[发明专利]一种抗高温氧化的奥氏体耐热不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢，特别涉及一种抗高温氧化的奥氏体耐热不锈钢，适用于制作汽车排气系统高温端零部件。

背景技术

耐热不锈钢与能源和动力机械的进步有密切的关系，可应用于火力发电、原子能、宇航、航空、石油和化学工业等领域。最近，耐热不锈钢逐渐应用于汽车排放系统工程。减少汽车废气排放是当前全人类共同面临的巨大挑战，随着对汽车尾气排放法规的调整，汽车发动机的性能提高，排放气体温度越来越高，排气温度从目前的900～950℃提高到1000～1050℃，这就对排气系统高温端用不锈钢提出更高的要求，尤其是具有高的高温强度、抗高温氧化性和很好的成形性。考虑到铁素体不锈钢的焊接性、成型性和高温强度有限，部分欧系车选用1.4828、309S和310奥氏体耐热钢来制作高温部件。1.4828和309S抗高温氧化性相对较弱，使用时未取得令人满意的效果，310S价格昂贵，使得生产成本大幅提高。

中国专利CN101092678a公布了一种奥氏体耐热疲劳钢，特征是通过C、Mn、B、V、Nb、Y合金元素来提高钢的耐热疲劳性能和强度，合金设计与本发明不同。

中国专利CN102400060a中公布了一种新型含氮奥氏体耐热钢，特征是通过N、Nb、Ti、Mo、Al的添加来提高钢的耐热性能，Al含量较本发明高。

韩国专利KR2012089910-A公布了一种添加Re的高温抗氧化耐热奥氏体不锈钢，C和Re含量与本发明有差异。

日本发明JP2011236465-A公布了一种奥氏体不锈钢，通过添加Nb、B、Al、Cu、La、Ce等元素以获得优良的耐蚀不锈钢，特别突出了Cu在抗氧化性能的贡献，合金设计与本发明不同。

韩国专利KR766251-B1公布了一种节镍奥氏体耐热钢，特征是通过N来取代Ni，通过W取代Mo，获得抗高温性能优良的不锈钢，合金设计与本发明不同。

WO2005103314-A1公布了一种用于排气系统的高铬、镍奥氏体耐热钢，采用高含量Cr，Ni，Mo或W，Nb来提高钢的耐热性。

日本发明JP2005133144-公开了一种用于坦克、容器及化学处理厂的用材，该发明特征是含有较高含量的Mo、Cu及N，含3.0-7.0%Mo,合金设计与本发明不同。

美国US2003084967-A1公布了一种耐热、耐蚀不锈钢，采用高含量Mn，N，C，Nb来提高钢的耐热性。日本发明JP11302798-A公开了一种高氮的奥氏体耐热钢，特征是含有高含量Mn，N和Mo，同时含有Al。JP9324246-A公开了一种含Al、Cu、Nb的用于热交换器的奥氏体不锈钢，含1.0-3.5%Al，合金设计与本发明不同。JP9324245-A公开了一种用于焊接结构件的奥氏体不锈钢，含1.0-6.0%Al，合金设计与本发明不同。对于奥氏体耐热不锈钢，Al、Mn、W、Mo、Cu等元素的加入对耐热性能有利，因此也是研究和开发的关键合金元素。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗高温氧化的奥氏体耐热不锈钢，具有良好的高温强度、抗氧化性、成形性，其使用温度可达1050℃，满足汽车排气系统使用温度持续升高和环境保护的需要。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明设计主要针对汽车排气系统特定的服役环境，要求材料高的抗氧化性能和高的高温强度及良好的加工成形性。同时，在满足材料使用性能要求的前提下，兼顾材料的制造成本。因此，优选在钢中添加适当的Cr、Ni、N、V、Nb、Si、Re等元素。

具体的，本发明的一种抗高温氧化的奥氏体耐热不锈钢，其化学成分质量百分比为：C:0.02%以下、Si：2.0～2.5%、Mn:1～2%、Cr:20～22%、Ni:12～14%、N:0.11～0.15%、P<0.035%、S<0.005%、Ce+La+Y:0.06～0.11%，V：0.05～0.15%，Nb：0.1～0.3%，其余为Fe和不可避免杂质；其中，1.4≤（Cr+1.5Si+0.5Nb)/(Ni+0.5Mn+20N)≤1.6，1.5（C+N）≤Nb+V≤0.35%。

在本发明奥氏体耐热不锈钢的成分设计中：

C：碳固溶在钢中可以提高钢的强度，但碳化物析出后强度下降，热强性随碳含量增加而降低，因此碳含量控制在0.02%以下。