[发明专利]一种抗高温氧化的铁素体耐热不锈钢及其制造方法

说明书

一种抗高温氧化的铁素体耐热不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C≤0.02％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr：17～20％，N<0.02％，P<0.02％，S<0.02％，Ti：0.1～0.2％，Nb：0.3～0.6％，W：0.3～0.8％，Re：0.05～0.13％，0.9％≤Nb+W‑Re+Ti≤1.3％，4.5％≤(Nb+W+Ti)/10(C+N)≤7.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明铁素体耐热不锈钢不含Al和Co，降低了浇铸工艺难度，使用温度最高可达1050℃，且在1050℃高温下，具有优于022Cr18NbTi铁素体不锈钢、甚至优于Cr20Ni12Si2奥氏体耐热不锈钢的高温力学性能(屈服强度和抗拉强度)以及高温抗氧化性能，但价格却仅为Cr20Ni12Si2奥氏体耐热不锈钢的一半左右。

技术领域

本发明涉及一种铁素体不锈钢及其制造方法，特别涉及一种抗高温氧化的铁素体耐热不锈钢及其制造方法，使用温度可达1050℃，用于制作高温用零部件，如汽车排气系统高温端部件。

背景技术

耐热不锈钢用于高温服役环境，如火力发电、原子能、宇航、航空、石油化工和汽车等领域。耐热钢可分为奥氏体耐热钢、铁素体耐热钢和双相耐热钢。其中，奥氏体耐热钢抗高温氧化性好，高温强度高，韧性好，但成本较高；铁素体耐热钢成本低廉、热膨胀系数小，越来越受到用户的青睐。

在汽车领域，对汽车尾气的排放标准日趋严格，导致发动机温度不断提高，未来材料的最高使用温度可能提高到1050℃，在1050℃时的高温抗拉强度要求达到20MPa。

为达到此要求，目前使用比较多的是022Cr18NbTi铁素体不锈钢，其耐热钢的高温强度和抗高温氧化性较低，一般使用温度900～950℃，其高温抗拉强度和抗氧化性性能无法满足用户的要求。

在国外Cr20Ni12Si2奥氏体耐热不锈钢已经应用于排气系统高温端零部件，但国内外铁素体耐热钢的应用还比较少，目前正处于研究开发阶段。

国内铁素体耐热不锈钢如下所示：

中国专利CN03111577.2公布了一种高硅、高铝铁素体不锈钢及其在制备耐热钢管中的应用，特征是通过Si和Al合金元素来提高钢的抗高温氧化性能、耐热性和强度。

中国专利CN200480025436.0公布了一种抗氧化的铁素体不锈钢，含铝、至少一种稀土金属和16～30％的铬。

中国专利CN200810159994.6公布了一种自生碳化物粒子强化铁素体耐热钢，利用碳化物粒子增加耐热性能及高温强度。

中国专利CN01805648.2涉及一种高铬铁素体耐热钢，含铬量小于10％，其使用温度在650℃。

中国专利CN200810036417.8涉及一种铁素体耐热钢，含铬量小于13％，使用温度在600℃左右，主要用于发电用的锅炉和汽轮机等设备。

中国专利CN103667976A公布了一种铁素体系耐热钢，包含Co：3.50～4.50％，B：0.02～0.04％，Zr：0.30～0.50％。

综上，现有的耐热钢存在以下两个特点：

1)对于Cr含量低的耐热钢，抗氧化性能弱，一般使用温度不超过650℃；

2)对于Cr含量高的耐热钢，含有一定量的Al或者Co，Al在浇铸过程中要求较高的冶金工艺技术且容易形成沉淀堵塞水口，添加Co会显著增加成本。

发明内容