[发明专利]不锈钢合金、由不锈钢合金形成的涡轮增压器部件及其制造方法

说明书

本发明涉及不锈钢合金、由不锈钢合金形成的涡轮增压器部件及其制造方法。公开了一种奥氏体不锈钢合金，其按重量计包括以下成分或由以下成分组成：约20.0%至约21.5%的铬、约8.5%至约10.0%的镍、约4.0%至约5.0%的锰、约0.5%至约2.0%的硅、约0.4%至约0.5%的碳、约0.2%至约0.3%的氮以及含有不可避免/无法避免的杂质的余量铁。铌、钨和钼元素被排除在杂质水平之外。还公开了由该不锈钢合金制成的涡轮增压器涡轮壳体及其制造方法。不锈钢合金适用于温度高达约1020℃的涡轮增压器涡轮应用。

技术领域

本公开总体上涉及不锈钢合金。更具体地，本公开涉及用于铸造应用的不锈钢合金，例如涡轮和涡轮增压器壳体、排气歧管和燃烧室(其在高温下表现出抗氧化性)以及用于制造它们的方法。

背景技术

在操作期间，汽车或飞行器涡轮增压器部件经受较高的操作温度。这些部件必须能够容纳产生非常高旋转速度的涡轮叶轮。在高温下，来自汽车或飞行器发动机的排气最初在诸如涡轮增压器的进气区域的金属部段中接触涡轮增压器。随着高速性能通过排气温度的增加而提高，已经尝试逐渐升高发动机的排气温度。由于这些高温，诸如排气歧管和涡轮壳体的零件上的热负荷变得非常大。

接触涡轮增压器的金属部段的这些升高的排气温度已经遇到了各种问题。例如，由排气温度升高引起的一个问题是腐蚀或氧化的问题。例如，在高于约800℃的温度下，并且取决于所使用的特定合金，氧可能开始侵蚀合金的金属元素，导致它们氧化或腐蚀，并且因此失去它们有益的物理和材料特性。经过反复的操作循环，腐蚀或氧化最终可能导致零件完全失效。

为了克服与较高操作温度相关联的挑战，涡轮增压器应用中使用的现有技术合金已经包括铬和镍含量较高的不锈钢合金，诸如可商购获得的高铬和/或镍球墨铸铁铸造合金。如本文所用，术语操作温度是指设计成由涡轮增压器的涡轮壳体和叶片部件经历的排气的最高温度(除了偶尔较高的瞬时温度)。这些较高铬和镍的不锈钢主要为奥氏体，其具有稳定的奥氏体相，该奥氏体相在远高于操作温度下存在，并且最少到没有的促进腐蚀/氧化的δ铁素体相。诸如不锈钢1.4848的1.48XX系列的不锈钢合金在本领域中是公知的。具有23%与27%之间的铬规格和19%与22%之间的镍规格(均为重量百分比)，它们是用于1000℃至1020℃之间的涡轮壳体应用的示例性现有技术材料。虽然满足涡轮增压器壳体的高温特性要求，但是不锈钢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最昂贵的部件，因此机器的总体成本受该部件所采用材料的选择影响很大。

替代地，具有较低铬和镍含量的K273可以用于高达1020℃的壳体温度。然而，由于较高的碳含量，K273在可加工性方面引起制造问题。此外，实验室氧化试验表明，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。下面列出的表1提供了不锈钢1.4848和K273的规格，以重量百分比计：

表1 K273和1.4848不锈钢的成分

。

因此，更廉价、具有更少的机加工问题和更好抗氧化性的材料将是可用选项的合适替代物。这些材料应该具有稳定的奥氏体相，该奥氏体相存在于操作温度以上，并且具有最小至没有的δ铁素体相。因此，需要在涡轮增压器应用中有用的不锈钢合金，其能够承受由现代发动机产生的更高的操作温度，但是使昂贵的镍含量最小化。此外，结合附图和本发明主题的该背景技术，本发明主题的其他期望特征和特性将从本发明主题的后续详细描述和所附权利要求书中变得显而易见。

发明内容

提供了不锈钢合金、涡轮增压器涡轮部件以及制造涡轮增压器涡轮部件的方法。