CN104593692A - 一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明属于新材料技术领域，提供一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，主要应用于排气温度超过1000℃的汽车发动机排气***部件，包括排气歧管、涡轮壳等。合金成分按照质量分数计算，含有C：0.1％～0.6％、N：0.1％～0.5％、Si：0.4％～1.5％、Mn：1.5％以下、Cr：17.5％～22.5％、Ni：8.0％～13.0％、Nb：1.0％～3.0％、W：5.0％以下、Mo：6.5％以下，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。本发明的耐热奥氏体不锈钢，采用铸造方法生产，无需后期热处理，比同类耐热铸钢具有更低的生产成本和更高的承温能力及耐久性能。

Description

一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，主要应用于排气温度超过1000℃的汽车发动机排气***部件，包括排气歧管、涡轮壳等。

背景技术

汽车排放的尾气是城市大气污染的重要污染源之一。近年我国雾霾天气频频出现，政府已不能再忍耐全国到处雾霾的环保压力。从2011年7月1日起，凡不满足国四标准要求的轻型汽油车、单一气体燃料车及两用燃料车，不得销售和注册登记。从2015年1月1日起，国三柴油车产品将不得销售。2013年年初，中国国务院办公厅发布的《关于加强内燃机工业节能减排的意见》指出，到2015年，节能型内燃机产品须占全社会内燃机产品保有量的60％，与2010年相比，内燃机燃油消耗率降低6％～10％，实现节约商品燃油2000万吨，减少CO₂排放6200万吨，减少NO_x排放10％，采用替代燃料节约商品燃油1500万吨。涡轮增压技术是可以达到全球各国政府所制定的汽车排放标准的重要技术手段。涡轮增压器利用发动机的排放废气流推动涡轮机叶轮高速旋转，同时带动压气机叶轮高速旋转，使通过压气机的空气速度和压力增大，进而提高发动机空燃比。涡轮增压是一项提升引擎性能和降低车辆能耗和排放的关键技术，具备的优势有：1.燃油效率更高。与同等规格的自然吸气式汽油发动机相比，涡轮增压汽油发动机的燃油效率可提高达20％。而与自然吸气式发动机相比，同等额定功率的涡轮增压柴油发动机的燃油效率可提高达40％。2.性能更优。涡轮增压大幅提高发动机的功率和扭矩，提升车辆响应速度和安全性能。3.更清洁、更环保。涡轮增压发动机能够利用来自发动机的排放尾气，使发动机燃烧更清洁，并在不损害性能的前提下缩小发动机尺寸，同时降低CO₂和NO_x的排放量。

涡轮增压器的使用，虽然可以提高燃油效率，降低CO₂排放，但同时也提高了尾气排气温度。相较传统自然吸气式发动机，涡轮增压汽油发动机的排气温度从850℃升高至1050℃，而部件本身温度可以被加热到950～1000℃。涡轮增压器的服役环境概括起来，主要包括：(1)启动、熄火及变速运行阶段温度骤升骤降；(2)稳态运行阶段长时高温热暴露；(3)腐蚀、氧化性气氛。排气***部件将在此高温范围内长期热暴露于氧化性气体和大气中，并经受发动机的运转及停止造成的反复冷热循环。因此，排气***部件必须具有更高的承温能力和耐久性能，并在相应温度下具有较长的服役寿命。

传统的发动机排气***部件都是由耐热铸铁或耐热铸造铁素体不锈钢制造的。虽然耐热铸铁在低于900℃时表现出相对较高的强度，但当温度高于900℃时，这些材料的抗氧化和热开裂能力下降，表现出耐高温能力不足。而耐热铸造铁素体不锈钢在温度超过950℃时强度亦下降格外明显。这些传统材料已无法满足采用涡轮增压技术后提高了的性能要求。镍基高温合金具有非常优异的高温力学性能，广泛应用于航空工业，如飞机发动机的涡轮叶片等，但镍基材料的成本相对高昂，无法广泛应用于汽车发动机及其排气***部件。因此，设计、开发用于制造新型发动机排气***部件的低成本材料变得迫在眉睫。耐热铸造奥氏体不锈钢在高温服役条件下，其力学性能明显优于耐热铸造铁素体不锈钢，且成本远低于镍基高温合金材料。采用铸造工艺，无需预先固溶、时效等热处理工艺，可以进一步降低制造成本。因此，耐热铸造奥氏体不锈钢可以作为新材料设计、开发的首选材料。

