[发明专利]铁素体耐热铸钢及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸钢材料以及该铸钢的生产方法和应用，尤其是一种用于生产汽车发动机用的排气歧管、涡壳、连体涡壳排气歧管等排气系统零部件的耐热球墨铸钢。

背景技术

随着全球对节能减排要求的日益苛刻，汽车发动机节能环保将面临更高的挑战，需要满足更严格的要求。排气系统零部件如排气歧管等作为汽车发动机上的关键零部件，它的质量好坏直接影响到发动机的使用寿命和排放性能。目前，国内外高端汽车生产厂家的发动机为了满足汽车节能减排要求，排气温度需要达到800℃以上，这样才能减少氮氧化合物、二氧化碳的排量，从而达到欧Ⅳ、欧Ⅴ的排放标准。

常用的铸铁材料难以达到如此高的使用要求，新型铸钢材料作为一种特殊材质，它的耐热性、耐疲劳性、抗腐蚀性远远高于铸铁，符合使用的需要。然而奥氏体耐热铸钢由于含有较多的铬、镍等贵金属生产成本较高。为了提高产品竞争力和企业经济效益，同时满足客户对耐热铸钢的质量要求，迫切需要开发一种新型的高性能低成本的耐热铸钢材料。

中国专利文献CN102301029公开了一种铁素体耐热铸钢及排气系统部件，该铁素体耐热铸钢具有的铁素体组织包含以质量百分比计的碳0.10～0.40%、硅0.5～2.0%、锰0.2～1.2%、磷0.3%以下、硫0.01～0.4%、铬14.0%～21.0%、铌0.05～0.6%、铝0.01～0.8%、镍0.15～2.3%，以及余量的铁和不可避免的杂质。该铸钢材料铬、铝、锰的含量较高，及加入一定的钒，力学性能不稳定伸长率较小。中国专利文献CN102822370公开了一种常温韧性优异的铁素体系耐热铸钢和由其构成的排气系统零件，该铁素体耐热铸钢的碳、铌、铬的含量较高。中国专利文献CN1032680公开了一种稀土、高铬铁素体耐热钢，该铁素体系耐热铸钢的碳、稀土、铬的含量较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较好的高温抗氧化性、高温抗疲劳性能以及较好的常温韧性，且生产成本较低的铁素体耐热铸钢以及该铁素体耐热铸钢制备方法和应用。

实现本发明目的的技术方案是一种铁素体耐热铸钢，合金的组分及其质量百分比为：C：0.10%～0.25%，Si：0.6%～1.5%，Mn：0.2%～0.6%，P：≤0.05%，S：0.03%～0.12%，Cr：14.1%～20%，Ni：0.8%～1.35%，N：0.01%～0.06%，Re:0.01%～0.1%，Nb：0.15%～3.0%，Al：0.01%～0.8%，余量为铁和不可避免的杂质。

上述技术方案的一种优选是：上述Cr的质量百分比含量为14.5%～16.5%。

上述技术方案的一种优选是：上述Si的质量百分比含量为0.8%～1.2%。

上述技术方案的一种优选是：上述Mn的质量百分比含量为0.4%～0.5%。

上述技术方案的一种优选是：上述Al的质量百分比含量为0.01%～0.15%。

上述技术方案的一种优选是：上述Nb的质量百分比含量0.61%～2.0%。

上述技术方案的一种优选是：上述Nb的质量百分比含量0.61%～1.0%。

实现本发明目的的技术方案是一种铁素体耐热铸钢的制备方法，包括以下步骤：

A.合金熔炼：根据合金的组分和含量进行配料，先将底渣装入炉内，然后将增碳剂、废钢、镍板、铬铁、铌铁装入碱性感应炉内，待全部熔成钢水后扒渣、造新渣，当钢水温度升至1530℃～1550℃时加入锰铁、硅铁进行预脱氧，钢水保温并快速进行光谱成分分析，接着升温并加入硫铁，当钢水温度高于1600℃时，加入硅钙脱氧剂进行二次脱氧，当钢水温度高于1650℃时加入铝脱氧剂进行终脱氧；

B.出钢水：在钢包内放入稀土硅铁和铝块，钢水温度达到1650℃时迅速出钢水；

C.浇注：将钢水浇注到铸型中，浇注过程中用石棉挡渣，浇注结束后待铸型冷却、开箱清理得到毛坯；

D.热处理：将毛坯的温度控制在850℃～1000℃，保温1h～3h,然后随炉冷却至500℃，再保温1h～3h，出炉空冷或随炉冷却。

上述技术方案的一种优选是：上述步骤B中，在出钢水的同时将稀土硅铁和铝块投入钢水流中。可以提高稀土硅铁和铝的收得率并保持收得率的稳定，防止稀土和铝被炉渣包裹，不能充分与钢液作用。

上述技术方案的一种优选是：上述步骤D中，将毛坯的温度控制在980℃～1000℃。将毛坯的温度控制在980℃以上，提高热处理的起始温度有利于奥氏体化更加充分、且细化均匀晶粒。

上述技术方案的一种优选是：上述硅钙脱氧剂是低铝硅钙钡合金。