[发明专利]奥氏体耐热铸钢及其制造方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及奥氏体耐热铸钢，特别是热疲劳特征优异的奥氏体耐热铸钢。

2.现有技术描述

奥氏体耐热铸钢已被用于车辆的排气系统部件等，例如排气集管、涡轮壳体等。这类组件暴露于高温和严苛使用环境下。为使组件具有优异的热疲劳特征，认为需要高温强度特征和从室温至高温的韧性是优异的。

从这一角度，例如日本专利申请公开No.07-228950(JP 07-228950 A)建议了包含0.2-0.6质量％的C、2质量％或更少的Si、2质量％或更少的Mn、8-20质量％Ni、15-30质量％Cr、0.2-1质量％Nb、1-6质量％W、0.01-0.3质量％N以及余量Fe和不可避免的杂质的奥氏体耐热铸钢。这类耐热铸钢以这样的方式得到：将通过将包含上述组分的材料作为原料熔融而得到的熔融金属在1000℃和2小时的加热条件下热处理以除去铸造以后的残余应力。

另外，日本专利申请公开No.06-256908(JP 06-256908 A)建议了具有由0.20-0.60质量％的C、2.0质量％或更少的Si、1.0质量％或更少的Mn、4.0-6.0质量％的Ni、20.0-30.0质量％的Cr、1.0-5.0质量％的W、0.2-1.0质量％的Nb、0.05-0.2质量％的N以及余量Fe和不可避免的杂质构成的组成的耐热铸钢。耐热铸钢具有20-95％奥氏体相和剩余铁素体相的两相结构。

然而，由于JP 07-228950 A中所述的奥氏体耐热铸钢在结构的大部分中包含奥氏体晶粒，尽管在高温下的拉伸强度高，但因为过度包含奥氏体晶粒，热膨胀系数大且热疲劳特征不足。

另一方面，由于JP 06-256908 A中所述的耐热铸钢是奥氏体相和铁素体相的两相耐热铸钢，因此由如上所述奥氏体晶粒导致的热膨胀可被降低。然而，铁素体相本身作为晶粒存在于结构中。因此，由于比奥氏体晶粒更软的铁素体晶粒，高温下的拉伸强度不高。因此，尽管JP 06-256908 A中所述的耐热铸钢抑制热膨胀，高温下的拉伸强度小于常规奥氏体耐热铸钢，因此，热疲劳特征不足。

发明概述

本发明提供可通过抑制热膨胀同时保持高温下的拉伸强度而改进热疲劳特征的奥氏体耐热铸钢及其制造方法。

本发明的发明人进行了许多实验和研究，认为重要的是由于奥氏体晶粒确保奥氏体耐热铸钢在高温下的拉伸强度并通过铁素体相抑制奥氏体耐热铸钢的热膨胀。具体而言，新发现用奥氏体晶粒作为基体结构，通过不使铁素体相围绕奥氏体晶粒结晶(不是均匀地布置)，而是通过使细铁素体相插在奥氏体晶粒之间，可在高温下保持奥氏体耐热铸钢的拉伸强度。

本发明基于本发明发明人的新发现。本发明第一方面涉及包含0.1-0.6质量％的C、1.0-3.0质量％的Si、0.5-1.5质量％的Mn、0.05质量％或更少的P、0.05-0.3质量％的S、14-20质量％的Cr、9-16质量％的Ni、0.1-0.2质量％的N以及余量Fe和不可避免的杂质的奥氏体耐热铸钢。奥氏体耐热铸钢的基体结构由奥氏体晶粒构成，且铁素体相分散并介于奥氏体晶粒之间以覆盖奥氏体晶粒。

本发明奥氏体耐热铸钢的基本组分为铁(Fe)基奥氏体耐热铸钢，当其总量设置为100质量％(下文简称为“％”)时，包含上述范围内的上述组分碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、铬(Cr)、镍(Ni)和氮(N)。由于基体结构由奥氏体晶粒构成且铁素体相分散并介于奥氏体晶粒之间以覆盖奥氏体晶粒，同时通过抑制热膨胀而抑制奥氏体耐热铸钢在高温期间的拉伸强度，可改进热疲劳特征。

即，铁素体相本身不作为晶粒存在于结构中，而是分散使得铁素体相覆盖奥氏体晶粒。因此，由于奥氏体晶粒本身，奥氏体耐热铸钢在高温期间的拉伸强度可改进。另外，由于铁素体相本身具有比奥氏体相小的热膨胀系数，可抑制奥氏体耐热铸钢的热膨胀。作为这样的结果，奥氏体耐热铸钢的热疲劳特征与以往相比显著地改进。