[发明专利]高硅奥氏体耐热钢

说明书

本发明属于奥氏体耐热钢，特别是利用高硅配合铬和稀土等改善钢的高温抗氧化性，利用高硅改善抗渗碳性，同时采用Mo、Ti、B等多元少量合金化改善高温性能等。本发明是具有900～1200℃抗氧化、抗渗碳能力，可长期承受载荷和温度交变的耐热钢。

目前应用的奥氏体耐热钢以镍铬为主要合金元素，例如美国ASTM-HT（Cr17Ni35）、ASTM-HK（Cr25Ni20）、1Cr23Ni18等主要依靠铬改善高温抗氧化性，苏联研制的3Cr18Ni25Si2钢可以利用少量（2%）硅辅助铬改善抗氧化性，改善幅度有限。

经检索，与本发明接近的现有技术是日本太田鸡一发明的高硅钢，详见日本专利（特许第619383号，特许第661246号，特许第671064号、特许第750973号），其成分范围是：C≤0.05%，Si2-7%，Mn≤2%，Ni4～16%，Cr8～28%，Mo+V1～4%，Cu2～4%或W1～4%，Co≤2%，由于其含碳量很低（＜0.05%），不能利用碳化物改善高温性能。目前使用的高硅铬镍系耐热钢如日本NSSER    1含Si3.0～4.0%，Ni12～13.5%，Cr18.5～20%，其含硅量不超过4%，因此不能充分利用硅改善抗氧化性、抗渗碳性、力学性能和铸造性能。

本发明目的是开发节铬镍高温用奥氏体钢并利用硅改善抗氧化性、抗渗碳性及常温、高温力学性能，利用我国的富有资源稀土进一步改善高硅耐热钢的抗氧化性。它是具有900～1200℃抗氧化、抗渗碳能力，可长时间承受载荷和具有良好耐热疲劳性的高硅奥氏体耐热钢。

本发明的内容：本发明的化学成分范围是C0.05～0.20%，Si5.01～8.5%，Mn≤3.0%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr16-20%，Ni14～22%，Mo0.05～2.0%，Ti0.01～2.0%，B0.005～0.10%，RE0.005～1.0%，Cu0～3%，Nb0～0.5%，Co0～3%，Mg＜0.03%，V0～0.2%，W0～3%。

众所周知，硅可改善钢的耐热性，现有技术中高铬镍奥氏体耐热钢的含硅量一般小于或等于4%，这是因为高硅可引起脆性。本发明通过调正稳定奥氏体化元素Ni与Si、Cr等元素的关系，消除了有序共价键Fe₃Si相获得多滑移系奥氏体，可防止高硅脆性，在含硅较高的条件下获得一定的韧性塑性，控制含碳量也是防止脆性的一个重要措施。Ni与Si、Cr含量（%）的关系为：

Ni≥2.049b·Si+b·Cr-4.63-m    （1）

其中b值与含Si量及其他元素含量有关，在0.8～1.0之间变化，m值与δ相允许量有关，取0.5～2%。

高硅固溶强化奥氏体的作用比铬强烈，因此可改善常高温力学性能。在获得奥氏体组织为主的条件下适当提高碳量并同时添加碳化物形成元素Mo、Ti等实现弥散强化以及添加晶界强化元素B可改善高温性能，同时保持足够的常温韧性。添加RE通过脱氧和净化作用等改善抗氧化性。Cu、Nb、Co等也可以改善高温性能，可选择使用。Mg也可脱氧净化而改善抗氧化性。C、Si、Cr、Mo、Ti、Cu、V、W超过本发明限定的成分范围将引起脆性，Mg，RE，B在钢中溶解量极低。Nb、Co、Ni价格昂贵，尽量少用。P、S为有害杂质。

本发明可采用工业纯铁、微碳铬铁、金属硅等含碳和杂质少的原料用感应电炉熔化法制造;也可采用廉价的含碳较高的废钢及金属合金在电弧炉中用吹氧脱碳法或炉外精炼法如AOD法制造，其熔化或冶炼工艺与低碳或超低碳不锈钢相近。其铸造性能优于不锈钢，可降低浇注温度。铸件经1080～1100℃固溶化热处理，根据需要还可进行其他常规后续热处理。也可以进行压力加工、焊接、机械加工。