CN114107804A - 一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳cnre稀土耐热钢及其制备方法 - Google Patents

一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳cnre稀土耐热钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车零部件领域，具体为一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢及其制备方法。按重量百分比计，其合金成分范围为：C 0.1～0.5％，Si 1.0～3.0％，Mn 5.0～10.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni 1.0～6.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.7％，RE 0.005～0.5％，Fe余量。该汽车涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢通过控制C/N原子比例，在晶界形成膜状第二相，抑制沿晶内氧化，提升抗高温氧化性能；借助稀土元素对第二相长大的抑制作用，增大高温组织稳定性，从而提升耐热疲劳性能。采用中频炉高氮合金化、高纯稀土处理和砂型铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的涡轮增压器壳体铸件，能够有效解决炉涡轮增压器高温氧化、疲劳开裂等技术问题。

Description

一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢及其 制备方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件领域，具体为一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢及其制备方法。
背景技术
涡轮增压技术能够有效增加发动机输出功率，提高燃料经济性，降低尾气排放量。因此，在当今全球性节能减排大趋势下，涡轮增压技术日益得到普及。涡轮增压器在高温条件下工作，随着人们对发动机性能要求的提高，涡轮增压器的工作温度不断提高，目前最高可达1050℃～1150℃，同时承受交变载荷作用和复杂高温气体的侵蚀作用，如此严苛的服役环境对涡轮增压器壳体材料提出了严格的性能要求。目前，汽车涡轮增压器壳体选材一般为高镍球墨铸铁或高铬、高镍型奥氏体耐热钢或耐热合金，如：GGG-NiSiCr35-5-2高镍球墨铸铁，GX40CrNiSi25-20，GX40NiCrSiNb38-19，GX40NiCrNb45-35，G-NiCr28W奥氏体耐热钢。这些耐热铸铁或耐热钢含有大量的合金元素，铸造工艺性能较差，而且合金成本较高，此外，在服役过程中经常发生热疲劳开裂现象，服役寿命并不理想。因此，如何提升涡轮增压器壳体的服役寿命，提高安全系数，降低生产成本，成为涡轮增压技术亟待解决的问题。
中国发明专利CN106929739A公布了一种微合金化铬镍系奥氏体耐热钢及其制备方法和应用，该耐热钢通过V、Nb、N、B、RE等综合合金化，获得了良好的尺寸稳定性，较高的抵抗铸件凝固过程中发生热裂纹倾向的能力，综合性能优于GX40NiCrSiNb38-19耐热钢，而且生产成本较低；中国发明专利CN102876998A公布了一种一种耐热钢、涡轮增压器连体壳体及其制备方法，此耐热钢的Ni含量降低至12％～15％，合金成本较低，耐热性可达到1050℃；中国发明专利CN104419876A公布了一种汽车涡轮壳及排气管用奥氏体耐热锰钢，该耐热钢采用Mn、N元素代替Ni元素，Ni含量降低至1％以下，合金成本大幅降低，与此同时，合金中加入了一定量的V、Nb、W元素，有效提升了尺寸稳定性、抗氧化性、耐热性和耐冲击性，性能优于GX40CrNiSiNb25-20耐热钢。
以上专利公布的合金通过成分优化或改善性能或降低成本，与现有传统高铬、高镍奥氏体耐热钢相比，性价比均有不同程度提高。然而，这些耐热钢仍存在Mn含量高导致的抗氧化性能恶化问题，第二相不稳定导致的高温组织不稳定问题，以及合金含量高导致的铸造工艺性能差的问题。因此，综合考虑涡轮增压器的服役工况，通过合金体系优化，开发新型、不含或少含贵重元素的耐高温材料，提升抗氧化性能和耐热疲劳性能，以满足涡轮壳对高温性能的要求，成为汽车涡轮增压技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢及其制备方法，通过控制C/N原子比例和稀土微合金化，提升抗高温氧化性能和耐热疲劳性能，解决传统高Cr-高Ni耐热钢涡轮增压器壳体抗氧化性不足、热疲劳致裂的技术难题，具有较低的合金成本，从而大幅提升涡轮增压器的服役寿命，降低生产成本。
本发明的技术方案是：
一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.1～0.5％，Si 1.0～3.0％，Mn 5.0～10.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni 1.0～6.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.7％，RE 0.005～0.5％，Fe余量。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C/N＝0.5～0.9，C+N＝0.60～1.00％；采用RE、V、Nb微合金化，RE＝0.005～0.050％，V＝0.05～0.30％，Nb＝0.05～0.20％。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.2～0.3％，Si 1.0～2.0％，Mn7.5～10.0％，Cr 15.5～24.5％，Ni 2.5～6.0％，V 0.10～0.25％，Nb 0.05～0.20％，N 0.4～0.65％，RE 0.010～0.045％，Fe余量。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化、高纯稀土处理和砂型铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的涡轮增压器壳体铸件，具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔炼钢水，以废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧；
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙合金进行充分脱氧；
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至≥1560℃，分批次陆续加入含氮合金，待钢水不翻腾≥2分钟后再加入下一次，每次间隔时间≥5分钟；
