不锈钢合金制造技术

本发明专利技术涉及不锈钢合金

【技术实现步骤摘要】
不锈钢合金、由该不锈钢合金形成的涡轮增压器组件及其制造方法


[0001]本公开一般涉及不锈钢合金。更具体地，本公开涉及用于铸造应用例如涡轮(turbine)和涡轮增压器(turbocharger)壳体、排气歧管和燃烧室的不锈钢合金，其在升高的温度表现出抗氧化性，以及涉及用于制造它们的方法。

技术介绍

[0002]在运行期间，汽车或飞行器涡轮增压器组件经受升高的运行温度。这些组件必须能够包容产生非常高转速的涡轮叶轮。来自汽车或飞行器发动机的排气(exhaust gas)在升高的温度最初在金属部分例如涡轮增压器的气体入口区域中接触涡轮增压器。由于高速性能通过排气温度提高而改善，因此已经存在逐渐提高发动机的排气温度的尝试。由于这些高温，所以部件例如排气歧管和涡轮壳体上的热负荷变得非常大。
[0003]由于接触涡轮增压器的金属部分的这些提高的排气温度，已经遇到了各种问题。例如，由排气温度上升造成的一个问题是腐蚀或氧化问题。例如，在高于约800℃的温度并且取决于所使用的特定合金，氧气可能开始侵蚀合金的金属元素，造成它们氧化或腐蚀，并因此丧失它们的有益物理和材料性能。在重复的运行循环期问，腐蚀或氧化可以最终造成部件完全失效。
[0004]为了克服与较高运行温度相关的挑战，在涡轮增压器应用中使用的现有技术合金已经包括具有较高铬和镍含量的不锈钢合金，例如市售可得的高铬和/或镍延性(ductile)铁铸造合金。如本文所用，术语运行温度是指设计由涡轮增压器的涡轮壳体和叶片(blade)组件所经受的排气的最高温度(不包括偶尔的更高的瞬时温度)。这些较高的铬和镍不锈钢主要是奥氏体的，具有在远高于运行温度存在的稳定的奥氏体相，以及最小到无的促进腐蚀/氧化的δ(delta)铁素体相。1.48XX系列的不锈钢合金例如不锈钢1.4848在本领域中是众所周知的。具有23％至27％的铬规格和19％至22％的镍规格(所有百分比以重量计)，它们是用于1000℃至1020℃的涡轮壳体应用的示例性现有技术材料。尽管满足用于涡轮增压器壳体的高温性能要求，但不锈钢1.4848由于其高铬和镍含量而相当昂贵。由于涡轮增压器壳体通常是涡轮增压器的最昂贵的组件，因此机器的总成本受到该组件所用材料的选择的很大影响。
[0005]可选择地，具有较低的铬和镍含量的K273可用于最高1020℃的壳体温度。然而，由于较高的碳含量，K273就可加工性而言带来了制造问题。此外，实验室氧化测试表明与推荐用于此类高温应用的其他不锈钢相比，K273的抗氧化性较低。下述表1提供了不锈钢1.4848和K273的规格，以重量百分比计：
[0006]表1.K273和1.4848不锈钢的组成.
[0007][0008]此外，已经研究了用于最高1020℃壳体温度的一些较低铬和镍合金，但此类合金通常伴随着各种制造问题，例如在更高温度、铸造过程期间产生。例如，由此类较低铬和镍合金形成的组件可具有由铸造过程期间氮的释气(outgassing)而造成的孔隙率问题，所述铸造过程可达到最高高达1650℃至1700℃的出炉温度和1100℃至1200℃的凝固温度(solidification temperatures)。
[0009]因此，较不昂贵并且具有较少制造问题和较好抗氧化性的材料将是可用选项的合适替代。这些材料应具有在高于运行温度存在的稳定的奥氏体相，以及最小到无的δ铁素体相。因此，需要可用于涡轮增压器应用的不锈钢合金，其能够承受现代发动机产生的较高运行温度，但最小化昂贵的镍含量。此外，通过结合附图和本专利技术主题的该
技术介绍
，从本专利技术主题的后续的具体实施方式和所附权利要求本专利技术主题的其他合意特征和特性将变得显而易见。

