CN110656277A - 用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢及其制备方法，耐热钢的原物料组成包括：占耐热钢的原物料一设定比例的钢材、回炉料、微碳铬铁、氮化铬、镍板、硫化铁、电解锰及硅铁；其中，耐热钢中还含有设定比例的硫及铌；将该耐热钢的原物料投入至感应电炉内进行熔炼，该耐热钢的原物料逐渐熔解成钢液，然后，将钢液静置进行造渣作业后，再进行除渣作业及出钢作业后，便得到一种易切削的、能够用于汽车涡轮壳、排气管耐热钢。本发明在耐热钢材料中加入适量的硫元素，硫元素与锰元素结合后形成硫化锰，使得硫化锰在加工过程中，能够起到固体润滑剂的作用，从而改善了低镍含硫铸造铬锰氮系奥氏体耐热钢的加工性能，降低了产品渣孔不良率及加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件，尤其涉及一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢及其制备方法。属于机械铸造领域。
背景技术
目前，汽车用涡轮壳及排气管，通常采用铬镍系奥氏体耐热钢，其主要是利用镍元素稳定奥氏体的作用，在室温下获得奥氏体金相组织；并利用铬元素获得良好的高温机械性能及抗氧化性能。由于原料镍价格比较昂贵，使得汽车用涡轮壳及排气管生产成本也比较高昂，因此，考虑使用价格低廉的元素来替代镍元素。由于锰元素、氮元素都是促进奥氏体形成元素，而且，其价格也比较低廉，因此，考虑采用锰元素、氮元素来代替镍元素，以获得奥氏体金相组织，并利用锰元素及氮元素促进及稳定奥氏体。
中国专利(CN108118243A)公开了“一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料及其制备方法”，并公开了一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料，其以重量百分比计，其合金材料的元素组成包括：C(碳)：0.12％-0.15％、Cr(铬)：20.00％-22.00％、Si(硅)：1.20％-1.50％、Mn(锰)：13.5％-16.5％、Ni(镍)：2.00％-5.00％、N(氮)：0.16％-0.20％、余量为Fe(铁)和不可避免的杂质。其所述制备方法包括：将所需元素投入非真空感应电炉中进行熔炼，熔炼成钢水以后，转入LF(炉外精炼)炉中进行精炼，再将精炼后的钢水转入VD(真空精炼炉)进行真空精炼，经过两次精炼后浇注成钢锭。将浇注钢锭加热至1050-1060℃，保温1-2小时后，再升温至1175-1185℃保温3-4小时后出炉进行锻造，锻造后经表面加工处理，最终获得高锰奥氏体型耐热钢。利用锰元素来促进及稳定奥氏体，虽然，降低了耐热钢在汽车用涡轮壳及排气管中的生产成本，但是，由于耐热钢中锰元素含量较高，在加工过程中，涡轮壳及排气管极易产生加工硬化现象，这样一来，使得涡轮壳及排气管在加工过程中的难度增加，导致加工刀具的成本显著上升。而且，随着锰元素的增高，在熔炼及浇注过程中，钢液中的锰元素容易氧化，形成锰的氧化物，在钢液浇注铸型后，极易形成渣孔等铸造缺陷；且由于氧化锰呈现碱性，铸型材料一般都使用酸性材料，这样氧化锰与铸型材料反应，还会形成铸造缺陷，降低了成品率，从而增加制造成本。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢及其制备方法，其在耐热钢材料中加入适量的硫元素，硫元素与锰元素结合后形成硫化锰，使得硫化锰在加工过程中，能够起到固体润滑剂的作用，不仅改善了由于锰元素升高产生加工硬化造成加工性能差的问题，改善了低镍含硫铸造铬锰氮系奥氏体耐热钢的加工性能；而且，还改善了在出钢液的过程中进行脱氧作业的问题，大大降低了钢液中锰元素的氧化倾向，从而，减少了钢液中的氧化渣，降低了产品的渣孔不良率；进一步提高了刀具寿命，降低了加工成本；同时，在出钢液的过程中，由于在钢液包内进行晶粒细化处理，使得铸件金相组织中晶粒得到细化，从而提高了材料的热疲劳性能；再者，由于利用锰元素、氮元素来代替价格昂贵的镍元素来促进和稳定奥氏体基体，在室温下获得完全奥氏体基体，大大降低了原材料的成本。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢，其特征在于：耐热钢的原物料组成包括：占耐热钢的原物料一设定比例的钢材、回炉料、微碳铬铁、氮化铬、镍板、硫化铁、电解锰及硅铁；其中，耐热钢中还含有设定比例的硫及铌；将该耐热钢的原物料投入至感应电炉内进行熔炼，该耐热钢的原物料逐渐熔解成钢液，然后，将钢液静置进行造渣作业后，再进行除渣作业及出钢作业后，便得到一种易切削的、能够用于汽车涡轮壳、排气管耐热钢。
