[发明专利]一种高强度Fe-Ni-Cr高膨胀钢及其制造方法

说明书

本发明提供了一种高强度Fe‑Ni‑Cr高膨胀钢，包括以下成分：C：0.55‑0.65％；Si≤0.50％；Mn：4.50‑6.50％；S≤0.020％；P≤0.025％；Ni：10.0‑12.0％；Cr：4.00‑5.00％；N：0.060‑0.100％；Al≤0.05％；余量为Fe和其他不可避免的杂质；本发明还提供了上述高膨胀钢的制备方法，通过本发明的制备方法，能够有效地降低制备成本，且制备得到的高膨胀钢膨胀性能好，强度高。

技术领域

本发明涉及冶金工程领域，具体而言，涉及一种高强度Fe-Ni-Cr高膨胀钢及其制造方法。

背景技术

膨胀合金是一种具有反常热膨胀特性的一种精密合金，又称热膨胀合金膨胀合金，主要有Fe-Ni系、Fe-Ni-Co系和Fe-Ni-Cr系合金等,高铬钢和 Co-Fe-Cr系合金也用作膨胀合金，但用量不大。膨胀合金除具有特定的热膨胀系数外，根据不同用途还要求有良好的封接性、可焊性、耐蚀性、可加工性和易切削性，并且在使用温度范围内不允许有引起膨胀特性明显变化的相变。膨胀合金在制造工艺过程中必须准确控制合金的化学成分，其产品一般为棒材、板材、带材、丝材和管材，广泛用于电子工业、精密量具、精密仪表和低温工程等领域。

目前国内现有的一种Fe-Ni-Cr系高膨胀合金6Cr4Ni12Mn5，作为耐热材料是XXX发动机的专用材料。此钢种的基体为奥氏体组织，由于奥氏体组织与铁素体和马氏体组织相比，具有更高的热膨胀系数，因此该钢具有高耐热性能，适宜用作高温下工作要求配合的紧密的部件。如发动机芯泵中的活门、活门杆、塞子、密封环等部件。

6Cr4Ni12Mn5作为热双金属主动层的膨胀合金，在钢中添加了一定量的 Mo、V、W，主要是提高强度。所以6Cr4Ni12Mn5耐热钢不仅具有热双金属的高膨胀性，还有高的强度。Mo、V、W都是强碳化物形成元素，在钢中容易形成偏析，影响性能的均匀性；另外Mo、V、W都是铁素体形成元素，钢中添加这些元素不利于奥氏体稳定性，影响热膨胀性能。

现有钢种的成分见表1：

表1：化学元素质量百分比(wt％)

表1为上述膨胀合金的成分配比，其生产工艺如下：

真空感应+电渣重熔→锻钢开坯→探伤→热轧成材→探伤→检验→入库。

该生产工艺和成分配比中存在以下缺陷：

现有产品中为了提高强度添加了一定量的Mo、V、W，Mo、V、W都是强碳化物形成元素，在钢中容易形成偏析，影响性能的均匀性；Mo、V、 W都是铁素体形成元素，钢中添加这些元素不利于奥氏体稳定性，影响热膨胀性能，因为铁素体的膨胀性能不如奥氏体。Mo、V、W都是比较贵重金属，钢中加入此元素，目的就是增加钢的强度，但增加了钢的成本。现有钢中采用真空感应+电渣工艺冶炼，其冶炼的成本也相当之高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高强度Fe-Ni-Cr高膨胀钢，以解决常规Fe-Ni-Cr钢热膨胀性能一般，强度一般成本高的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种高强度Fe-Ni-Cr高膨胀钢，包括以下成分：C：0.55-0.65％；Si≤0.50％；Mn：4.50-6.50％；S≤0.020％；P≤0.025％； Ni：10.0-12.0％；Cr：4.00-5.00％；N：0.060-0.100％；Al≤0.05％；余量为 Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述钢种的成分设计原理如下：

C元素是强烈扩大奥氏体元素，为保证本发明钢获得稳定的奥氏体和高的强度，C控制在C 0.55-0.65％之间。在本发明钢成分控制范围内，碳控制低，奥氏体不稳定，线膨胀系数降低，强度也偏低。但碳过高，钢种碳化物增多，降低钢的塑性。本发明钢中碳元素控制上限比表1中常规产品控制的低些。