(4)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前≤10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢；
(5)稀土处理：在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，将高纯稀土金属制成0.1～1.0kg的小块，放入钢包底部，出钢时通过钢水冲洗将稀土金属熔化，并在钢包中混合均匀；
(6)砂型铸造：浇注温度1500～1600℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，涡轮增压器壳体铸件高温打箱、快速冷却至室温。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(1)和(5)中，钢水冶炼和浇注使用的中频炉和钢包，均采用中性或碱性打结料制作炉衬和包衬。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(3)中，氮合金化采用的含氮合金破碎至50mm以下，并在400～800℃预热。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(5)中，稀土处理采用的高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤50ppm。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(6)中，浇注前对砂型内腔表面进行烘烤，去除水汽，烘烤时间5～15分钟，烘烤后表面温度40～60℃。
所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(6)中，涡轮增压器壳体铸件凝固后，高温打箱，并且以水冷方式快速冷却至室温。
本发明的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢和制备方法的设计思想是：
1.材质成分设计
采用C、N共合金化，控制C/N比例，在晶界形成稳定的膜状第二相，抑制沿晶内氧化，提升抗高温氧化性能。优选的，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢中，C/N＝0.3～1.0(优选为0.5～0.9)，C+N＝0.60～1.00％。
采用稀土微合金化，在发挥稀土变质夹杂和深度净化作用的基础上，实现稀土的固溶，稳定晶界和相界等微观缺陷，延缓第二相粗化，增强高温组织稳定性，提升耐热疲劳性能。优选的，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢中，RE＝0.005～0.080％。
采用V、Nb微合金化，与C、N元素形成高温稳定的微细MX(C、N)析出相，阻碍位错移动，提高涡轮增压器壳体强度。优选的，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢中，V＝0.05～0.30％，Nb＝0.05～0.20％。
采用C、N、Mn、RE等较低成本的合金元素，大幅度替代Ni等贵重合金元素，在稳定高温组织的同时，显著降低合金成本。优选的，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢中，Ni＝2.0～5.0％、Mn＝6.0～8.0％。
2.制备方法
中频炉高氮合金化采用烘烤的含氮合金，破碎至直径50mm以下，高氮合金化过程中严格控制钢水温度，分批次加入，提高N元素收得率；并且，氮合金化工序在锰合金化工序之后，利用锰对N元素的固溶作用，提高钢水中N溶解度，从而实现中频炉高氮合金化。
稀土处理采用全氧含量≤300ppm、稀土元素含量≥99wt％的高纯稀土金属，并控制稀土处理前钢水中O含量≤60ppm，保证稀土元素在发挥变质夹杂和深度净化作用的基础上，实现部分稀土以固溶形式存在，稳定高温组织，提升涡轮增压器壳体的耐热疲劳性能。
钢水浇注过程中严格控制浇注速率，平稳快速浇注，保证涡轮增压器壳体组织致密；同时，浇注前对砂型内腔表面进行烘烤，去除水汽，避免形成气孔缺陷，从而获得性能优异的涡轮增压器壳体铸件。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过涡轮增压器壳体材质合金设计与制备工艺控制相结合，采用C、N共合金化与RE微合金化，膜状第二相，抑制沿晶内氧化，提升涡轮增压器壳体的抗氧化性能。借助稀土微合金化延缓第二相生长，稳定高温组织，提升涡轮增压器壳体抗热疲劳性能。
2、本发明采用中频炉高氮合金化、高纯稀土处理和砂型铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的涡轮增压器壳体铸件，替代传统高Cr-高Ni耐热钢用于汽车涡轮增压器上，能够有效解决涡轮增压器壳体高温氧化、疲劳开裂等技术问题，延长服役寿命，降低生产成本。
3、与传统高Cr-高Ni耐热钢涡轮增压器壳体相比，本发明的CNRE稀土耐热钢在保证高温氧化和耐热疲劳性能的基础上，Ni含量大幅降低，具有明显的技术优势和成本优势。
附图说明
图1为抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢涡轮增压器壳体铸件照片；
图2为实施例1中涡轮增压器壳体显微组织照片；
图3为实施例2中涡轮增压器壳体显微组织照片；
图4为实施例3中涡轮增压器壳体显微组织照片。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，通过C、N共合金化与RE微合金化，以重量百分比计，合金成分范围为：C 0.1～0.5％(优选为0.2～0.3％)，Si 1.0～3.0％(优选为1.1～2.0％)，Mn 5.0～10.0％(优选为7.5～10.0％)，Cr 15.0～25.0％(优选为15.5～24.3％)，Ni 1.0～6.0％(优选为2.5～5.6％)，V0.05～0.50％(优选为0.10～0.25％)，Nb 0.05～0.50％(优选为0.08～0.25％)，N 0.2～0.7％(优选为0.4～0.65％)，RE 0.005～0.5％(优选为0.010～0.045％)，Fe余量。
本发明的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化、高纯稀土处理和砂型铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的涡轮增压器壳体铸件。具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔化钢水，炉衬采用碱性耐材，以优质废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧。
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙进行充分脱氧。