目前，美国橡树岭国家实验室与卡特彼勒技术中心联合开发了一种新型耐热铸造奥氏体不锈钢CF8C-Plus(美国专利，专利号US7153373B2，公开日2006年12月26日，专利名称Heat and corrosion resistant cast CF8C stainless steel with improved high temperature strength and ductility)。该铸钢镍含量低于15％(质量分数)，具有较低的生产成本；并且在700～850℃具有较高的高温服役性能，尤其是优异的抗高温蠕变性能，因而成功应用于柴油发动机的排气歧管。但汽油发动机的排气温度普遍比柴油发动机高约200℃，因而CF8C-Plus尚不能安全可靠地应用于汽油发动机排气***部件。同时，日本日立金属集团开发了一种高铬高镍耐热铸造奥氏体不锈钢(美国专利，专利号US8241558B2，公开日2012年08月14日，专利名称High-Cr,high-Ni,heat-resistant,austenitic cast steel and exhaust equipment members formed thereby； 中国专利，专利号CN100537814C，专利名称《高Cr高Ni奥氏体系耐热铸钢及由其构成的排气***零件》，公开日2009年09月09日)，具有较高的高温服役性能，尤其是热疲劳性能，能够满足排气温度超过1000℃的服役要求。但该铸钢的Ni含量超过20％(质量分数)，因而其生产成本较高，不适宜在节能减排而又经济型的汽车发动机上使用。

因此，通过添加微量合金元素并严格控制Ni含量，设计、开发一种低成本高性能的耐热铸造奥氏体不锈钢是十分必要的。新材料应该具备良好的高温力学性能、抗氧化性能、室温塑性等综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温综合性能优良，而且金属Ni含量少、经济性高的耐热铸造奥氏体不锈钢。该铸钢的高温综合性能涵盖高温屈服强度、抗蠕变性能、抗高温氧化性能、抗热疲劳性能等高温性能及室温塑性、室温低周疲劳等室温性能。该铸钢主要应用于排气温度超过1000℃的汽车发动机排气***部件，包括排气歧管、涡轮壳等。

美国专利US7153373B2所述的20Cr-10Ni系耐热铸造奥氏体不锈钢，虽然无法满足排气温度超过1000℃的服役条件，但价格相对较贵的金属元素Ni含量较少；而美国专利US8241558B2所述的25Cr-20Ni系耐热铸造奥氏体不锈钢，虽然在排气温度超过1000℃的条件下耐热性、耐久性能较为优良，但金属Ni含量较多。因此，本发明人通过调整合金元素的种类和组成范围，以20Cr-10Ni系耐热铸造奥氏体不锈钢为基础，研究降低对耐热性、耐久性有益作用的金属Ni含量时能否获得与25Cr-20Ni系相当的承温能力和耐久性能。

由前期实验结果可知，添加非金属元素N，则即使是金属Ni含量少的20Cr-10Ni系也可以得到稳定的单相奥氏体基体组织，而且与Nb结合形成的析出相可以起到沉淀强化作用，相对明显地提高高温蠕变和热疲劳等力学性能。但大量N的添加，会促进Cr₂₃C₆、Cr₂N等富Cr碳氮化物的析出，使得奥氏体基体贫Cr，进而降低抗氧化性能。因此，本发明人为了找出具有最佳耐热和耐久性能的铸钢成分组成范围，进行了深入广泛的研究，得出以下新见解：(1)为了确保基本的耐热性能，如高温强度、耐氧化性能，在增加N含量的同时，将C、Si、Mn、Cr、Ni等主要合金元素的含量各自限制在适当范围内；(2)为了保证充分的Nb(C,N)析出相的沉淀和弥散强化作用，添加了比传统锻造不锈钢高得多的Nb，并限制在适当范围内；(3)为了提高高温蠕变寿命和热疲劳寿命，在特定的情况下含有W和/或Mo；(4)为了在增加N的同时，控制微观组织和析出相的含量，不仅规定C、Si、Mn、Cr、Ni、Nb、W、Mo等主要合金元素各自的含量，而且限制(C+N)的总量。

