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CN109477190A - 用于涡轮增压器的铁素体钢 - Google Patents

用于涡轮增压器的铁素体钢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮增压器的废气门部件，所述废气门部件包括铁素体钢，所述铁素体钢的主要合金元素包括C、Cr、Ni、Nb、V、Mn以及可选地Si和Ti。

Description

用于涡轮增压器的铁素体钢
技术领域
本发明涉及涡轮增压器领域，特别是涉及用在内燃机中的涡轮增压器，特别是用于柴油发动机的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器用于增加燃烧空气的通过量和密度，从而提高内燃机的功率和效率。涡轮增压器的设计和功能在现有技术中有详细描述，例如，美国专利4,705,463和5,399,064中有详细描述，这些专利的公开内容以引用方式并入本说明书中。
用于生产涡轮增压器的材料必须满足严格的性能要求。例如，当在最高达约950℃的温度下暴露于排气中时，柴油发动机中使用的材料必须足够耐腐蚀。此外，所述材料必须满足在这些高温下的苛刻机械要求。例如，在涡轮机壳体的情况下，所述壳体的热机械疲劳(TMF)性能是重要的性能标准。由TMF引起的裂纹形成是涡轮机壳体最常见的失效模式之一。出于这些原因，将奥氏体钢用于柴油发动机涡轮机壳体，例如排气温度最高达950℃(柴油发动机)的情况下采用GJS NiCrSi 35 5 2NiResist D5，而排气温度最高达1050℃(奥托发动机)的情况下采用Inconel 713C。但是，由于需要大量镍才能获得奥氏体相，因此这些材料非常昂贵。
期望的是设计一种将上述奥氏体钢替换成镍比例较低的铁素体钢，同时保持至少相似性能的废气门部件。特别是所述废气门部件的高温强度、TMF性能、耐腐蚀性和抗高温蠕变性应该是类似的。
现有技术中已经尝试为涡轮增压器提供耐高温铁素体钢。DE 10 2012100 289 A1中公开了包括Si、Cr、Ni、Nb、V和Mn等的铁素体钢。所公开的合金具有0.003重量％到0.05重量％的极低碳含量以及0.0006重量％到0.026重量％的极低氮含量，以相对于NbC沉淀促进拉夫斯相(Laves phase，Fe2Nb)的形成。根据DE 10 2012 100 289 A1的公开内容，拉夫斯相可以提高高温强度，但同时使拉夫斯相难以在800℃以上保持稳定。DE10 2012 100 289A1还建议通过添加Si来稳定拉夫斯相，但也强调添加量不应超过0.9重量％，因为较高添加量将促使发生不良拉夫斯相沉淀。但是，硅由于具备可加工性并且能够向合金赋予耐腐蚀性，因此是一种重要元素。因此，0.9重量％以上的添加量对合金而言通常可以是有益的。总之，利用拉夫斯相获得用于涡轮增压器的耐高温铁素体钢的概念在实践中难以实施并且具有实际限制。
鉴于上述缺陷，在商业环境中，耐受温度需要达到约950℃的涡轮增压器部件仍由昂贵的奥氏体铸铁或钢制成。
期望的是用于涡轮增压器的坚固且可靠的耐高温铁素体钢。
发明内容
现已意外发现，如果充分调节Nb、V和Mn的含量，则含碳铁素体钢的高温性能，确切的说，抗高温蠕变性可以得到改善。更特别是如果Nb和V的总量足够高并且如果所使用Mn的比重远远超出Nb和V，则含约0.2重量％到约1.0重量％的Nb、约0.2重量％到约1.0重量％的V以及约1.0重量％到约4.0重量％的Mn的合金的抗高温蠕变性预期将得到改善。抗蠕变性的改善可以在不影响其它性质例如TMF性能、耐腐蚀性或可加工性的情况下实现。
在不希望被理论约束的前提下，相当高含量的碳化物形成元素V和Nb被认为共同减小初生晶粒尺寸以及碳化物沉淀物的尺寸。晶粒边界附近的较小碳化物颗粒是亚晶粒边界迁移和移动位错滑移的主要障碍，因此对高温蠕变强度起重要作用。先前已意外发现，通常作为脱氧剂添加到合金中的Mn似乎在此机理中配合以协同地进一步提高高温蠕变强度。在不希望被理论约束的前提下，Mn有助于控制碳化物颗粒尺寸，特别是热老化期间的碳化物颗粒尺寸增长，其中Mn也是碳化物稳定剂。
