[发明专利]提高高温抗氧化性能的B444M2型铁素体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种提高高温抗氧化性能的B444M2型铁素体不锈钢的成分设计及其制备方法。铁素体不锈钢化学成分(按重量百分比)为：C 0～0.01％；Si 0.4～0.6％；Mn 0.25～0.35％；S 0～0.009％；P 0～0.01％；Cr 19～20％；Nb 0.4～0.5％；Ti 0.1～0.2％；N 0～0.01％；Mo 1.9～2.1％；W 0.4～0.6％；Ce 0.04～0.1％；余量为Fe。铁素体不锈钢的显微组织为铁素体，且在晶界及晶内弥散分布着尺寸为200～400nm的析出物。按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，经高温均匀化处理后即实施锻造；将锻造坯重新加热至1200℃±15℃保温，随后经6～8道次轧制后获得热轧板；热轧板经退火及除去表面氧化铁皮后进行冷轧获得冷轧板；冷轧板在1020℃±15℃保温1.5～2.5min退火。此时，可以获得成形性能良好且具有优异高温抗氧化性能的铁素体不锈钢材料。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种提高高温抗氧化性能的B444M2型铁素体不锈钢的成分设计及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，汽车制造业中对包括不锈钢在内的汽车用钢需求呈现多元化递增趋势。由于汽车尾气排放等级化的实施和为实现节能减排而提出的汽车轻量化等要求的进一步提高，使用耐高温、耐腐蚀性能优良的不锈钢材料已成为一种发展趋势。自20世纪70年代开始，欧、美和日本等国家即已广泛采用304奥氏体不锈钢等制作汽车排气系统；进入20世纪90年代，随着冶炼三步法技术(电弧炉+氩氧脱碳法+真空吹氧脱碳法)不断提高，铁素体不锈钢中碳、氮间隙原子含量得以大大降低，其使用性能明显提升。成本低廉的节镍类铁素体型不锈钢不仅表现出一系列材料本征性能优势，而且还具有优良的耐蚀性、耐高温特性、热膨胀系数低以及热导率高等特点。作为一种不含镍的铬系不锈钢，现代铁素体不锈钢的性能优势主要表现在其具有含镍不锈钢所媲美的成形性、经济性、耐蚀性和抗氧化性方面，并且具有低成本、优异的耐应力腐蚀等显著特点。因此，铁素体不锈钢目前已被广泛应用于汽车排气系统中。

伴随着欧V标准于2006年12月13日在欧洲实施，我国也已于2010年全面实施相应级别的排放标准。汽车尾气排放标准以及燃油效率的不断提高，导致排气温度的升高，局部工作温度将达到950～1050℃，甚至高达1100℃。因而，与其相适应的具有更加优良抗高温氧化性能、更高高温强度和耐热疲劳性能要求的新一代汽车排气系统用现代铁素体不锈钢材料的开发与应用成为一项亟待开展的重要研究课题。

稀土元素的“反应元素效应”能够显著提高金属材料在高温下的抗氧化性能。稀土元素的活性元素效应包括：提高氧化膜的粘附性及其抗剥落能力；改变氧化膜的生长机制；降低氧化反应速率及改变氧化膜的微观结构。因而，通过添加稀土元素来提高铁素体不锈钢的高温抗氧化性能具有一定的可行性。钨元素为高熔点合金元素，利用其固溶强化以及沉淀硬化作用能进一步改善材料的热机械疲劳性能。此外，钨元素的添加会对铁素体不锈钢中的析出行为产生一定的影响，尤其对析出相在高温下的稳定性影响较为明显。在高温氧化过程中，存在于氧化膜/基体界面处的析出相会抑制反应元素的扩散进而降低氧化反应的速率。综上可见，调控合金元素稀土(如Ce)和W及其含量，利用这些元素对高温服役性能产生的协同作用，是探索新一代汽车排气歧管等高温部件用耐热铁素体不锈钢(～1100℃)的重要方向。

发明内容

针对现有汽车排气系统用铁素体不锈钢材料无法满足在更高服役温度环境下(950～1100℃)的使用要求以及汽车制造业对新一代汽车排气系统热端用铁素体不锈钢材料迫切需求的客观现状，本发明的目的在于提供一种提高高温抗氧化性能的B444M2型铁素体不锈钢的成分设计及其制备方法，该铁素体不锈钢是新型超纯中铬铁素体不锈钢，其高温抗氧化性能优异且具有良好的成形性能，满足汽车排气系统用铁素体不锈钢的力学性能要求。

本发明的技术方案是：