本发明可通过如下技术方案实现：

本发明的一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其化学成分按照质量分数计算为C：0.1％～0.6％、N：0.1％～0.5％、Si：0.4％～1.5％、Mn：1.5％以下、Cr：17.5％～22.5％、Ni：8.0％～13.0％、Nb：1.0％～3.0％、W：5.0％以下、Mo：6.5％以下，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

进一步地，所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

进一步地，所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％、W：1.0％～5.0％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

进一步地，所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％、Mo：2.0％～6.5％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

进一步地，所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征在于：(C+N)的总含量 范围为：0.2％～0.8％。

本发明耐热铸钢的制备工艺步骤如下：

(1)按成分配比称取高纯度的Fe，Cr，Ni，C，Nb，W，Mo，Si，Mn等金属材料和氮化铬铁合金；

(2)将上述称取的高纯度金属材料和氮化铬铁合金放入真空感应炉坩埚内，抽真空至5×10^-2Pa以下，然后在1500～1550℃熔炼20～30分钟后浇注，即可获得耐热铸造奥氏体不锈钢锭材。

本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢与近期发展的同类型铸钢相比，Ni含量低于15％(质量分数)，具有较低的生产成本，并且其高温屈服强度、高温疲劳性能得到明显提升，而高温抗氧化性能、室温塑性等保持在相当水平或略有提升。特别是，在1000℃，50MPa条件下，本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢的高温蠕变寿命远超过商业合金CF8C-Plus。这表明，本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢较同类耐热不锈钢，具有更低的生产成本和更高的承温能力与耐久性能，是一种新型耐热铸造奥氏体不锈钢，可有效提高汽车燃油燃烧效率和尾气净化能力。

附图说明

图1是商业铸钢CF8C-Plus的典型金相显微组织。

图2是本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢实施例4的典型金相显微组织。

图3是本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢实施例5的典型金相显微组织。

图4是本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢实施例在1000℃，50MPa条件下测得的蠕变曲线。

具体实施方式

[1]耐热铸钢的化学成分

首先，详细说明用于规定本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢化学成分的理由。以下各元素的含量“％”是指质量分数，除非特别注明。

(1)Cr：17.5％～22.5％

Cr是耐热奥氏体铸钢中必不可少的一种元素，对提高合金抗氧化性能极其重要，同时通过适量的Cr碳化物的析出，在一定程度上提高铸钢的高温强度。在1000℃及以上温度服役，铸钢中Cr含量至少需15.0％。但若Cr含量超过30.0％，会析出大量的碳化物及脆性的σ相，严重恶化铸钢的塑性。因此，Cr含量设为17.5％～22.5％，优选范围为18.5％～21.5％.

(2)Ni：8.0％～13.0％

Ni和Cr一样，是耐热奥氏体铸钢中必不可少的一种元素，是重要的奥氏体形成元素，能有效稳定铸钢奥氏体基体，并提高铸造性能。为了保证薄壁铸件的铸造性能，Ni含量的下限设为8.0％。当Ni含量超过13.0％时，Ni的作用达到饱和，而只剩铸钢居高不下的成本。因此，Ni含量设为8.0％～13.0％。从经济成本考虑，Ni含量优选范围为9.0％～12.0％。