所述耐热钢的原物料的具体比例为：钢材占耐热钢的原物料比例的3.0％-12.0％；回炉料占耐热钢的原物料比例的65％-80％；微碳铬铁占耐热钢的原物料比例的8.0％-16.0％；氮化铬占耐热钢的原物料比例的0.2％-4.0％；镍板占耐热钢的原物料比例的1.0％-5.0％；硫化铁占耐热钢的原物料比例的0.05％-0.35％；铌铁占耐热钢的原物料比例的0.10％-0.50％；电解锰占耐热钢的原物料比例的0.30％-5.0％；硅铁占耐热钢的原物料比例的0.10％-2.50％。
所述钢材为碳素钢；回炉料为废铸件及浇注系统。
所述耐热钢化学组成质量百分比为：碳：0.2-0.5；硅：1.0-2.5；锰：3.0-8.0；磷：≤0.040；硫：0.02-0.15；铬：22.0-27.0；镍：6.0-10.0；氮：0.20-0.50；铌：0.10-0.50；钼：≤0.50；钒：≤0.50；铝：0.005-0.050，余量为铁和不可避免的微量元素。
一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：设置有如权利要求1-权利要求4的耐热钢，具体采用以下制备步骤：
第一步：随着原物料在感应电炉内升温，并逐渐熔解成钢液后，将耐热钢的原物料继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，将耐热钢的原物料静置进行造渣作业后，再将感应电炉内已熔解的耐热钢的原物料的钢液，静置3-5分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢的钢液纯净；
第二步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉内出钢液至浇注包内；
第三步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包内加入钢液重量的0.15％-0.30％的硅钙合金和钢液重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢液中的氧含量，从而降低钢液被氧化的程度；
第四步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，令提高耐热钢的高温机械性能；
第五步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；钢液浇注的温度控制在1450℃-1580℃范围；出钢液的重量控制在450Kg-600Kg范围；并在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认，化学成分确认结果；
第六步：铸件拆箱后进行材质检查，检查金相组织及机械性能。
所述第一步中：原物料静置造渣作业后，再静置最佳时间3-4.5分钟后，再进行除渣作业。
所述第二步中：出钢液的温度控制在1540℃-1580范围，选取最佳温度为1540℃-1550℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围。
所述出钢液选取最佳重量490Kg-500Kg。
所述第三步中，在出钢液的过程中，随钢液往浇注包内加入钢液重量的硅钙合金的最佳重量为0.25％；该硅钙合金的各组份其重量百分比为硅50％-65％；钙：28％-32％；铝：1.0％-2.5％；碳：≤1.2％；余量为铁以及不可避免的微量元素；硅钙合金的粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.025％-0.03％纯铝粒进行脱氧作业；该纯铝组份占重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3mm-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化。
所述第四步中，在出钢液的过程中，随钢液向浇注包内加入钢液的最佳重量0.20％-0.30％的铌铁进行晶粒细化作业。
本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其在耐热钢材料中加入适量的硫元素，硫元素与锰元素结合后形成硫化锰，使得硫化锰在加工过程中，能够起到固体润滑剂的作用，从而改善了低镍含硫铸造铬锰氮系奥氏体耐热钢的加工性能；而且，还在出钢液的过程中进行脱氧作业，大大降低了钢液中锰元素的氧化倾向，减少了钢液中的氧化渣，降低了产品的渣孔不良率；进一步提高刀具寿命降低加工成本；同时，在出钢液的过程中，由于在钢液包内进行晶粒细化处理，使得铸件金相组织中晶粒得到细化，从而提高了材料的热疲劳性能；再者，由于利用锰元素、氮元素来代替价格昂贵的镍元素来促进和稳定奥氏体基体，在室温下获得完全奥氏体基体，大大降低了原材料的成本。且其通过调整优化合金元素的最佳配比，增加了钢液流动性，从而能够采用铸造的方法制造出汽车用涡轮壳及排气管。
附图说明
图1为本发明耐热钢出钢液的示意图。
图2为本发明耐热钢的制备流程示意图。
图中主要标号说明：
1.耐热钢、2.感应电炉、3.浇注包、4.自动浇注机、5.硅钙合金、6.
