具有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和抗氧化性的耐熱鑄鋼的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年12月2日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請(qǐng) No. 10-2014-170139的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及一種具有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和抗氧化性的耐熱鑄鋼，并且更具體而言， 涉及一種通過改善高溫強(qiáng)度、抗氧化性等可應(yīng)用于高性能車輛等的排放歧管的耐熱鑄鋼。
【背景技術(shù)】
[0004] 通常，排放歧管是指將從各個(gè)氣缸排放的廢氣收集為單個(gè)流的排氣管。因?yàn)閴|圈 內(nèi)徑、氣缸蓋內(nèi)徑和歧管內(nèi)徑的不同，歧管會(huì)遭受阻力。
[0005] 由于排放歧管放置在從氣缸蓋輸出的廢氣最先被接收的位置處，依照發(fā)動(dòng)機(jī)的功 率，排放歧管會(huì)暴露在很高的溫度之下。與具有冷卻水的發(fā)動(dòng)機(jī)不同，因?yàn)榕欧牌绻苤袥] 有諸如冷卻水的冷卻劑，所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，溫度會(huì)由于高溫廢氣而上升至約800°C到 900°C，并且然后當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)會(huì)快速被空氣冷卻至常溫。
[0006] 由于這一過程在一天中重復(fù)多次，因此對(duì)排放歧管的熱沖擊會(huì)很嚴(yán)重，因此在發(fā) 動(dòng)機(jī)的各種部件中，期望排放歧管具有高耐久性。
[0007] 渦輪機(jī)殼體是渦輪增壓機(jī)的外殼，并且渦輪機(jī)葉輪等在渦輪機(jī)殼體中。由于渦輪 機(jī)殼體暴露于從排放歧管輸出的廢氣的高溫中，所以渦輪機(jī)殼體應(yīng)與排放歧管一樣具有高 耐久性。
[0008] 對(duì)于高耐久性，用于柴油機(jī)的排放歧管和渦輪機(jī)殼體的材料，F(xiàn)CD-HS和SiMo鑄鐵 等用作高溫抗氧化鑄鐵。這些材料通過將諸如硅（Si)和鉬（Mo)的元素添加到現(xiàn)有的球狀 石墨鑄鐵中來制造，以提供在高溫下的物理性能和抗氧化性。
[0009] 然而，使用耐熱鑄鐵的排放系統(tǒng)通常使用的溫度范圍為約630°C到800°C，并且在 該溫度范圍中，前述材料具有約60MPa的抗拉強(qiáng)度。
[0010] 然而，最近，由于為滿足車輛排量增大的趨勢的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，以及排放法 規(guī)的增強(qiáng)，廢氣溫度升高。由于耐久性和質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)，施加至排放系統(tǒng)的負(fù)載逐漸增 加。
[0011] 因此，已努力做出本公開以開發(fā)在高溫下具有優(yōu)越強(qiáng)度和抗氧化性的耐熱鑄鋼， 以用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的排放歧管和渦輪機(jī)殼體中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 已努力做出本公開以提供一種耐熱鑄鋼，其包括處于最佳含量范圍的鐵（Fe)、碳 (C)、硅（Si)、錳（Μη)、鎳（Ni)、鉻（Gr)、鈮（Nb)、鎢（W)、釩（V)、鈰（Ce)、氮（N)等，以便具 有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和抗氧化性等。