在一个方面中，本发明涉及涡轮增压器部件，特别是涉及一种涡轮机壳体，所述涡轮增压器部件包括具有以下成分的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％；
可选地，总量小于约3重量％的其它元素(杂质)；以及
Fe，余量。
在另一个方面中，本发明涉及一种用于制备涡轮增压器部件，特别是涡轮机壳体的方法，所述涡轮增压器部件包括具有以下成分的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％，
可选地，总量小于约3重量％的其它元素(杂质)；以及
Fe，余量；
其中对所述钢进行热处理，特别是在约900℃到约940℃的温度下进行热老化处理至少约1小时，然后以至少约40℃到至多约90℃/小时的速率冷却。
具体实施方式
在第一方面中，本发明涉及一种涡轮增压器部件，特别是涡轮机壳体，所述涡轮增压器部件包括以下成分的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％；
可选地，总量小于约3重量％的其它元素(杂质)；以及
Fe，余量。
如上所述，元素V和Nb会影响合金的微观结构。铁素体钢的有利特征可以在于根据ASTM E112-12测得的平均晶粒尺寸为约2到约4，特别是约2.5到约3.5的微观结构。ASTME112-12中包括用于确定所有金属的平均晶粒尺寸的步骤，并且特别是在第4.1.1条和表1中公开了用于确定铁素体钢的平均晶粒尺寸的步骤。
具有优异TMF性能、蠕变强度和耐腐蚀性的上述铁素体钢可以有利地通过热处理例如热老化，特别是根据本发明第二方面的方法来制备。
在第二方面中，本发明涉及一种用于制备涡轮增压器部件，特别是涡轮机壳体的方法，所述部件包括以下成分的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％；
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％；
可选地，总量小于约3重量％的其它元素(杂质)；以及
Fe，余量；
其中所述钢经热处理，特别是在约900℃到约940℃的温度下进行热老化处理至少约1小时，然后以至少约40℃到至多约90℃/小时的速率冷却。
提及“铁素体钢”时，应理解，此合金还可以包含各种比例的其它相，例如奥氏体相。
热老化处理有利于二次相的沉淀，并且可以进一步提高铁素体钢的强度、抗蠕变性和TMF性能。有利地，所述铁素体钢在约910℃到约930℃下进行热老化处理约2小时到约5小时，特别是约3小时到约4小时。有利地，在所述热老化处理之后，以约50℃/h到约80℃/h，特别是约60℃/h到约70℃/h的速率冷却到介于约450℃与约550℃之间，特别是约475℃与525℃之间的温度，然后再冷却到环境温度。
有利地，所述铁素体钢含有以下量的以下元素：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约0.8重量％，
V，约0.2重量％到约0.8重量％，
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，以及
Mn，约1.6重量％到约4.0重量％
有利地，所述铁素体钢含有的Nb和V总量为至少约0.45重量％，特别是在约0.45重量％到约1.5重量％的范围内，更特别是在约0.5重量％到约1.0重量％的范围内。从优化高温蠕变强度的观点出发，所述铁素体钢的特征在于Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.8、特别是至少约2.0。或者，Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比有利地在约1.6到约10、特别是约1.8到约8.0、更特别是约2.0到约6.0、或者约2.5到约4.0的范围内。
有利地，所述铁素体钢可以含有约0.2到约0.6重量％、特别是0.25重量％到约0.5重量％的Nb；以及约0.2重量％到约0.8重量％、特别是约0.25重量％到约0.75重量％的V。附加地或替代地，所述铁素体钢可以有利地含有总量至少约0.45重量％、特别是在约0.45重量％到约1.5重量％的范围内、更特别是在约0.5重量％到约1.0重量％的范围内的Nb和V。