纯铝粒、7-铌铁。
具体实施方式
如图1，图2所示，本发明设有易切削的耐热钢1，易切削的耐热钢1的原物料组成包括：占耐热钢的原物料一设定比例的钢材、(本实施例为碳素钢)、回炉料(本实施例为废铸件及浇注系统)、微碳铬铁、氮化铬、镍板、硫化铁、铌铁、电解锰及硅铁；其中，易切削的耐热钢1中还含有0.02％-0.15％的硫(S)及0.1％-0.5％的铌(Nb)；将上述耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼，该耐热钢1的原物料逐渐熔解成钢液，然后，将钢液静置进行造渣作业后，再进行除渣作业及出钢作业后，便得到一种易切削的、能够用于汽车涡轮壳、排气管耐热钢。耐热钢1的原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
第一步：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1515℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间3分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
上述耐热钢1化学组成质量百分比(％)为：碳C：0.2-0.5；硅Si：1.0-2.5；锰Mn：3.0--8.0；磷P：≤0.040；硫：0.02-0.15；铬Cr：22.0-27.0；镍Ni：6.0-10.0；氮N：0.20-0.50；铌：0.10-0.50；钼Mo：≤0.50；钒V：≤0.50；铝A1：0.005-0.050，余量为铁和不可避免的微量元素。
第二步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
第三步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5.选取最佳重量0.25％的硅钙合金5和钢液重量0.02％-0.05％的纯铝粒6进行脱氧作业，以降低钢液中的氧含量，从而降低钢液被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.03％纯铝粒6进行脱氧作业；
上述纯铝组份占其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3mm-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
第四步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁7进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.20％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
第五步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1540℃，在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
第六步：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高15％。
上述耐热钢1的原物料的设定比例为：钢材占耐热钢的原物料比例的7.2％；回炉料占耐热钢的原物料比例的80％；微碳铬铁占耐热钢的原物料比例的11.0％；氮化铬占耐热钢的原物料比例的0.25％；镍板占耐热钢的原物料比例的1.0％；硫化铁占耐热钢的原物料比例的0.05％；铌铁占耐热钢的原物料比例的0.15％；电解锰占耐热钢的原物料比例的0.30％；硅铁占耐热钢的原物料比例的0.10％。
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580范围，选取最佳温度为1580℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量489Kg。
第2实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的7.77％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的75％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的11.05％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的2.4％、镍板占耐热钢1的原物料比例的1.9％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.06％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.2％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的1.5％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.12％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
第1步：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1515℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间3分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
第2步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1550℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量500Kg；
第3步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.25％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.025％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
第4步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.25％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
第5步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1500℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
第6步：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高8％。
第3实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的11.42％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的70％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的8.54％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的1.8％、镍板占耐热钢1的原物料比例的3.15％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.22％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.35％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的3.1％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的1.42％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
第A步：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1525℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间4分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
第B步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1560℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量495Kg；
第C步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.30％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(A1)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.035％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
第D步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.40％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
第E步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1520℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
第F步：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高18％。
第4实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的3.2％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的65％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的15.71％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的3.6％、镍板占耐热钢1的原物料比例的4.63％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.30％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.45％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的5.0％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的2.11％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
