[发明专利]沉淀硬化型耐热钢

说明书

技术领域

本发明涉及沉淀硬化型耐热钢，其最适合作为诸如各种内燃机、汽车用发动机、汽轮机、热交换器和加热炉等要求耐热性的部件，尤其是最适合作为耐热螺栓用材料。

背景技术

近年来，由于各种热力发动机的高效率化和高输出化，燃烧温度、排气温度或蒸汽温度上升的趋势有所提高，与此对应的是，增强耐热钢的强度特性的需求也有所提高。作为用于前述耐热应用的耐热钢，对于在高达700℃的温度下的应用，迄今已经频繁地使用JISSUH660，其为γ’沉淀型铁基超合金。然而，随着各种热力发动机的高效率化和高输出化，人们担心其强度不足。另外，SUH660涉及这样的问题：由于长时间的使用引起η相(Ni₃Ti)沉淀，这造成强度和延展性降低。此外，SUH660含有大量昂贵的镍，所以它涉及到成本变高的问题。

顺便指出，作为与本发明相关的现有技术，可以列举在下述专利文献1和2中所公开的那些。

专利文献1披露了关于“耐热螺栓”的发明。专利文献1所披露的发明的目的在于，通过对化学成分的混合和加工方法进行最优化，即使应用冷加工时仍可以抑制在后续工序中在高温高压下η相的沉淀，从而获得具有优异弛豫特性的耐热螺栓。然而，专利文献1没有提及本发明的特征，即，通过积极地掺入Mn，使得冷加工后的时效硬化量增加；以及通过规定Ni和Mn的总量及其比值，改善冷加工性和高温强度之间的平衡。

专利文献2披露了关于“耐热不锈钢”的发明。专利文献2的发明的目的在于，通过控制γ’相和η相的沉淀量和形态，提供了在高温区的弹簧高温拉伸强度以及耐高温永久变形性优异的耐热高强度不锈钢。然而，专利文献2没有提及本发明的特征，即，减少Ni的量以实现降低成本，同时通过规定Ni和Mn的总量及其比值，改善冷加工性和高温强度之间的平衡。

专利文献1：JP-A-2001-158943

专利文献2：JP-A-2000-109955

发明内容

在上述情况下进行了本发明，并且本发明的目的在于提供一种沉淀硬化型耐热钢，所述耐热钢与SUH660相比Ni含量较低并且成本低廉，从强度方面考虑也比SUH660的强度高，并且η相的沉淀受到抑制。

即，本发明提供以下项目。

1.一种沉淀硬化型耐热钢，以质量％计，包含：

0.005％至0.2％的C、

不超过2％的Si、

1.6％至5％的Mn、

大于或等于15％且小于20％的Ni、

10％至20％的Cr、

大于2％且至多为4％的Ti、

0.1％至2％的Al、以及

0.001％至0.02％的B，

其余为Fe和不可避免的杂质，

其中Ni的量和Mn的量的比值(Ni/Mn)为3至10，

其中Ni和Mn的总量(Ni+Mn)为大于或等于18％且小于25％，并且

其中Ti的量和Al的量的比值(Ti/Al)为2至20。

2.根据上述项目1所述的沉淀硬化型耐热钢，以质量％计，还包含下列物质中的至少一者：

不超过5％的Cu，以及

不超过0.05％的N。

3.根据上述项目1或2所述的沉淀硬化型耐热钢，以质量％计，还包含下列物质中的至少一者：

不超过0.03％的Mg，以及

不超过0.03％的Ca。

4.根据上述项目1至3中任意一项所述的沉淀硬化型耐热钢，以质量％计，还包含下列物质中的至少一种：

不超过2％的Mo，

不超过2％的V，以及

不超过2％的Nb。

5.根据上述项目1至4中任意一项所述的沉淀硬化型耐热钢，其是这样获得的：在固溶热处理后，以5％至80％的加工率进行冷加工以成形，之后进行时效处理。

Mn起到稳定奥氏体的作用，另外还降低堆垛层错能并提高冷加工后的跃迁密度。因此，Mn在冷加工后的时效处理过程中起到增加γ’相的沉淀位点的作用。

与此相对应，在本发明中，通过提高Mn的量而将基体(奥氏体)固溶硬化；并且在γ’相沉淀后，即使基体中Ni的量降低，由于溶解有Mn因而保持了基体的强度。结果，根据本发明，尽管Ni含量低，但是耐热钢的强度(高温强度)仍大大增强。