从优化铁素体钢的蠕变强度和耐腐蚀性的观点出发，所述铁素体钢可以有利地含有总量至少约0.45重量％、特别是在约0.45重量％到约1.5重量％的范围内、更特别是在约0.5重量％到约1.0重量％的范围内的Nb和V；其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.8、特别是至少约2.0；以及约0.5重量％到约1.8重量％、特别是约0.8重量％到约1.5重量％的Si。
从进一步优化耐腐蚀性的观点出发，所述铁素体钢可以有利地含有约16.0重量％到约20.0重量％、特别是约17.0重量％到约19.0重量％的Cr。
从优化合金的可铸性的观点出发，所述铁素体钢可以含有作为减粘剂的约1.0重量％到约1.8重量％、特别是约1.0重量％到约1.5重量％的Si。
从优化铁素体的机械性能和耐腐蚀性的观点出发，所述铁素体钢可以有利地含有总量为至少约1.2重量％、特别是至少约1.4重量％、或者至少约1.6重量％、或者至少约1.8重量％的Nb和V；以及约1.0重量％到约1.8重量％、特别是约1.0重量％到约1.5重量％的Si。附加地或替代地，所述铁素体钢还可以具有约1.2到约10、特别是约1.2到约5的V与Nb之间的重量比。
从优化高温蠕变强度、TMF性能和耐腐蚀性的观点出发，所述铁素体钢可以有利地含有以下量的以下元素：
C，约0.2重量％到约0.5重量％，
Cr，约17.0重量％到约20.0重量％，
Ni，约1.8重量％到约2.5重量％，
Nb，约0.2重量％到约0.6重量％，
V，约0.2重量％到约0.8重量％，
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，以及
Mn，约1.8重量％到约2.8重量％。
从纯度的观点出发，在本发明的第一方面和第二方面这两者中，所述铁素体钢可以有利地含有小于约0.05重量％、特别是小于约0.02重量％的P以及/或者小于约0.2重量％、特别是小于约0.16重量％的S。有利地，所述铁素体钢还可以含有在约0.01重量％到约0.2重量％之间的S以及在约0重量％到0.05重量％之间的P。
如上所述，相当高含量的碳化物形成元素V和Nb被认为将共同降低初级晶粒尺寸以及碳化物沉淀物的尺寸，并且Mn有助于控制碳化物颗粒尺寸，特别是热老化处理期间的碳化物颗粒尺寸增长。这预期可以提高高温蠕变强度，因为较小的碳化物颗粒会阻碍亚晶粒边界的迁移和位错的滑移。
使用可购自位于英国吉尔福德的森特软件有限公司(Sente Software Ltd.)的软件JMatPro举例说明了高温蠕变强度的改善。关于用于预测钢性能的JMatPro的概述，可以参见《国际微观结构和材料性质期刊》(Int.J.Microstructure and MaterialsProperties)2009年第4卷第2期中的文章等，此文章以引用方式并入本说明书中。计算具有以上所定义的Fe、C、Cr、Ni、Nb和V的含量等以及不同Mn含量的代表性合金在870℃下的蠕变强度，结果如下表所示：
从上表中可以看出，Mn相对于V和Nb总量的比例增大时，蠕变强度也增大。在约1.6的比率下获得优异的蠕变强度。此外，也从约1.6的比率开始，奥氏体含量使得合金系统稳定。
从上文可以看出，可以预期上述合金非常适用于涡轮增压器部件，特别是需要耐高温例如约925℃的涡轮机壳体。
本专利申请中提到的铁素体钢可以通过冶金学中熟知的常规方法制备。有利地，所述涡轮增压器部件是熔融铸造的，特别是在铁素体钢含有约1.0重量％到约1.8重量％、并且特别是约0.8重量％到约1.5重量％的Si的情况下以熔融铸造方式制成的。
有利地，所述壳体的壁厚(在其最薄点处测得)小于5mm，特别是小于4mm或小于3mm。本发明的铁素体钢的精细微观结构使得壁厚在不损害机械性能的情况下减小到这些水平。壁厚地减小进而有利于减少涡轮增压器部件达到工作温度所需的时间。这可以有利于在发动机达到工作温度之前减少发动机的有害排放量。
更进一步的实施例在随附权利要求书的范围内。

