比例增加，在1000℃以上的拉伸强度也逐渐提高；但当C的质量份数超过0.45时，晶粒内部出现碳化物，加工性能严重恶化，加工刀具成本增加100～900%。基于此，在本专利技术所述的奥氏体耐热钢中C的质量份数控制在0.25～0.5。在本专利技术中，可以使用C、N取代10%以上的Ni，极大地降低了原材料成本。可选的，所述Cu的质量份数可以但不限于为1～2。在本专利技术所述奥氏体耐热钢中，Cu的主要作用是减小切削力，改善材料加工性能，同时Cu也可以部分取代Ni用来稳定奥氏体组织，Cu元素在奥氏体基体的溶解度有限，过量的Cu可以形成富Cu相，在800℃以下使用的耐热钢中会使用该相作为强化相，提高材料的耐高温性能；但是该相的高温稳定性差，存在热脆性风险，目前在950℃以上使用的Cr-Ni奥氏体耐热钢都将Cu视为有害元素，通常规定Cu含量小于0.5%；本专利技术通过控制Ni、Cu的加入量，使得Cu完全处于固溶状态，即利用了Cu降低加工成本的作用，又避免了Cu在950～1050℃的热脆性风险。基于此，在本专利技术所述的技术方案中，控制Cu的质量份数为1～2。在本专利技术中，通过N的固溶强化作用及Cu的沉淀强化作用使得单铸试棒高温机械性能较普通铬镍奥氏体耐热钢提升40～50%。可选的，所述Mn的质量份数不超过0.5。...

【技术保护点】
1.一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，其特征在于，包括以下质量份数的各组分：Ni：5～7；C：0.25～0.5；Si：0.5～1.5；Mn：0～0.5；Cr：23～26；Cu：1～2；以及N：0.25～0.45。/n

【技术特征摘要】
1.一种低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，其特征在于，包括以下质量份数的各组分：Ni：5～7；C：0.25～0.5；Si：0.5～1.5；Mn：0～0.5；Cr：23～26；Cu：1～2；以及N：0.25～0.45。


2.如权利要求1所述的低镍沉淀硬化奥氏体耐热钢材料，其特征在于，还包括：不超过0.04质量份数的P。


3.如权利要求1所述的低镍沉淀硬化奥氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：王寅杰，宫高全，陈小华，
申请(专利权)人：科华控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32