[发明专利]低镍奥氏体不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金组合物，其可用于制备用于需要高耐热性的应用的制品。特别地，所述合金组合物是不锈钢合金。

背景技术

不锈钢最常见的是利用其耐腐蚀性能。然而，应用它们的另一个常见原因在于高温应用，在高温应用中，可能必须耐高温氧化和/或可能需要具有高温强度。不锈钢的高铬含量，不仅有益于耐潮湿腐蚀，而且也有益于高温强度以及高温耐氧化性。

不锈钢包含至少10.5％的铬，以形成稳定的、透明的、钝化的保护膜，该保护膜提高了耐腐蚀性。此外，这样的铬含量可以在高温下阻止氧化。在许多情况下，镍也被添加到了不锈钢的组成中，以促进稳定的奥氏体微观结构。奥氏体在较高的温度下比铁素体更强更稳定。不锈钢中可能发生的一个常见问题是在高温应用中σ相的形成。形成该相的影响是该相可能会导致所述钢脆性极强并且可能会因为脆性断裂而失效。当镍被添加到铬不锈钢中时，钢的微观结构由铁素体转变为奥氏体。因此，镍的加入可以抑制σ相的形成，并促进奥氏体的形成。此外，镍还增强对氧化、碳化、氮化、热疲劳以及强酸的抵抗能力。

镍是一种昂贵的原材料，并且价格波动很大，而且价格波动日益剧烈。镍的昂贵成本直接影响了生产该级别不锈钢的费用。因此，为了用其它合金元素如碳、锰、氮和铜替代镍付出了众多努力。这些元素的成本低于镍并且仍然可以促进奥氏体的形成。

因此，生产一种用于下述应用的替代合金是有益的，所述应用需要使用能够承受高温并促进所需微观结构形成，同时还能尽量减少镍的量以保持低的更容易预测的成本的不锈钢。

发明内容

本发明的各种实施方案提供了可用于制备具有高性能，特别是高强度和耐热性，的制品的合金组合物。各实施方案的合金的特别益处在于它们可以使用比目前已知的耐热不锈钢的成本更低的材料来制备。例如，本文公开的各种本发明的合金是含有特定元素组成的耐热不锈钢合金，所述特定元素组成被设计为既保持了作为耐热材料的优选性能又仅需较低的制造成本。

根据本发明的合金的各种实施方案可用于制备任何金属制品，但它们特别适合用于制备具有高性能规格，特别是强度和耐热性，的材料。特别受益于本发明的合金的一个领域是涡轮部件的制造，例如涡轮壳体和排气歧管。

在具体实施方案中，本发明涉及一种不锈钢合金组合物。在本发明具体的实施方案中，所述合金组合物中仅有一些特定的元素需要以特定的量存在，以便于使合金组合物可用于制备具有如本文所述的理想物理性能的制品。例如，在一个实施方案中，根据本发明的合金组合物包含：约0.6wt％至约0.8wt％的碳；约16wt％至约18wt％的铬；约4.5wt％至约5.5wt％的镍；约2.0wt％至约5.0wt％的锰；约0.8wt％至约1.2％的钨；约0.8wt％至约1.2wt％的钼；约0.65wt％至约0.85wt％的铌；约0.3wt％至约1.0wt％的硅；余量的铁和不可避免的杂质，其中百分比基于所述合金组合物的总重。

在其它实施方案中，根据本发明的合金组合物包含：约0.6wt％至约0.75wt％的碳；约16wt％至约18wt％的铬；约4.5wt％至约5.5wt％的镍；约2.0wt％至约4.5wt％的锰；约0.8wt％至约1.2％的钨；约0.8wt％至约1.2wt％的钼；约0.65wt％至约0.85wt％的铌；约0.3wt％至约1.0wt％的硅；余量的铁和不可避免的杂质，其中百分比基于所述合金组合物的总重。

根据进一步的实施方案，本发明的合金可以包含一种或多种任选的痕量元素。例如，在一个实施方案中，除了上述的元素，所述合金可以包含以下一种或多种：最多约0.15wt％的氮；最多约0.005wt％的硼；最多约0.03wt％的磷；和最多约0.03wt％的硫，基于所述组合物的总重量。

在各种实施方案中，由所述合金组合物形成的合金具有奥氏体结构，所述奥氏体结构含有铬碳化物。进一步地，在各种实施方案中，该合金具有含有MC和/或M7C3碳化物的奥氏体结构。更进一步地，在具体实施方案中，该合金具有含有M23C6碳化物的奥氏体结构，所述M23C6碳化物是在长时间热浸过程中形成的。

根据各种实施方案，本文所述的合金组合物可用于制备各种制品。例如，该合金组合物可用于制备通常由奥氏体不锈钢制备的任何制品。本发明的合金的各种实施方案特别可用于制备应用于那些需要承受高的热-机械负荷的能力的应用的制品。例如，在一个实施方案中，所述合金的各种实施方案用来形成涡轮壳体或涡轮歧管。