Claims (14)

1.一种涡轮增压器部件，特别是一种涡轮机壳体，所述涡轮增压器部件包括以下组成的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％；
可选地，总量小于约3重量％的其他元素(杂质)；以及
Fe，余量。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器部件，其中所述铁素体钢的特征在于根据ASTME112-12测得的平均晶粒尺寸为约2到约4，特别是，约2.5到约3.5的微观结构。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的涡轮增压器部件，其中所述钢能够通过对所述铁素体钢进行热处理来制备，特别是，通过在约900℃到约940℃下进行热老化处理至少约1小时，然后以至少约40℃到至多约90℃/小时的速率冷却来制备，特别是，在约910℃到约930℃下进行热老化处理至少约2小时，然后以约50℃/小时到约80℃/小时的速率冷却来制备。
4.一种用于制备涡轮增压器部件，特别是一种涡轮机壳体的方法，所述涡轮增压器部件包括具有以下组成的铁素体钢：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约1.0重量％，以及
V，约0.2重量％到约1.0重量％；
Mn，约1.0重量％到约4.0重量％；
其中Nb和V的总量为至少约0.40重量％，并且其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.6；
可选地，以下元素中的一者或多者：
Si，约0.5重量％到约1.8重量％；
Ti，约0.1重量％到约1.1重量％；
可选地，总量小于约3重量％的其他元素(杂质)；以及
Fe，余量；
其中对所述钢进行热处理，特别是，在约900℃到约940℃下进行热老化处理至少约1小时，然后以至少约40℃到至多约90℃/小时的速率冷却。
5.根据权利要求1到权利要求3中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或者根据权利要求4所述的方法，其中所述铁素体钢含有以下量的以下元素：
C，约0.1重量％到约0.8重量％，
Cr，约15.0重量％到约23.0重量％，
Ni，约1.5重量％到约3.0重量％，
Nb，约0.2重量％到约0.8重量％，
V，约0.2重量％到约0.8重量％，
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，以及
Mn，约1.6重量％到约4.0重量％。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有总量至少约0.45重量％、特别是在约0.45重量％到约1.5重量％的范围内、更特别是在约0.5重量％到约1.0重量％的范围内的Nb和V。
7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢的特征在于Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.8，特别是至少约2.0。
8.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有总量至少约0.45重量％、特别是在约0.45重量％到约1.5重量％的范围内、更特别是在约0.5重量％到约1.0重量％的范围内的Nb和V；其中Mn的量与Nb和V的总量之间的重量比为至少约1.8、特别是至少约2.0；并且其中所述钢含有约0.5重量％到约1.8重量％的Si。
9.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有约0.2重量％到约0.6重量％的Nb，特别是，0.25重量％到约0.5重量％的Nb；以及约0.2重量％到约0.8重量％的V，特别是，约0.25重量％到约0.75重量％的V。
10.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有总量为至少约1.2重量％、特别是至少约1.4重量％、或者至少约1.6重量％、或者至少约1.8重量％的Nb和V；以及约1.0重量％到约1.8重量％、特别是约1.0重量％到约1.5重量％的Si。
11.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有以下量的以下元素：
C，约0.2重量％到约0.5重量％，
Cr，约17.0重量％到约20.0重量％，
Ni，约1.8重量％到约2.5重量％，
Nb，约0.2重量％到约0.6重量％，
V，约0.2重量％到约0.8重量％，
Si，约0.5重量％到约1.8重量％，以及
Mn，约1.8重量％到约2.8重量％。
12.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述铁素体钢含有小于约0.05重量％、特别是小于约0.02重量％的P、以及/或者小于约0.2重量％、特别是小于约0.16重量％的S。
13.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述铁素体钢是以熔融铸造方式制成的，并且其中，可选地，所述铁素体钢含有约1.0重量％到约1.8重量％、有利地约1.0重量％到约1.5重量％的Si。
14.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的涡轮增压器部件或方法，其中所述钢在约910℃到约930℃下进行热老化处理约2小时到6小时，然后以约50℃/小时到约80℃/小时的速率冷却到约450℃和约550℃之间，然后再冷却到环境温度。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11492690B2 (en) 2020-07-01 2022-11-08 Garrett Transportation I Inc Ferritic stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from stainless steel alloys

