[发明专利]一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种铸造奥氏体不锈钢材料，特别是一种具有高耐热性的奥氏体不锈钢材料。本发明属于金属材料领域。

背景技术

304不锈钢是一种常见的不锈钢，相当于我国的0Cr18Ni9。它的抗腐蚀性能优良，价格比316不锈钢便宜，广泛使用于工业及生活中，例如：耐腐蚀设备与机件、高档不锈钢餐具和户外栏杆等。 

304不锈钢主要化学成分 (重量百分比%)为，C：≤0.07，Si：≤1.0，Mn：≤2.0，Cr：17.0～19.0，Ni：8.0～11.0，S：≤0.03，P：≤0.035，余量为Fe。

然而，304不锈钢存在的明显不足是耐热性不足，650℃以上高温容易氧化，因此，通常只适合在550℃以下服役环境长期使用。

发明内容

本发明提供一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢，是以304不锈钢为基础，通过添加少量W、Nb、Mo耐高温合金元素，并适当提高C含量，达到显著改善不锈钢耐高温性能的效果。本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢具体化学成分 (重量百分比) 为，C：0.1～0.20%，Si：≤1.0%，Mn：≤2.0%，Cr：17.0～19.0%，Ni：8.0～11.0%，W: 1.5～2.5%, Nb: 1.0～2.0%, Mo: 2.0～3.0%, S：≤0.03%，P：≤0.035%，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。

本发明所述的耐热铸造奥氏体不锈钢的制备方法如下：

1）原料准备：根据产品成分要求及每炉冶炼总重量，配备合适重量的304不锈钢主料，少量 W、Nb、Mo料和增碳剂用作成分调整；使产品不锈钢的化学成分按重量百分比为，C：0.1～0.20%，Si：≤1.0%，Mn：≤2.0%，Cr：17.0～19.0%，Ni：8.0～11.0%，W: 1.5～2.5%, Nb: 1.0～2.0%, Mo: 2.0～3.0%, S：≤0.03%，P：≤0.035%，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素；

2）加料冶炼：将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，然后加入304不锈钢炉料，并覆盖上除渣剂，进行冶炼，出炉前添加少量增碳剂；浇注温度1620℃—1650℃。

本发明的技术原理为：针对现有技术的不足，改进奥氏体不锈钢成分设计，在304不锈钢的基础上，添加少量W、Nb、Mo等耐高温合金元素，并适当提高C含量，这些耐高温合金元素与C形成细小弥散的合金碳化物，这些碳化物具有如下特点：（1）硬度高（在高温条件下也一样）；（2）与铁水密度接近；（3）凝固后呈弥散分布。因此，这些合金碳化物在高温下对晶界起到显著的钉扎作用，同时可降低晶界处的溶质扩散速度, 从而明显提高奥氏体不锈钢晶界强度，达到显著改善高温强度和高温抗氧化性的效果。此外，由于添加的耐高温合金元素为强碳化物形成元素，比Cr优先形成碳化物，从而阻止或避免Cr与C形成碳化物，确保晶界处不因贫Cr而导致晶间腐蚀。

本发明的高耐热性铸造奥氏体不锈钢，其900℃高温性能可以达到: 屈服强度大于50MPa；200h氧化增重小于12mg/cm²。

具体实施方式

实施例1：

1）原料准备：根据产品成分要求及每炉冶炼总重量，配备合适重量的304不锈钢主料，少量 W、Nb、Mo料和增碳剂用作成分调整。使产品不锈钢的化学成分 (重量百分比，%） 为：

C：0.10，Si：1.0，Mn：2.0，Cr：17.0，Ni：8.0，W:1.5, Nb: 1.0, Mo: 2.0，S：0.02，P：0.03，余量为Fe和不可避免的杂质。

2） 加料顺序：高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部，然后加入304不锈钢炉料，并覆盖上除渣剂，出炉前添加少量增碳剂。

3）冶炼条件： 设备：中频感应炉，浇注温度：1620℃—1650℃。

对上述得到的产品力学性能和氧化增重检测，900℃高温性能为:屈服强度大于50MPa；200h氧化增重小于12mg/cm²。

力学性能检测方法：按照GB/T4338-2006 进行900℃高温拉伸实验，获得屈服强度指标。

氧化增重检测方法：合金在900℃高温氧化200h后，连同氧化皮一起，采用天平称重测试试样总重量，与原始样的差值除以试样表面积即为(单位面积)氧化增重。

实施例2：与实施例1基本相同，不同之处在于产品的化学成分 (重量百分比，%) 为，