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至1560～1650℃，分批次陆续加入直径≤50mm经400～800℃烘烤的含氮合金，待钢水不翻腾2～8分钟后再加入下一次，每次间隔时间3～10分钟。
(4)成分调整：根据钢水在线检测成分，将C、Si、Mn调整至目标成分，随后进行钢水终脱氧。
(5)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前5～10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢。
(6)稀土处理：稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤50ppm，在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈、或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，将高纯稀土金属制成0.1～0.5kg的小块，放入钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.01～0.08％，出钢时钢水将稀土熔化，并在钢包中混合均匀。
(7)砂型铸造：对砂型内腔表面进行烘烤，去除水汽，烘烤时间约10分钟，烘烤后表面温度约50℃。浇注温度1500～1600℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，涡轮增压器壳体铸件连同砂型入水快速冷却至室温。
在涡轮增压器壳体铸件取样，检测涡轮增压器壳体的室温和高温拉伸性能，其技术指标如下：
室温下，屈服强度495～560MPa，抗拉强度850～915MPa，延伸率25～35％，断面收缩率35～45％。1000℃高温下，屈服强度75～85MPa，抗拉强度115～125MPa，延伸率50～65％，断面收缩率65～75％。
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图进行详细描述。
实施例1
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
元素 含量(质量分数，wt.％)
C+N 0.6(C0.20，N0.40)
Si 1.5
Mn 7.5
Cr 18.8
Ni 2.5
V 0.15
Nb 0.08
RE 0.025
Fe 余量
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、金属铬、氮化铬铁、高碳铬铁、电解锰、镍板、硅铁、铌铁、钒铁等。其中，氮化铬铁破碎至50mm以下，连同硅铁、高碳铬铁、废钢等在600℃预热超过6小时，电解锰、钒铁、铌铁在200℃预热超过2小时。先将废钢、镍板、金属铬和高碳铬铁装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1600℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾3分钟后再加入下一次，每次间隔5分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前7分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝40ppm，在出钢过程中采用高纯稀土进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝150ppm的镧铈混合金属，稀土元素含量99.5wt％。将高纯稀土金属制成约0.1kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.06％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。涡轮增压器壳体铸件采用砂型铸造，砂型内表面预先进行烘烤，温度约50℃。浇注温度为1560℃，平稳快速浇注，浇注时间11s，浇注完成后20min，涡轮增压器壳体铸件连同砂型入水快速冷却至室温。
本实施例中，在涡轮增压器壳体铸件取样，分别检测金相组织、室温和高温拉伸性能，评价第二相形态和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 507 850 35.0 45
1000 80 120 60.0 71
如图1、图2所示，炉涡轮增压器壳体铸件金相组织，由图可以看出，组织致密，在晶界形成了连续的膜状第二相。室温抗拉强度达到850MPa，1000℃高温抗拉强度达到120MPa，具有较高的室温和高温强度。在服役过程中，涡轮增压器壳体沿晶内氧化和疲劳开裂大幅减少，服役寿命延长。
实施例2
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
Figure BDA0003317593180000071
Figure BDA0003317593180000081
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、低碳铬铁、氮化铬铁、高碳铬铁、电解锰、镍板、硅铁、铌铁、钒铁等。其中，氮化铬铁破碎至50mm以下，连同硅铁、高碳铬铁、低碳铬铁、废钢等在650℃预热超过4小时，电解锰、钒铁、铌铁在300℃预热超过3小时。先将废钢、镍板、低碳铬铁和高碳铬铁装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1620℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾2分钟后再加入下一次，每次间隔6分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝20ppm，在出钢过程中采用高纯稀土进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝200ppm的镧铈混合金属，稀土元素含量99.5wt％。将高纯稀土金属制成约0.5kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.08％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。涡轮增压器壳体铸件采用砂型铸造，砂型内表面预先进行烘烤，温度约50℃。浇注温度为1580℃，平稳快速浇注，浇注时间10s，浇注完成后15min，涡轮增压器壳体铸件连同砂型入水快速冷却至室温。
本实施例中，在涡轮增压器壳体铸件取样，分别检测金相组织、室温和高温拉伸性能，评价第二相形态和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 498 885 29.0 38
1000 76 119 54.0 69
如图3所示，炉涡轮增压器壳体铸件金相组织，由图可以看出，组织致密，在晶界形成了连续的膜状第二相。室温抗拉强度达到885MPa，1000℃高温抗拉强度达到119MPa，具有较高的室温和高温强度。在服役过程中，涡轮增压器壳体沿晶内氧化和疲劳开裂大幅减少，服役寿命延长。