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0219089A2 (en) * 1985-10-14 1987-04-22 Sumitomo Metal Industries, Ltd. High-strength high-Cr ferritic heat-resistant steel and process for producing the same
CN1041642C (zh) * 1994-06-17 1999-01-13 株式会社日立制作所 高韧性13Cr5Ni系不锈钢及其用途
JP2000204946A (ja) * 1998-11-11 2000-07-25 Hitachi Metals Ltd ステンレス鋳鋼製排気系複合部品及びその製造方法
CN1406287A (zh) * 2000-12-26 2003-03-26 株式会社日本制钢所 高Cr铁素体系耐热钢
JP2006183081A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp 耐食性と冷間加工性に優れる耐摩耗用のＣｒ系ステンレス鋼線材または鋼線および該鋼線を用いてなる織機おさ用のリード材料
CN101151388A (zh) * 2005-04-07 2008-03-26 住友金属工业株式会社 铁素体类耐热钢
CN101565798A (zh) * 2008-04-22 2009-10-28 宝山钢铁股份有限公司 一种铁素体系耐热钢及其制造方法
CN102301029A (zh) * 2009-04-27 2011-12-28 爱信高丘株式会社 铁素体耐热铸钢及排气系统部件
CN102876994A (zh) * 2012-10-24 2013-01-16 章磊 一种用于涡轮构件的耐热钢及其制作方法
CN103534458A (zh) * 2011-06-07 2014-01-22 博格华纳公司 涡轮增压器以及用于该涡轮增压器的部件
CN103667976A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 无锡新大中薄板有限公司 一种铁素体耐热钢

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4705463A (en) 1983-04-21 1987-11-10 The Garrett Corporation Compressor wheel assembly for turbochargers
US5295785A (en) 1992-12-23 1994-03-22 Caterpillar Inc. Turbocharger having reduced noise emissions
EP1826288B1 (en) * 2006-02-23 2012-04-04 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Ferritic stainless steel cast iron, cast part using the ferritic stainless steel cast iron, and process for producing the cast part
WO2011154515A1 (en) * 2010-06-10 2011-12-15 Tata Steel Nederland Technology Bv A method for producing a tempered martensitic heat resistant steel for high temperature applications
DE102012100289A1 (de) 2012-01-13 2013-07-18 Benteler Automobiltechnik Gmbh Rostfreier ferritischer Stahl und Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperaturbauteils
CN104060191B (zh) 2014-06-27 2016-04-13 南京赛达机械制造有限公司 一种可提高冲击韧度的汽轮机叶片及其生产工艺
KR101676243B1 (ko) 2014-12-02 2016-11-30 현대자동차주식회사 고온 강도 및 내산화성이 우수한 내열주강

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0219089A2 (en) * 1985-10-14 1987-04-22 Sumitomo Metal Industries, Ltd. High-strength high-Cr ferritic heat-resistant steel and process for producing the same
CN1041642C (zh) * 1994-06-17 1999-01-13 株式会社日立制作所 高韧性13Cr5Ni系不锈钢及其用途
JP2000204946A (ja) * 1998-11-11 2000-07-25 Hitachi Metals Ltd ステンレス鋳鋼製排気系複合部品及びその製造方法
CN1406287A (zh) * 2000-12-26 2003-03-26 株式会社日本制钢所 高Cr铁素体系耐热钢
JP2006183081A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp 耐食性と冷間加工性に優れる耐摩耗用のＣｒ系ステンレス鋼線材または鋼線および該鋼線を用いてなる織機おさ用のリード材料
CN101151388A (zh) * 2005-04-07 2008-03-26 住友金属工业株式会社 铁素体类耐热钢
CN101565798A (zh) * 2008-04-22 2009-10-28 宝山钢铁股份有限公司 一种铁素体系耐热钢及其制造方法
CN102301029A (zh) * 2009-04-27 2011-12-28 爱信高丘株式会社 铁素体耐热铸钢及排气系统部件
CN103534458A (zh) * 2011-06-07 2014-01-22 博格华纳公司 涡轮增压器以及用于该涡轮增压器的部件
CN103667976A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 无锡新大中薄板有限公司 一种铁素体耐热钢
CN102876994A (zh) * 2012-10-24 2013-01-16 章磊 一种用于涡轮构件的耐热钢及其制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘正东等: "《中国600℃火电机组锅炉钢进展》", 31 July 2011, 北京：冶金工业出版社 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3491159A1 (en) 2019-06-05
US20190153557A1 (en) 2019-05-23
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WO2018022950A1 (en) 2018-02-01
US11821049B2 (en) 2023-11-21
KR20190035746A (ko) 2019-04-03
JP2019528375A (ja) 2019-10-10

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