[0013] 本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式提供一種耐熱鑄鋼，其包括基于耐熱鑄鋼的總重 量為 0· 2wt % 到 0· 4wt % 的碳、0· 5wt % 到 1. Owt % 的娃、0· 3wt % 到 0· 8wt % 的猛、0· 7wt % 至lj 1. Owt% 的鎳、17wt%到 23wt% 的鉻、0· 5wt%到 1. Owt% 的鈮、1. 5wt%到 2. Owt% 的鎢、 0· 2wt %到 0· 5wt % 的fji、0. 05wt %到 0· lwt % 的鋪、0· 05wt %到 0· lwt % 的氮以及剩余的 鐵。
[0014] 本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式可提供一種耐熱鑄鋼，其中，基于耐熱鑄鋼的總重 量，碳含量為〇. 27wt %到0. 38wt % ;硅含量為0. 65wt %到0. 95wt % ;錳含量為0. 35wt % 到(λ 72wt% ;鎳含量為(λ 53wt%到(λ 94wt% ;鉻含量為17. 5wt%到22. 8wt% ;鈮含量為 0· 53wt%到 0· 92wt% ;媽含量為 1. 52wt%到 1. 86wt% 凡含量為 0· 25wt%到 0· 43wt% ;鋪 含量為 〇· 〇6wt % 到(λ 09wt % ;氮含量為(λ 05wt % 到(λ 07wt %。
[0015] 本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式可提供一種耐熱鑄鋼，其中，基于耐熱鑄鋼的總重 量，碳含量為〇. 38wt % ;硅含量為0. 83wt % ;錳含量為0. 41wt % ;鎳含量為0. 93wt % ;鉻 含量為22. 8wt% ;鈮含量為0. 85wt% ;鎢含量為1. 79wt% ;釩含量為0. 43wt% ;鈰含量為 0· 08wt % ;氮含量為 0· 07wt %。
[0016] 耐熱鑄鋼可用于車輛等的排放歧管、渦輪機(jī)殼體和集成排放歧管渦輪機(jī)殼體 (integrated exhaust manifold turbine housing)〇
[0017] 本發(fā)明構(gòu)思的前述耐熱鑄鋼可具有優(yōu)越的物理性能（諸如高溫強(qiáng)度和抗氧化 性），以便在惡劣條件下應(yīng)用于要求優(yōu)越的物理性能等的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的排放歧管、渦輪機(jī) 殼體和集成排放歧管渦輪機(jī)殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 基于發(fā)明人可適當(dāng)?shù)叵薅ㄐg(shù)語的概念以便以最好的方式描述他/她本人的發(fā)明 構(gòu)思的原則，在本說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語或詞語不應(yīng)被解釋為限于通常的或字典 的含義，而應(yīng)被解釋為具有與本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)精神一致的含義和概念。
[0019] 在下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思。本發(fā)明構(gòu)思涉及一種具有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和 抗氧化性的耐熱鑄鋼。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼包括：碳（C)、硅（Si)、錳（Μη)、鎳（Ni)、鉻（Gr)、鈮 (他）、鎢（1)、釩以)、鈰（&)、氮（沁、鐵$ 6)、不可避免的雜質(zhì)等。
[0021] 更詳細(xì)地，基于耐熱鑄鋼的總重量，碳（C)的含量可以是0· 2wt%到0· 4wt%，硅 (Si)的含量可以是0· 5wt %到L Owt %，猛（Μη)的含量可以是0· 3wt %到0· 8wt %，鎳（Ni) 的含量可以是〇· 7wt %到1. Owt %，鉻（Gr)的含量可以是17wt %到23wt %，鈮（Nb)的含量 可以是〇· 5wt%到1. Owt%，媽（W)的含量可以是1. 5wt%到2. Owt%，f凡（V)的含量可以 是0. 2wt %到0. 5wt %，鈰（Ce)的含量可以是0. 05wt %到0. lwt %，氮（N)的含量可以是 0. 05wt%到0. lwt%，以及鐵（Fe)可包括剩余的部分。