(3)C：0.1％～0.6％

C不仅能提高铸钢基体的固溶强化能力，还能通过形成初生或次生碳化物，形成沉淀强化，提高铸钢高温强度。另外，C可以提高铸钢熔液的流动性(铸造性能)，而且通过与Nb结合形成共晶碳化物，进一步提高铸钢的铸造性能和高温强度。为了有效地起到相应作用，C含量至少为0.1％。但当C含量高于0.6％时，会形成过多的共晶碳化物和其它碳化物，降低铸钢的塑性和加工性能。因此，C含量设为0.1％～0.6％，优选范围为0.2％～0.5％。

(4)N：0.1％～0.5％

N是强奥氏体形成元素，能够稳定耐热铸钢的奥氏体基体，提高其高温强度。N能有效地细化奥氏体晶粒，尤其是具有复杂形状的铸件，而这些部件通常不能通过锻造加工。细小的晶粒不仅能提高材料的塑性，而且解决了铬镍耐热奥氏体铸钢低加工性能的问题。N能降低C的扩散速度，从而减缓或阻止碳化物的聚集长大。因此，N是提高合金塑性的重要元素。

微量N元素的添加就可以明显提高铸钢高温强度、抗蠕变性能、抗热疲劳性能和室温塑性。然而，当N含量超过0.5％时，会析出大量的氮化物，如Cr₂N，使铸钢变脆；同时降低了基体中固溶的Cr含量，使铸钢抗氧化性能恶化。而且，过多的N在铸造过程中会产生气孔等缺陷，降低铸钢的强度。因此，N含量 设为0.1％～0.5％，优选范围为0.1％～0.4％。

在奥氏体铸钢中，C与N的作用类似，都是强奥氏体形成元素，且都易于与Nb形成化合物。若铸钢中C与N的总量过低，奥氏体铸钢中会出现σ等脆性相，使合金室温塑性与高温蠕变性能恶化。若铸钢中C与N的总量过高，会促进碳氮化物的大量析出与粗化，同样不利于铸钢的室温塑性与高温蠕变性能。因此，(C+N)的总量设为0.2％～0.8％。

(5)Nb：1.0％～3.0％

Nb通过与C、N形成细小碳氮化物，从而提高耐热铸钢的高温强度和蠕变寿命，同时通过抑制Cr的碳化物析出而提高铸钢的抗氧化性能。而且，Nb还可通过形成共晶碳化物提高薄壁排气歧管部件的铸造性能。因此，Nb含量的下限设为1.0％。但过多Nb的添加会导致晶界上析出大量的共晶碳化物，使耐热铸钢变脆，严重降低其高温强度与塑性。因此，Nb含量设为1.0％～3.0％，优选范围为1.5％～2.5％。

(6)W：5％以下

W是提高耐热铸钢高温力学性能的主要合金元素之一。但过量W的添加会促进Cr₂₃C₆等富Cr碳化物的析出，恶化铸钢的抗氧化性能。而且过量的W也会促进σ相的析出，降低铸钢的高温塑性和热疲劳性能。因此，W含量设为5.0％以下，优选范围为1.0％～5.0％。

(7)Mo：6.5％

Mo能有效地提高铸钢的抗腐蚀性能，同时也是提高耐热铸钢高温力学性能的主要合金元素之一。但Mo含量超过6.5％时，会析出大量碳化物和金属间相，严重恶化铸钢的塑性。因此，Mo含量设为6.5％以下，优选范围为2.0％～6.5％以下。

(8)Si：0.4％～1.5％

Si能有效地提高铸钢的抗氧化性能，且是铸钢熔炼时必需的脱氧剂。适量的Si能提高铸钢铸造性能，但含量过多时，会影响奥氏体基体的稳定性，并进而降低铸钢的铸造性能。因此，Si含量应控制在0.4％～1.5％，优选含量0.5％～1.0％。

