CN102618789A - 铸钢合金和铸造组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备铸造组件的铸钢合金，其具有铁素体结构，其中该合金包含铁、碳、铬和钼。当该合金包含钛和铌时，可以获得改进的抗晶间腐蚀性。

Description

铸钢合金和铸造组件

技术领域

本发明涉及一种铁素体铸钢合金，即一种用于生产具有铁素体结构的铸件的铸钢合金。本发明还涉及一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的废气传导铸造组件，其至少部分地由这样一种铸造合金制备。

技术背景

就这样的内燃机的废气系统来说，废气系统的单个组件暴露于比较高的热载荷下，从而为了制备废气系统的类似组件，通常只可使用金属材料、特别是合金。这些组件主要是导气管和用于废气系统处理设备（例如消声器、颗粒过滤器和催化转化器）的壳体。这些组件的部分，例如法兰，可以是铸件，优选为铸钢组件。

除此之外，热燃气产生侵蚀性的环境，其特别是与水或蒸汽一起使组件或铸造组件具有比较高的腐蚀风险。在SCR系统并使用比较积极的还原剂的情况下，腐蚀风险特别高。通常，在SCR系统的情况下，向废气流中加入水性尿素溶液，其中，尿素通过水解反应成氨，其在SCR催化转化器中用于氮氧化物的还原。这样的含氨气氛比较有侵蚀性，增加了组件和相关的铸造组件腐蚀的危险。抗腐蚀钢合金，即不锈钢合金，例如是奥氏体的（austenitic）。因此，通常在废气系统中会使用奥氏体铸钢来制造铸造组件，即铸钢合金，通过其可制备具有奥氏体结构的铸造组件。然而，奥氏体铸钢比较昂贵，这特别是由于奥氏体铸钢合金的镍含量。

然而，还存在铁素体铸钢合金。然而，这些并不是都耐晶间腐蚀。这种晶间腐蚀例如发生在300℃~700℃和相应的侵蚀性环境下。晶间腐蚀是由于已知的铁素体铸钢合金在所述的温度范围（300℃~700℃）变得敏感，从而碳化铬形成，其沉淀在晶界并从晶界附近的环境回收铬。然而，在常规的铁素体铸钢合金中，铬对于合金的抗腐蚀是决定性的。该敏感化作用发生在废气系统处于通常盛行的运行温度（该温度位于所述的温度窗内）的运行期间，或者该敏感化作用甚至发生在单独的铸造组件或组件的焊接期间，此时这些例如在焊接操作后的冷却期间通过所述温度窗。该敏感化作用的进一步结果是所谓的晶粒衰退，由此结构中的材料的内聚力受到干扰。

已知的铁素体铸钢合金的另一个缺点是在结构中形成比较大的晶粒，其同样对晶间腐蚀的抗性具有负面效果。此外，也产生了强度缺点。

铁素体铸钢合金比奥氏体铸钢合金明显更经济，因此，在该范围内或大系列制造中，特别是在内燃机的废气系统的制造中，人们对于使用铁素体铸钢合金（尽可能地）制备使用的铸造组件或组件有极大的兴趣。然而，由于上述原因，在许多情况下，凭借现有的铁素体铸钢合金，这是不可能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种铸钢合金的实施方式，其中甚至在高温负载下的晶间腐蚀的危险得到了降低，其例如在连接（特别是焊接）和/或在废气系统的操作期间发生在由其制备的铸件上。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题得到解决。从属权利要求的主题是有利的实施方式。

具体实施例

本发明基于这样的总体思想，即向形成铁素体结构并包含铁（Fe）、碳（C）、铬（Cr）和钼（Mo）的铸钢合金中添加或者包括作为合金的钛（Ti）和铌（Nb）。通过添加作为合金的钛和铌，铸钢合金得以稳定。使用根据本发明建议的钛和铌的铸钢合金的定向稳定导致了该结构经受晶粒细化，从而生成更小的晶粒尺寸，并且即使在从大约300℃到大约600℃或大约700℃的相关的临界温度下，铸钢合金仍具有针对晶间腐蚀的比较高和持久的抗性。可以看出，即使通过通常的焊接过程，这样的铸钢合金并不会敏感化，特别地，在废气系统预期的通常温度下（300℃~600℃或700℃），它也不会敏感化。由此，可以获得甚至是针对晶间腐蚀的非常高的腐蚀抗性。同时，铸钢合金相对于奥氏体材料仍然是具有成本效益的。

该铸钢合金为铁素体铸钢合金，即具有铁素体结构的铸造组件。

根据特别有利的实施方式，铸钢合金配置为不含镍。这意味着，除了能通过不可避免的污染得到的寄生效应，该铸钢合金不包含任何镍。由此，这里介绍的铸钢合金相对于含镍的奥氏体材料变得特别的具有成本效益。