[0022] 包括前述構(gòu)成成分的耐熱鑄鋼可包括碳（C)、硅（Si)、鈮（Nb)、鎢（W)、釩（V)、鈰 (Ce)、氮（N)等以提高諸如高溫強(qiáng)度的物理性能，并且可包括鉻（Gr)、釩（V)、鈰（Ce)等以 提高諸如抗氧化性的物理性能。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼可具有鐵素體基體（ferrite matrix)，因?yàn)殍F素體可 具有比奧氏體的熱膨脹系數(shù)小的熱膨脹系數(shù)。高溫下使用鐵素體可以是有利的，并且珍珠 巖（perlite)在溫度升高或冷卻時(shí)可被分解，以防止由于相變導(dǎo)致的膨脹。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼可具有其中由于前述特性碳化物形成在鐵素體基體 中的組織（tissue，構(gòu)成），在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼應(yīng)用于車輛等的排放歧管的情況 下，可提尚排放歧管等的尚溫物理性能。
[0025] 應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼的排放歧管等可在約800°C的溫度下使用，并且 可承受具有約850 °C至900 °C的溫度的高溫廢氣。
[0026] 更詳細(xì)地，構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的耐熱鑄鋼的成分的數(shù)值受到限制的原因如下：
[0027] (1) 0· 2wt% 到 0· 4wt% 的碳（C)
[0028] 碳（C)所起作用是提高熔融金屬的流動(dòng)性，以及與鈮（Nb)形成共晶碳化物，并且 從而提高可鑄性（castability)等。為了達(dá)到前述的作用，基于耐熱鑄鋼的總重量，碳（C) 的含量可以是約〇. 2wt %到0. 4wt %。
[0029] (2)0. 5wt%到 1. Owt% 的硅（Si)
[0030] 娃（Si)所起的作用是提高鐵素體基體的穩(wěn)定性以及作為脫氧劑（deoxidizer)抑 制氣泡（pin hole)的形成。為了達(dá)到前述的作用，基于耐熱鑄鋼的總重量，硅（Si)的含量 可以是約〇· 5wt %到1. Owt %。
[0031] (3) 0· 3wt% 到 0· 8wt% 的猛（Μη)
[0032] 與硅（Si)相似，錳（Μη)所起的作用是作為脫氧劑抑制氣泡的形成并且在鑄造過 程中提高熔融金屬的流動(dòng)性。為了達(dá)到前述的作用，基于耐熱鑄鋼的總重量，錳（Μη)的含 量可以是約0. 3wt%到0. 8wt%，并且特別地，在猛（Μη)的含量大于約0. 8wt%的情況下，由 于耐熱鑄鋼等的延展性的降低，加工性會(huì)降低并且脆性等會(huì)增加。
[0033] (4)0. 7wt% 到 1. Owt% 的鎳（Ni)
[0034] 銀（Ni)用于提尚耐熱鑄鋼等的尚溫物理性能，并且所起的作用是提尚耐熱鑄鋼 的諸如延伸率（elongation percentage)和延展性以及高溫強(qiáng)度的物理性能。
[0035] 然而，鎳（Ni)的成本非常高并且在增加，因此包含鎳（Ni)的耐熱鑄鋼的生產(chǎn)成本 根據(jù)鎳（Ni)的成本等經(jīng)常變化。
[0036] 因此，為了將昂貴的鎳（Ni)的含量降到最低，同時(shí)有效提高諸如高溫強(qiáng)度的物理 性能，鎳（Ni)的含量被限制為基于耐熱鑄鋼的總重量為約0.7wt%到l.Owt%。
[0037] 鎳（Ni)的含量是提高耐熱鑄鋼的高溫物理性能所需要的最低含量，并且其他由 于鎳（Ni)的最低含量而造成的耐腐蝕性、耐熱性等的降低可通過增加鉻（Gr)的含量來補(bǔ) 充，鉻（Gr)的成本比鎳（Ni)的成本相對(duì)低約20%到40%。
[0038] (5) 17wt % 到 23wt % 的鉻（Gr)
[0039] 鉻（Gr)所起的作用是提高諸如耐熱鑄鋼的抗氧化性的物理性能，并且補(bǔ)充鎳 (Ni)的作用以提高諸如耐腐蝕性和耐熱性以及高溫強(qiáng)度的物理性能并且使基體組織穩(wěn)定 在鐵素體中。為了達(dá)到前述的作用，鉻（Gr)的含量基于耐熱鑄鋼的