第a步：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1505℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间4.5分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
第b步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1540℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量490Kg；
第c步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.15％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.020％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
第d步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.20％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
第e步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1510℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
第f步：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高8％。
第5实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的11.97％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的75％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的9.33％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的0.72％、镍板占耐热钢1的原物料比例的1.61％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.05％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.11％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的0.8％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.41％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
(1)：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1520℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间3.0分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
(2)：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1550℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量450Kg；
(3)：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.20％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.025％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
(4)：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.25％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
(5)：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1505℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
(6)：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高8.4％。
第6实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的11.68％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的73％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的10.44％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的1.05％、镍板占耐热钢1的原物料比例的1.95％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.06％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.13％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的1.1％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.59％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
①：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1516℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间3.5分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
②：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1565℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量460Kg；
③：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.25％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(A1)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.030％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
④：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.30％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
⑤：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1515℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
⑥：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高9.5％。
第7实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的11.48％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的70％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的12.15％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的1.46％、镍板占耐热钢1的原物料比例的2.38％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.10％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.16％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的1.45％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.82％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
1)：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1525℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3～5分钟，选取最佳时间4.0分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
2)：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1572℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量470Kg；
3)：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.30％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.035％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
4)：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.35％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
5)：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1522℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
6)：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高8.3％。
第8实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的8.67％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的75％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的10.46％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的1.31％、镍板占耐热钢1的原物料比例的2.13％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.11％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.17％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的1.36％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.79％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
A)：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1522℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3～5分钟，选取最佳时间4.5分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
B)：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1575℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量482Kg；
C)：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.15％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.040％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
D)：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.40％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
E)：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1530℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
F)：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高7.6％。
第9实施例：
将耐热钢1的原物料投入至感应电炉2(本实施例为中频感应电炉)内进行熔炼；
上述耐热钢1的原物料设定比例为钢材占耐热钢1的原物料比例的5.85％、回炉料占耐热钢1的原物料比例的80％、微碳铬铁占耐热钢1的原物料比例的8.90％、氮化铬占耐热钢1的原物料比例的1.15％、镍板占耐热钢1的原物料比例的1.84％、硫化铁占耐热钢1的原物料比例的0.13％、铌铁占耐热钢1的原物料比例的0.19％、电解锰占耐热钢1的原物料比例的1.25％、硅铁占耐热钢1的原物料比例的0.69％。
原物料逐渐熔解成钢液具体步骤如下：
a)：随着原物料在感应电炉2内升温，并逐渐熔解成钢液，然后，将其继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，选取最佳温度为1520℃后，将其静置进行造渣作业，造渣后，将感应电炉内已熔解的耐热钢1的原物料的钢液，静置3-5分钟，选取最佳时间5.0分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢1的钢液纯净；
b)：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉2内出钢液至浇注包3内，浇注包3放置在具有称重功能的自动浇注机4上；
上述出钢液的温度控制在1540℃-1580℃范围，选取最佳温度为1554℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围，选取最佳重量505Kg；
c)：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包3内加入钢液重量的0.15％-0.30％硅钙合金5，选取最佳重量0.25％的硅钙合金5和钢水重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢水中的氧含量，从而降低钢水被氧化的程度；
上述硅钙合金5的各组份其重量百分比为硅(Si)：50％-65％；钙(Ca)：28％-32％；铝(Al)：1.0％-2.5％；碳(C)：≤1.2％；余量为铁(Fe)以及不可避免的微量元素；其粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.045％纯铝粒进行脱氧作业；
上述纯铝组份其重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化；
d)：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包3内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，选取最佳重量0.30％的铌铁进行晶粒细化作业，以防止铸件组织粗化，从而提高材料的高温机械性能；
e)：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；
上述钢液浇注的温度控制在1450℃-1550℃范围，选取最佳温度为1535℃在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认；化学成分确认结果如下表：
f)：铸件拆箱后进行材质检查；检查结果如下表：
检查结果显示：材料的加工性与传统高锰钢相比加工刀具寿命可提高7.3％。
本发明的优点：
本发明通过利用锰元素和氮元素来代替镍元素，达到获得完全奥氏体的目的。加入氮元素后，并结合在出钢液过程，用铌元素进行晶粒细化处理，铸件在金相检查过程发现晶粒得到细化，材料的晶粒得到明显改善。并通过利用钙元素和铝元素对钢液进行脱氧处理，降低了锰元素被氧化的倾向，减少了钢液中的氧化渣。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢，其特征在于：耐热钢的原物料组成包括：占耐热钢的原物料一设定比例的钢材、回炉料、微碳铬铁、氮化铬、镍板、硫化铁、电解锰及硅铁；其中，耐热钢中还含有设定比例的硫及铌；将该耐热钢的原物料投入至感应电炉内进行熔炼，该耐热钢的原物料逐渐熔解成钢液，然后，将钢液静置进行造渣作业后，再进行除渣作业及出钢作业后，便得到一种易切削的、能够用于汽车涡轮壳、排气管耐热钢。
2.根据权利要求1所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢，其特征在于：所述耐热钢的原物料的具体比例为：钢材占耐热钢的原物料比例的3.0％-12.0％；回炉料占耐热钢的原物料比例的65％-80％；微碳铬铁占耐热钢的原物料比例的8.0％-16.0％；氮化铬占耐热钢的原物料比例的0.2％-4.0％；镍板占耐热钢的原物料比例的1.0％-5.0％；硫化铁占耐热钢的原物料比例的0.05％-0.35％；铌铁占耐热钢的原物料比例的0.10％-0.50％；电解锰占耐热钢的原物料比例的0.30％-5.0％；硅铁占耐热钢的原物料比例的0.10％-2.50％。
3.根据权利要求1或2所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢，其特征在于：所述钢材为碳素钢；回炉料为废铸件及浇注系统。
4.根据权利要求1或2所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢，其特征在于：所述耐热钢化学组成质量百分比为：碳：0.2-0.5；硅：1.0-2.5；锰：3.0-8.0；磷：≤0.040；硫：0.02-0.15；铬：22.0-27.0；镍：6.0-10.0；氮：0.20-0.50；铌：0.10-0.50；钼：≤0.50；钒：≤0.50；铝：0.005-0.050，余量为铁和不可避免的微量元素。
5.一种用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：设置有如权利要求1-权利要求4的耐热钢，具体采用以下制备步骤：
第一步：随着原物料在感应电炉内升温，并逐渐熔解成钢液后，将耐热钢的原物料继续升温，当温度升高至1500℃-1530℃范围内，将耐热钢的原物料静置进行造渣作业后，再将感应电炉内已熔解的耐热钢的原物料的钢液，静置3-5分钟，然后，再进行除渣作业，以保证炉内已熔解的耐热钢的钢液纯净；
第二步：控制钢液在一设定温度进行出钢作业，此时，钢液从感应电炉内出钢液至浇注包内；
第三步：在出钢液的过程中，随钢液往浇注包内加入钢液重量的0.15％-0.30％的硅钙合金和钢液重量0.02％-0.05％的纯铝粒进行脱氧作业，以降低钢液中的氧含量，从而降低钢液被氧化的程度；
第四步：在出钢液的过程中，随钢液向浇注包内加入钢液重量的0.2％-0.5％的铌铁进行晶粒细化处理，令提高耐热钢的高温机械性能；
第五步：钢液经过脱氧作业和晶粒细化作业后，进行浇注作业；钢液浇注的温度控制在1450℃-1580℃范围；出钢液的重量控制在450Kg-600Kg范围；并在浇注后期，取分光分析试片进行成分检查确认，化学成分确认结果；
第六步：铸件拆箱后进行材质检查，检查金相组织及机械性能。
6.根据权利要求5所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：所述第一步中：原物料静置造渣作业后，再静置最佳时间3-4.5分钟后，再进行除渣作业。
7.根据权利要求5所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：所述第二步中：出钢液的温度控制在1540℃-1580范围，选取最佳温度为1540℃-1550℃进行出钢作业；出钢液的重量控制在在450Kg-600Kg范围。
8.根据权利要求5所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：所述出钢液选取最佳重量490Kg-500Kg。
9.根据权利要求5所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：所述第三步中，在出钢液的过程中，随钢液往浇注包内加入钢液重量的硅钙合金的最佳重量为0.25％；该硅钙合金的各组份其重量百分比为硅50％-65％；钙：28％-32％；铝：1.0％-2.5％；碳：≤1.2％；余量为铁以及不可避免的微量元素；硅钙合金的粒度为：3mm-15mm范围和钢液重量的0.025％-0.03％纯铝粒进行脱氧作业；该纯铝组份占重量百分比为铝Al：≥99％；余量为不可避免的微量元素；粒度：3mm-15mm，以降低钢液中氧含量，从而降低钢液的氧化。
10.根据权利要求5所述的用于汽车涡轮壳、排气管的耐热钢的制备方法，其特征在于：所述第四步中，在出钢液的过程中，随钢液向浇注包内加入钢液的最佳重量0.20％-0.30％的铌铁进行晶粒细化作业。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200107 |