[发明专利]一种含锰硫钨的铁素体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种含锰硫钨的铁素体耐热钢及其制备方法，所述耐热钢的化学组成质量百分比为：C：0.25％～0.5％，Si：0.8％～2.5％，Mn：1.0％～1.50％，P:≤0.04％，S:0.030％～0.050％，Cr:18％～21.5％，W：1.8％～2.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。其原料包括浇注系统返回料、废铸件、废钢、钨铁、低碳铬铁、硅铁、增碳剂、电解锰片、硫磺粉。本发明的铁素体耐热钢制备方法中，分两个阶段加入硫磺粉和电解锰片，可以提高球形或近球形MnS的形成效率，提高MnS的比例，同时减少固溶态锰的比例，在改善切削性能的同时避免锰导致的加工硬化。同时利用铸件在砂箱内的冷却条件实现退火，不需要采用热处理工艺就能获得具有高强度、良好的加工性能的铁素体耐热钢。

技术领域

本发明涉及一种铁素体耐热钢技术领域，尤其涉及一种含Mn-S-W的铁素体耐热钢及其制备方法，主要应用于制造汽车发动机涡轮壳体与排气歧管等。

背景技术

涡轮增压技术(Turbo)是一种通过提高发动机的进气能力以提升燃油燃烧效率，进而提升发动机的功率减低燃料消耗的技术；经过30多年的发展，涡轮增压技术在航空、汽车等领域得到广泛应用。耐热钢广泛用于制造诸如汽车涡轮壳、排气管等零件和结构件，且用量日益增大，是汽车涡轮增压技术所需材料的典型代表，迎合了汽车行业对耐热材料耐高温、耐腐蚀要求；

高温、高压、高腐蚀的服役条件对涡轮壳体、排气歧管用钢性能提出了更高的要求。为保证其长久的安全性与有效性，涡轮壳体、排气歧管用钢必须具有良好的高温组织稳定性、抗氧化与侵蚀性、低膨胀性、良好的加工性等性能：

现涡轮增压壳体和排气歧管所用的耐热钢主要是奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢和铁素体耐热钢等组织结构不同的耐热钢。奥氏体耐热钢一般添加贵金属镍以获得奥氏体组织，进而保证其良好的高温性能，现奥氏体耐热钢中镍元素重量添加比例一般为10-20％，部分高规格奥氏体耐热中钢镍元素添加比例甚至达到40％，高昂的的原材料成本极大地限制了奥氏体耐热钢的竞争力；部分奥氏体钢通过添加锰元素替代镍，以降低材料成本，并通过MnS固体润滑作用改善工硬化等问题，但贵金镍、铌、锰元素的添加量较大增加材料成本，硫元素的添加极大程度上增加了耐热钢的热裂倾向，同时锰的添加量大易与碳形成碳化物。

铁素铁不需要大量添加贵金属镍，在原材料成本上具有极大的优势，但是铁素体耐热钢由于基体组织较软导致其强度、硬度不足；通常采用热处理工艺或者添加Al、N、Mo、Zr等强化元素等方法提高其强度。但是Al、N、Mo、Zr等元素形成的氧化物、氮化物、碳化物等硬质点会割裂基体组织，降低材料的稳定性，同时复杂的热处理工序繁化了其生产工艺。

中国专利CN103667974A公开了一种铁素体耐热钢的制备方法，所述铁素体耐热钢的制造方法为：冶炼获得铸件，然后进行热处理，所述热处理方法为采用正火+回火的热处理方法，将铸件加热到1010～1030℃之间，保温1～2h，空冷到室温进行正火，然后加热到710～730℃之间保温3～4h进行回火。该专利采用正火+回火的热处理工艺制备铁素体耐热钢，制备工艺复杂。

中国专利CN103131953A本发明公开了一种铁素体耐热钢及其生产方法，铁素体耐热钢化学成分质量百分比为：C≤0.10％，Cr:8％～15％，W≤3.0％，Co≤3.0％，Si:O.1～0.5％，Mn:O.2～0.8％，Mo:O.3～0.6％，V:O.2～0.3％，Nb:O.05～0.10％，N≤0.05％，Ta≤0.08％，余量是Fe和不可避免的杂质。将上述成分的合金钢水浇铸成为铜板坯后，进行热轧、退火和酸洗后，进一步进行冷轧、退火和酸洗。该耐热钢含有Co、Mo、V、Nb、N等多种合金元素，合金元素形成的氧化物、氮化物、碳化物等硬质点会割裂基体组织，降低材料的稳定性。

因此，提供一种铁素体耐热钢及其制备方法，使其添加合金的种类少，不需要采用热处理工艺就能获得具有高强度和良好的加工性能的铁素体耐热钢是亟待解决的问题。

发明内容