(9)Mn：1.5％以下

Mn是奥氏体形成元素，固溶于奥氏体基体中可以提高基体的高温强度。Mn也是铸钢熔炼时必需的脱氧剂与脱硫剂。但过多的Mn析出物会降低铸钢的抗氧化性能。因此，Mn含量应控制在1.5％以下，优选范围为0.5％～1.5％。

(10)杂质元素

根据本发明的目前研究结果，Al的含量需要严格控制。虽然Al是熔炼合金过程中重要的脱氧剂，可以与O结合形成Al₂O₃析出物。但Al同时与N也具有很强的结合能力，形成AlN，降低了基体中有效固溶的N含量。而且，AlN是一种硬脆相，过量析出会严重恶化铸钢的室温塑性和抗高温蠕变性能。因此，Al含量应控制在0.05％以下。若O含量能得到有效控制，则在冶炼时可以尽可能减少Al的添加。

铸钢中的O不仅以Al₂O₃、SiO₂等氧化物形式存在，也容易形成气孔。由于本发明的高铬中镍耐热铸造奥氏体不锈钢中含有大量Cr，O的存在会使大量Cr形成Cr₂O₃。这些氧化物和气孔使铸钢容易开裂，降低其强度、塑性与加工性能。而且本发明的耐热铸钢对Al的含量做了严格的限制，因而从冶金角度考虑，O的含量也必须做相应的限制。因此，O的含量应控制在0.04％以下。

P是目前本发明的高铬中镍耐热铸造奥氏体不锈钢中的主要杂质元素，从原料中混入。由于P容易在晶界偏析，降低铸钢的韧性，因此，其含量必须控制得尽可能低，在0.04％以下。

S也是耐热铸钢中的主要杂质元素，从原料中混入。S容易在晶界偏析，与Mn优先形成MnS，降低了基体中有效固溶的Mn含量。因此，S含量应控制在0.03％以下。

[2]耐热铸钢性能的评价实验方法

以下对本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢的性能评价试验方法进行详细说明。

(1)室温与高温拉伸

从实施例上切割试样，经机加工成标距25mm，直径5mm的标准圆棒拉伸试样，分别按照GB/T228.1-2010标准进行室温拉伸实验，GB/T 4338-2006标准进行1000℃高温拉伸实验。

(2)高温蠕变实验 

从实施例上切割试样，经机加工成标距25mm，直径5mm的标准圆棒蠕变试样，按照GB/T 2039-2012标准在1000℃，50MPa条件下进行高温蠕变实验。

(3)室温与高温低周疲劳

从实施例上切割试样，经机加工成标距30mm，直径6.5mm的标准圆棒疲劳试样，按照GB/T 15248-2008标准分别进行室温与950℃低周疲劳实验。其中，室温疲劳实验的应变范围选择是±0.3％和±0.6％，高温疲劳实验的应变范围选择是±0.6％和±0.8％。

(4)高温氧化实验 

从实施例上切割试样，并加工成10×10×2mm的薄片，再经抛光后放入坩埚称重，接着放入热处理炉，在950℃下热暴露150h后取出称重。两次重量相减即为本实验所测得的氧化增量。

通过以下实施例更详细地阐述本发明，以便于本领域人员理解本发明的优点和特征。但是，本发明并不由这些实施例所限定。

表1所示为实施例和商业合金CF8C-Plus的合金成分。其中实施例1～14是本发明所规定成分范围内的耐热铸造奥氏体不锈钢，其制备工艺步骤是：

(1)按成分配比称取高纯度的Fe，Cr，Ni，C，Nb，W，Mo，Si，Mn等金属材料和氮化铬铁合金；

(2)将上述称取的高纯度金属材料和氮化铬铁合金放入真空感应炉坩埚内，抽真空至5×10^-2Pa以下，然后在1500～1550℃熔炼20～30分钟后浇注，即可获得耐热铸造奥氏体不锈钢锭材。