已经证明，特别有利的是，合金中的碳组分至多为0.05wt%。

此外或者可选地，特别有利的是，合金中的铬组分含量为17wt%~25wt%。

此外或者可选地，比较实际的是，合金中的钼组分的含量为1wt%~3wt%。

进一步地，特别有利的是，合金中的钛组分至多为1wt%。

此外或者可选地，特别有利的是，合金中的铌组分含量至多为1wt%。

这里，特别有利的是，上述有利的实施方式一起实现。在这种情况下，合金包含至多为0.05wt%的碳组分、17wt%~25wt%的铬组分、1wt%~3wt%的钼组分、至多1wt%的钛组分和至多1wt%的铌组分。

已经证明，对于晶间腐蚀抗性特别有利的是，碳、钛和铌的重量含量互相匹配，从而碳组分的百分比除以0.25倍的钛组分的重量百分比和0.14倍的铌组分的重量百分比的和大于3。换句话说，为了实现该特殊的实施方式，需要保持下列公式或关系：

%C/(0,25x%Ti+0,14x%Nb)>3。

在该关系或等式中，“%”代表重量百分比。

除了铁、碳铬、钼、钛和铌外，该铸钢合金在此还可以包括下列元素，其中任意组合都是可能的：

硅（Si），特别的该组分至多为1.00wt%，和/或

锰（Mn），特别的该组分至多为1.00wt%，

磷（P），特别的该组分至多为0.040wt%， 

硫（S），特别的该组分至多为0.015wt%， 和/或

氮（N），特别的该组分至多为0.040wt%。

这里，上述优选的实施方式一起实现是可以想到的，从而，在这种情况下，该合金含有至多1.00wt%的硅、至多1.00wt%的锰、至多0.040wt%的磷、至多0.015wt%的硫和至多0.040%的氮。

根据特别有利的实施方式，这里引入的该铸钢合金由此具有下列组成：至多为0.05wt%的碳、至多1.00wt%的硅、至多1.00wt%的锰、至多0.040wt%的磷、至多0.015wt%的硫、至多0.040%的氮、17wt%~25wt%的铬组分、1wt%~3wt%的钼组分、至少0.001wt%到至多1wt%的铌组分、至少0.001wt%到至多1wt%的钛组分、剩余部分为铁（最多100wt%），其中wt%表示重量百分比。

本发明还涉及一种铸造组件，特别是一种废气引导铸造组件，其用于机动车的内燃机的废气系统。在此，该铸造组件可形成一个部件，例如一个类似的废气系统的壳体的一个组件的连接法兰。在此，所述铸造组件完全或至少部分地由这里所介绍的铸钢合金制造。至少，直接暴露于废气的各自的铸造组件的区域部分由这里介绍的铸钢合金制成。

举例来说，铸造组件或组件可以是废气处理装置的废气管或壳体。该铸造组件也可以是导流元件，例如漏斗、管、法兰等等。

Claims (9)

1.一种铁素体铸钢合金，其中该合金包含铁、碳、铬和钼，其特征在于，该合金还包含钛和铌。

2.根据权利要求1所述的铸钢合金，其特征在于，除了寄生效应，所述合金不含镍。

3.根据权利要求1或2所述的铸钢合金，其特征在于，所述合金包括：至多为0.05wt%的碳组分、17wt%~25wt%的铬组分、1wt%~3wt%的钼组分、至多1wt%的钛组分和至多1wt%的铌组分。

4.根据权利要求1至3任一项所述的铸钢合金，其特征在于，所述合金包括：至多为0.05wt%的碳组分、和/或17wt%~25wt%的铬组分、和/或1wt%~3wt%的钼组分、和/或至多1wt%的钛组分、和/或至多1wt%的铌组分。

5.根据权利要求1至4任一项所述的铸钢合金，其特征在于，碳、钛和铌的重量含量互相匹配，从而满足下式：

%C/(0,25x%Ti+0,14x%Nb)>3，

其中，%代表重量百分比。

6.根据权利要求1至5任一项所述的铸钢合金，其特征在于，所述合金还包含：至多1.00wt%的硅、和/或至多1.00wt%的锰、和/或至多0.040wt%的磷、和/或至多0.015wt%的硫和/或至多0.040%的氮。

7.根据权利要求1至6任一项所述的铸钢合金，其特征在于，所述合金还包含：至多1.00wt%的硅、至多1.00wt%的锰、至多0.040wt%的磷、至多0.015wt%的硫和至多0.040%的氮。

8.一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的废气系统的铸造组件，其由根据权利要求1-7任一项所述的铸钢合金制成。

9. 一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的废气系统的铸造组件，其具有至少一个配置为铸造组件的组成部分，其由根据权利要求1-7任一项所述的铸钢合金制成。