实施例3
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
元素 含量(质量分数，wt.％)
C+N 0.9(C0.25，N0.65)
Si 2.0
Mn 10.0
Cr 15.5
Ni 5.6
V 0.10
Nb 0.25
RE 0.010
Fe 余量
本实施例中，涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、低碳铬铁、氮化铬铁、高碳铬铁、电解锰、镍板、硅铁、铌铁、钒铁等。其中，氮化铬铁破碎至40mm以下，连同硅铁、高碳铬铁、低碳铬铁、废钢等在650℃预热超过5小时，电解锰、钒铁、铌铁在300℃预热超过4小时。先将废钢、镍板、低碳铬铁和高碳铬铁装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1650℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾2分钟后再加入下一次，每次间隔8分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前5分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝50ppm，在出钢过程中采用高纯稀土进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝250ppm的纯铈金属，稀土元素含量99.5wt％。将高纯稀土金属制成约0.3kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.04％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。涡轮增压器壳体铸件采用砂型铸造，砂型内表面预先进行烘烤，温度约50℃。浇注温度为1500℃，平稳快速浇注，浇注时间10s，浇注完成后30min，涡轮增压器壳体铸件连同砂型入水快速冷却至室温。
本实施例中，在涡轮增压器壳体铸件取样，分别检测金相组织、室温和高温拉伸性能，评价第二相形态和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 560 912 34.0 41
1000 83 125 64.0 65
如图4所示，炉涡轮增压器壳体铸件金相组织，由图可以看出，组织致密，在晶界形成了连续的膜状第二相。室温抗拉强度达到912MPa，1000℃高温抗拉强度达到125MPa，具有较高的室温和高温强度。在服役过程中，涡轮增压器壳体沿晶内氧化和疲劳开裂大幅减少，服役寿命延长。

Claims (9)

1.一种涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.1～0.5％，Si 1.0～3.0％，Mn 5.0～10.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni 1.0～6.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.7％，RE 0.005～0.5％，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C/N＝0.5～0.9，C+N＝0.60～1.00％；采用RE、V、Nb微合金化，RE＝0.005～0.050％，V＝0.05～0.30％，Nb＝0.05～0.20％。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.2～0.3％，Si 1.0～2.0％，Mn 7.5～10.0％，Cr 15.5～24.5％，Ni 2.5～6.0％，V 0.10～0.25％，Nb 0.05～0.20％，N 0.4～0.65％，RE0.010～0.045％，Fe余量。
4.一种权利要求1至3之一所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化、高纯稀土处理和砂型铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的涡轮增压器壳体铸件，具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔炼钢水，以废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧；
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙合金进行充分脱氧；
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至≥1560℃，分批次陆续加入含氮合金，待钢水不翻腾≥2分钟后再加入下一次，每次间隔时间≥5分钟；
(4)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前≤10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢；
(5)稀土处理：在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，将高纯稀土金属制成0.1～1.0kg的小块，放入钢包底部，出钢时通过钢水冲洗将稀土金属熔化，并在钢包中混合均匀；
(6)砂型铸造：浇注温度1500～1600℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，涡轮增压器壳体铸件高温打箱、快速冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(1)和(5)中，钢水冶炼和浇注使用的中频炉和钢包，均采用中性或碱性打结料制作炉衬和包衬。
6.根据权利要求4所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，氮合金化采用的含氮合金破碎至50mm以下，并在400～800℃预热。
7.根据权利要求4所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，稀土处理采用的高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤50ppm。
8.根据权利要求4所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，浇注前对砂型内腔表面进行烘烤，去除水汽，烘烤时间5～15分钟，烘烤后表面温度40～60℃。
9.根据权利要求4所述的涡轮增压器壳体用抗氧化、耐疲劳CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，涡轮增压器壳体铸件凝固后，高温打箱，并且以水冷方式快速冷却至室温。
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