表1中所示的商业合金CF8C-Plus，由美国福特公司提供。商业合金CF8C-Plus是美国专利US7153373B2所述的Ni含量得到有效控制的耐热铸造奥氏体不锈钢。该铸钢的C、Nb、W、Mo等合金元素的含量比较低，而Mn的含量比较高。图1为其典型金相显微组织。表2所示为实施例和商业合金的性能评价结果。

实施例1～4是含N且不含W，Mo的铸钢，其中实施例4的金相显微组织如图2所示。实施例1～4在1000℃，50MPa条件下的高温蠕变寿命明显高于商业合金CF8C-Plus，而且其高温低周疲劳寿命和高温氧化增量满足排气***的服役条件。

实施例5～7是含N、W且不含Mo的铸钢，其中实施例5的金相显微组织如图3所示。实施例5～7在1000℃，50MPa条件下的高温蠕变寿命明显高于商业合金CF8C-Plus，而且其室温、高温低周疲劳寿命和高温氧化增量满足排气***的服役条件。

实施例8～10是含N、Mo且不含W的铸钢，其在1000℃，50MPa条件下的高温蠕变寿命明显高于商业合金CF8C-Plus，而且其室温低周疲劳寿命满足排气***的服役条件。

表1 实施例的化学成分(质量百分数)

序号	Fe	Cr	Ni	Nb	C	Si	Mn	N	W	Mo
											实施例1	Bal.	20.35	9.86	2.08	0.43	0.60	1.01	0.29	-	-
实施例2	Bal.	20.91	9.60	2.16	0.21	0.86	0.95	0.22	-	-
											实施例3	Bal.	21.32	9.88	2.18	0.23	0.92	0.95	0.36	-	-
实施例4	Bal.	19.68	10.12	2.09	0.29	0.80	0.93	0.15	-	-
											实施例5	Bal.	20.38	9.18	2.14	0.49	0.70	0.95	0.30	1.20	-
实施例6	Bal.	21.25	10.08	2.31	0.44	0.67	0.89	0.26	3.14	-
											实施例7	Bal.	21.40	9.88	2.32	0.40	0.60	0.81	0.27	4.87	-

实施例8	Bal.	21.24	10.12	2.30	0.39	0.73	0.87	0.33	-	2.10
											实施例9	Bal.	21.18	10.13	2.34	0.42	0.74	0.86	0.29	-	4.08
实施例10	Bal.	21.28	10.14	2.37	0.42	0.72	0.86	0.30	-	6.15
											CF8C-Plus	Bal.	19.5	12.3	0.63	0.13	0.64	4.2	0.3	-	0.34

表2 实施例和商业合金的性能评价结果。

Claims (6)

1.一种具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其化学成分按照质量分数计算为C：0.1％～0.6％、N：0.1％～0.5％、Si：0.4％～1.5％、Mn：1.5％以下、Cr：17.5％～22.5％、Ni：8.0％～13.0％、Nb：1.0％～3.0％、W：5.0％以下、Mo：6.5％以下，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

2.根据权利要求1所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

3.根据权利要求1所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％、W：1.0％～5.0％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

4.根据权利要求1所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征成分按照质量分数计算为C：0.2％～0.5％、N：0.1％～0.4％、Si：0.5％～1.0％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：18.5％～21.5％、Ni：9.0％～12.0％、Nb：1.5％～2.5％、Mo：2.0％～6.5％，剩余为基体元素Fe及杂质元素P：0.04％以下、S：0.03％以下、O：0.04％以下、Al：0.05％以下。

5.根据权利要求1所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢，其特征在于：(C+N)的总含量范围为：0.2％～0.8％。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的具有优异高温综合性能的耐热铸造奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于包括下列步骤：

(1)按成分配比称取高纯度的Fe，Cr，Ni，C，Nb，W，Mo，Si，Mn等金属材料和氮化铬铁合金；

(2)将上述称取的高纯度金属材料和氮化铬铁合金放入真空感应炉坩埚内，抽真空至5×10^-2Pa以下，然后在1500～1550℃熔炼20～30分钟后浇注，即可获得耐热铸造奥氏体不锈钢锭材。