[发明专利]奥氏体耐热铸钢

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及奥氏体耐热铸钢，并且更具体地涉及具有优异的热疲劳特性的奥氏体耐热铸钢。

2.相关技术的描述

为了使奥氏体耐热铸钢在950℃或更高具有优异的热疲劳特性，例如，它们必须具有优异的高温强度性能和从室温到升高的温度的优异韧性。用于应对这种挑战的耐温铸钢在日本专利申请公开号2004-269979(JP-A-2004-269979)和日本专利申请公开号2002-194511(JP-A-2002-194511)中描述。JP-A-2004-269979公开了耐温铸钢，其基于100质量％的总量计包含0.5至1.5％的碳(C)、0.01至2％的硅(Si)、3至20％的锰(Mn)、0.03至0.2％的磷(P)、3至20％的镍(Ni)、10至25％的铬(Cr)、0.5至4％的铌(Nb)和0.1％或更少的铝(Al)，并且其还包含总量为1.5至6％的钼(Mo)和钨(W)中的一种或两种，余量主要为铁(Fe)。

在铁基奥氏体耐热铸钢中，碳有效用于增加高温强度和改善可铸性，并且用作奥氏体相稳定元素。铬有效用于改善高温强度，但是在以大量添加时降低韧性。而且，镍与铬的存在有助于增加高温强度，从而使奥氏体相稳定化。鉴于上述内容，在根据相关技术的铁基奥氏体耐热铸钢中，频繁使用包含约0.3至0.8％的碳、约10至25％的铬和约10至21％的镍的钢。在日本工业标准(Japanese industrial standard，JIS)中，这样的钢被命名为例如SCH12和SCH22。

近年来，除了其成本迅速上升之外，镍已经变成日益稀有的元素。由于这些原因，甚至在奥氏体耐热铸钢中，趋势为寻求更低的镍水平。然而，在低的镍含量下，基体结构不能实现均匀的奥氏体相，结果是高温强度降低。因此，不容易降低镍水平且同时维持高温强度特性。添加诸如钒、钼、钨和铌的元素有效用于提高强度。然而，这些元素具有降低韧性的趋势，由此使得难以实现高温强度和韧性两者。

发明内容

本发明涉及一种奥氏体耐热铸钢，所述奥氏体耐热铸钢能够在较低的镍水平下实现稳定的奥氏体相，由此使得所述钢能够被赋予高温强度和韧性两者。

本发明的一个方面涉及一种奥氏体耐热铸钢，所述奥氏体耐热铸钢包含铁作为基础材料。该奥氏体耐热铸钢以总量为100质量％计包含：0.4至0.8质量％的碳；3.0质量％或更少的硅；0.5至2.0质量％的锰；0.05质量％或更少的磷；0.03至0.2质量％的硫；18至23质量％的铬；3.0至8.0质量％的镍；0.05至0.4质量％的氮。铬与碳的比率为22.5或更大并且57.5或更小。

因为与当前在普通应用中的奥氏体耐热钢相比镍的量在3.0至8.0％的范围内，所以该组合物使得能够获得低成本奥氏体耐热铸钢。尽管在相关技术中在约13％或更少的镍含量下未实现奥氏体相的稳定化，但是通过以由镍当量(Ni_eq＝Ni％+0.3C％+0.5Mn％+26(N％-0.02)+2.77)计算的量添加碳、锰和氮，可以实现具有与根据相关技术的材料相当或更大的高强度的奥氏体耐热铸钢。而且，通过将铬与碳的比率设定在22.5≤Cr/C≤57.5的范围内，可以维持铬在奥氏体基体结构中的所需固溶度，因此使得能够获得实现所需高温强度特性的奥氏体耐热铸钢。

根据本方面的奥氏体耐热铸钢可以包含少于0.2质量％的选自钒、钼、钨和铌中的至少一种。

铬在用作基体结构的奥氏体相中的固溶度根据碳的量而变化。同时，由于碳化物在奥氏体晶界处析出，所以包含形成碳化物的元素(V、Mo、W、Nb)导致韧性降低，并且由于在奥氏体相内的碳固溶度降低，所以导致伴随铬固溶度降低的强度降低。在上述组合物中，通过将铬与碳的比率为设定在22.5≤Cr/C≤57.5的范围内并且或者不包含形成碳化物的元素V、Mo、W和Nb或者包含它们但是将其一种或两种或更多种的总量设定为小于0.2％，解决了上述韧性降低和强度降低。

根据本方面的奥氏体耐热铸钢还可以包含少于0.2质量％的选自钒、钼、钨和铌中的一种。

根据本方面的奥氏体耐热铸钢还可以包含0.19质量％或更少的选自钒和铌中的一种。

根据本方面的奥氏体耐热铸钢还可以包含0.18质量％或更少的选自钼和钨中的一种。

根据本发明，在降低镍含量的同时可以在基体结构中获得稳定的奥氏体相，由此使得可以获得具有高温强度和韧性两者的奥氏体耐热铸钢。

附图说明