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含铌耐热铸钢在汽车零件中的应用 Keijiro Hayashi,Koki Otsuka,Kenji Itoh （日立金属有限公司铸造技术研究室） 摘要：日立金属有限公司铸造技术研究室开发了一种专门用于汽车发动机排气系统的新型耐 热铸钢。新型铸钢牌号为 HERCUNETE-S A3N ，奥氏体基体，其化学组成为 20 ％ Cr-10%Ni-3%W-2%Nb，该钢种在 600℃以上比其他同类材料的强度高，在 900℃表现出很 好的抗氧化性能。另外，A3N 与奥氏体结构的铸铁 Niresist D5S 相比具有更高的抗热疲劳 强度。在汽车排放气体这样高的温度下 A3N 铸钢具有优良性能，因此该钢种可以用来制造 排气歧管和涡轮机外壳。 1 引言 全世界范围内正逐步并有效地开展保护全球环境的运动。为适应这场运动，高效、高性 能和低排放的汽车发动机已经和正在研制。这些新型发动机必然会产生较高温度的排放气 体。因而目前所使用的排气歧管和涡轮机外壳在此条件下工作就必然会产生如氧化、热变形 或热裂等问题。这就促使我们发展新型材料来制造排放零部件以满足其在高温条件下使用的 要求。 图 1： 制造高温排气系统的耐热材料的发展过程 图 1 所示为 目前应用于排放零部件的一些材料的典型使用温度范围。从图 1 可知，制造 排放零部件的材料已经从传统的灰铸铁发展到球墨铸铁、高硅球铁、再到可以抵抗 800℃左 右高温的耐蚀高镍铸铁。然而，必须指出的是，高性能发动机排放气体的温度可达 1000 ℃ （1832℉）。因此为满足现代发动机的需要，日立金属有限公司铸造技术研究室开发了一种 名为 HERCUNETE-S A3N 的耐热铸钢。 2 新型耐热铸钢“NSHR” 的性能 2.1 化学组成 表 1 所列为 A3N 及其他对比材料的化学组成。新型材料 A3N 为奥氏体铸钢，其化学组 成为 20 ％Cr-10%Ni-3%W-2%Nb 。A3N 具有网状 NbC 的混合结构，碳化物 （M C ）团的形 23 6 态有少许变化，强化了奥氏体基体。 表 1 NAHR-A3N 及其他材料的典型化学组成 组成 C Si Mn S Cr Ni W Mo Nb Fe A3N 0.45 0.5 1.0 0.15 20.0 10.0 3.0 - 2.0 其余 F5N 0.40 0.5 0.4 0.01 18.0 1.7 2.0 - 2.0 其余 D5S 1.85 5.0 0.5 - 1.8 34.5 - - 微量 其余 HiSiMo 3.10 3.95 0.2 - - - - 0.55 微量 其余 DCI 2.2 屈服点 图2 ：表 1 所示材料在不同温度下的屈服点（MPa ） （纵轴:屈服点（MPa ），横轴：表面温度（℃）） 图 2 给出每种材料在高温下的屈服点。屈服点直接影响材料在不同温度下的抗变形性 能。性能测试是在大气下的马弗炉内进行，所用试样是从 Y 形铸块截取的。 从图 2 可知，在 600℃下D5S 强度最高。同时新型 F5N （铁素体基体）材料在低温范 围内比D5S 具有更高的强度，主要是因为其存在珠光体团和由于添加钨强化了基体的原因。 另外，A3N 在 600℃以上强度最大。 2.3 热膨胀系数 图 3 所示为各种材料的热膨胀系数。热膨胀系数值对热变形和热裂有一定影响。测试 结果表明，在 200 ℃（418℉）以上，F5N 材料相比其他材料具有较低的热膨胀系数。 由于A3N 为奥氏体基体材料，因而