技术实现思路

[0010]提供了不锈钢合金、涡轮增压器涡轮组件以及制造涡轮增压器涡轮组件的方法。
[0011]在一个实施方案中，仅举例而言，奥氏体不锈钢合金按重量包含以下各项或由以下各项组成：约23.0％至约25.0％铬、约8.5％至约10.0％镍、约4.0％至约5.0％锰、约0.8％至约0.9％铌、约0.5％至约1.5％硅、约0.35％至约0.45％碳、约0.2％至约0.3％氮和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质。元素钨和钼在超出杂质水平被排除。作为前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约23.5％至约24.5％、或约23.7％至约24.3％的量包含铬或由铬组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约8.8％至约9.7％、或约9.0％至约9.5％的量包含镍或由镍组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约4.1％至约4.9％、或约4.2％至约4.8％的量包含锰或由锰组成。作为任意前述
实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.82％至约0.88％、或约0.85％的量包含铌或由铌组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.8％至约1.2％的量包含硅或由硅组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.37％至约0.43％的量包含碳或由碳组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.22％至约0.28％的量包含氮或由氮组成。
[0012]在另一实施方案中，仅举例而言，涡轮增压器涡轮壳体包含奥氏体不锈钢合金，所述奥氏体不锈钢合金按重量包含以下各项或由以下各项组成：约23.0％至约25.0％铬、约8.5％至约10.0％镍、约4.0％至约5.0％锰、约0.8％至约0.9％铌、约0.5％至约1.5％硅、约0.35％至约0.45％碳、约0.2％至约0.3％氮和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质。元素钨和钼在超出杂质水平被排除。作为前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约23.5％至约24.5％、或约23.7％至约24.3％的量包含铬或由铬组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约8.8％至约9.7％、或约9.0％至约9.5％的量包含镍或由镍组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约4.1％至约4.9％、或约4.2％至约4.8％的量包含锰或由锰组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.82％至约0.88％、或约0.85％的量包含铌或由铌组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.8％至约1.2％的量包含硅或由硅组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.37％至约0.43％的量包含碳或由碳组成。作为任意前述实施方案的一个变型，所述合金可以以约0.22％至约0.28％的量包含氮或由氮组成。
[0013]在又另一实施方案中，制造涡轮增压器涡轮壳体的方法包括由奥氏体不锈钢合金形成所述涡轮增压器涡轮壳体，所述奥氏体不锈钢合金按重量包含以下各项或由以下各项组成：约23.0％至约25.0％铬、约8.5％至约10.0％镍、约4.0％至约5.0％锰、约0.8％至约0.9％铌、约0.5％至约1.5％硅、约0.35％至约0.45％碳、约0.2％至约0.3％氮和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质。元素钨和钼在超出杂质水平被排除。作为前述实施方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢合金，其按重量包含：约23.0％至约25.0％铬；约8.5％至约10.0％镍；约4.0％至约5.0％锰；约0.8％至约0.9％铌；约0.5％至约1.5％硅；约0.35％至约0.45％碳；约0.2％至约0.3％氮；和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质，其中钼和钨从所述合金中在超出杂质水平被排除。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约23.5％至约24.5％铬。3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约8.8％至约9.7％镍。4.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约4.1％至约4.9％锰。5.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约0.8％至约1.2％硅。6.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约0.37％至约0.43％碳。7.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其包含约0.22％至约0.28％氮。8.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢合金，其按重量由以下组成：约23.0％至约25.0％铬；约8.5％至约10.0％镍；约4.0％至约5.0％锰；约0.8％至约0.9％铌；约0.5％至约1.5％硅；约0.35％至约0.45％碳；约0.2％至约0.3％氮；和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质。9.一种涡轮增压器涡轮组件，其包含：奥氏体不锈钢合金，其中所述奥氏体不锈钢合金按重量包含：约23.0％至约25.0％铬；约8.5％至约10.0％镍；约4.0％至约5.0％锰；约0.8％至约0.9％铌；约0.5％至约1.5％硅；约0.35％至约0.45％碳；约0.2％至约0.3％氮；和余量的铁以及无法规避/不可避免的杂质，其中钼和钨从所述合金中在超出杂质水平被排除。10.根据权利要求9所述的涡轮增压器涡轮组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：盖瑞特动力科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：