技術領域

本發明屬于新材料技術領域，涉及一種具有優異高溫綜合性能的耐熱鑄造奧氏體不銹鋼，主要應用于排氣溫度超過1000℃的汽車發動機排氣系統部件，包括排氣歧管、渦輪殼等。

背景技術

汽車排放的尾氣是城市大氣污染的重要污染源之一。近年我國霧霾天氣頻頻出現，政府已不能再忍耐全國到處霧霾的環保壓力。從2011年7月1日起，凡不滿足國四標準要求的輕型汽油車、單一氣體燃料車及兩用燃料車，不得銷售和注冊登記。從2015年1月1日起，國三柴油車產品將不得銷售。2013年年初，中國國務院辦公廳發布的《關于加強內燃機工業節能減排的意見》指出，到2015年，節能型內燃機產品須占全社會內燃機產品保有量的60％，與2010年相比，內燃機燃油消耗率降低6％～10％，實現節約商品燃油2000萬噸，減少CO₂排放6200萬噸，減少NO_x排放10％，采用替代燃料節約商品燃油1500萬噸。渦輪增壓技術是可以達到全球各國政府所制定的汽車排放標準的重要技術手段。渦輪增壓器利用發動機的排放廢氣流推動渦輪機葉輪高速旋轉，同時帶動壓氣機葉輪高速旋轉，使通過壓氣機的空氣速度和壓力增大，進而提高發動機空燃比。渦輪增壓是一項提升引擎性能和降低車輛能耗和排放的關鍵技術，具備的優勢有：1.燃油效率更高。與同等規格的自然吸氣式汽油發動機相比，渦輪增壓汽油發動機的燃油效率可提高達20％。而與自然吸氣式發動機相比，同等額定功率的渦輪增壓柴油發動機的燃油效率可提高達40％。2.性能更優。渦輪增壓大幅提高發動機的功率和扭矩，提升車輛響應速度和安全性能。3.更清潔、更環保。渦輪增壓發動機能夠利用來自發動機的排放尾氣，使發動機燃燒更清潔，并在不損害性能的前提下縮小發動機尺寸，同時降低CO₂和NO_x的排放量。

渦輪增壓器的使用，雖然可以提高燃油效率，降低CO₂排放，但同時也提高了尾氣排氣溫度。相較傳統自然吸氣式發動機，渦輪增壓汽油發動機的排氣溫度從850℃升高至1050℃，而部件本身溫度可以被加熱到950～1000℃。渦輪增壓器的服役環境概括起來，主要包括：(1)啟動、熄火及變速運行階段溫度驟升驟降；(2)穩態運行階段長時高溫熱暴露；(3)腐蝕、氧化性氣氛。排氣系統部件將在此高溫范圍內長期熱暴露于氧化性氣體和大氣中，并經受發動機的運轉及停止造成的反復冷熱循環。因此，排氣系統部件必須具有更高的承溫能力和耐久性能，并在相應溫度下具有較長的服役壽命。

傳統的發動機排氣系統部件都是由耐熱鑄鐵或耐熱鑄造鐵素體不銹鋼制造的。雖然耐熱鑄鐵在低于900℃時表現出相對較高的強度，但當溫度高于900℃時，這些材料的抗氧化和熱開裂能力下降，表現出耐高溫能力不足。而耐熱鑄造鐵素體不銹鋼在溫度超過950℃時強度亦下降格外明顯。這些傳統材料已無法滿足采用渦輪增壓技術后提高了的性能要求。鎳基高溫合金具有非常優異的高溫力學性能，廣泛應用于航空工業，如飛機發動機的渦輪葉片等，但鎳基材料的成本相對高昂，無法廣泛應用于汽車發動機及其排氣系統部件。因此，設計、開發用于制造新型發動機排氣系統部件的低成本材料變得迫在眉睫。耐熱鑄造奧氏體不銹鋼在高溫服役條件下，其力學性能明顯優于耐熱鑄造鐵素體不銹鋼，且成本遠低于鎳基高溫合金材料。采用鑄造工藝，無需預先固溶、時效等熱處理工藝，可以進一步降低制造成本。因此，耐熱鑄造奧氏體不銹鋼可以作為新材料設計、開發的首選材料。