奥氏体气门用钢及其生产工艺的制作方法

文档序号:3387046阅读:302来源:国知局
专利名称:奥氏体气门用钢及其生产工艺的制作方法
技术领域
本发明属于奥氏体型耐热钢的制备领域,特别适用于生产内燃机的进、排 气阀用奥氏体耐热钢。
背景技术
气阀钢是制备发动机进、排气阀的主要材料,广泛用于大、中、小型发动 机,是发动机上的重要易损件,其工作条件异常恶劣,必须具备较高的高温性 能、耐磨性能和耐腐蚀性能,因此研究既耐高温又耐磨、耐蚀的材料,是气阀 钢行业亟待解决的问题之一。目前,在国内由于没有新型高温耐磨耐蚀材料的 问世,而常使用纯粹的耐高温合金钢和单纯的耐磨材料,前者虽然具有良好的
耐高温性能,但耐磨耐蚀性不够;后者则虽然具有很高的室温耐磨耐蚀性能, 但随着工作温度的提高,其耐磨耐蚀性能又迅速下降,从而导致材料的过早失 效。目前对该类材料的研究,往往釆用高洁净度,超微细化的优质合金钢,通 过对耐磨材料的微合金化、热处理和特殊的表面处理技术来提高耐热耐磨耐蚀 材料的综合性能。气阀钢制备的主要工艺流程电炉冶炼—电渣重熔—锻造— 修磨—轧制—固溶—校直—磨光。目前,我国在中等负荷的内燃机中,普遍釆 用21-4N钢(即5Cr21Mn9翻)作为中、小缸径的排气阀用钢,在国外现有技 术中也有资料介绍,例如美国专利4929419文献介绍的气阀钢,该钢是针对 23-8N钢进行面分调整,如采用添加C、 B、 W、 Mo元素和提高C、 N含量来改变 钢种的使用性能,该钢虽然性能略比23-8N有所提高,但其制造成本要比21"N 高出很多,该钢是使用在制备高负荷的内燃机排气阀用钢。另外德国在专利文 献DE3704473A1中介绍的是一种改进型气阀钢,该钢是在21—N钢基础上添加了 5-6%Al、 1,8-2. 5%Nb、 0. 8-1. 5°/。W, N提高到0. 4-0. 6%的成分范围,该钢是 使用在高负荷的内燃机排气闽中,但是该钢的制备成本仍然高于21 -4N钢的一 倍以上。再有改进形气闽钢的技术还有俄罗斯SU1650762A1专利,该专利文献 介绍了一种在21-4N基础上添加0. 5-1.5%Mo; 0. 5-1. 5%Nb; 0. 5-1. 5V和 0. 05-0. 20%Zr元素,该钢的用途性能要高于21-4丽Nb (X50CrMnNiNbN219)钢,
该钢是使用在高负荷发动机的排气阀,其高温强度、高温持久强度、高温硬度 都高于X50CrMnNiNbN219钢,其制备成本也在21-4N钢的一倍以上。中国专利 文献CN1570184A介绍的一种经济型气阀钢,该钢是在21-4N钢基础上添加了 NbO. 20-1. 10%, ReO. 01-0. 2%,其余为Fe;该钢综合性能好和制备成本较低。 以上气阀钢终因镍含量较高,制备成本居高不下。

发明内容
本发明提供一种成分设计合理,产品综合性能好、镍含量低、大幅度降低 生产中的耗电量、制备成本低的奥氏体气门用钢及其生产工艺。
本发明是通过如下技术方案来实现的奥氏体气门用钢及其生产工艺,其 成分质量百分比为C: 0.57-0.65 , Si: <0. 25, Mn: 9.50-11.50, Ni: < 1. 50, Cr: 20. 00-22. 00, P:《0. 050, S:《0. 030, N: 0. 40—0. 60, Nb: 1. 00-1. 20, V: 0.75-1.00,余铁和不可避免杂质;其生产工艺取上述组分材料,釆用电 炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺。
所述的电炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺包括下列步骤
(1) 电炉冶炼、调质,在1600-162(TC的温度下,加原料于中频感应炉中熔炼, 熔炼时间l-2小时,取样分析后调质;
(2) 气体精炼,气体精炼是将中频感应炉熔化的钢水进行输入气体精炼,精 炼温度1650-1670°C,精炼时间0.5-1小时,达到吹气、除磷、除硫,掺合各种微量合金并微调质,使钢水的化学成份达到产品规定的标准;
(3) 连铸连轧,按产品要求浇铸成连铸坯,轧制成盘元;
(4) 退火、校直、截取、磨光。
在本发明所提出的气阀钢成分中,首先考虑该钢在保证其具有良好综合性
能的前提下,通过成分及元素含量的合理调整,使本发明气阀钢的成分中加入c 和N元素,主要考虑到C和N既是奥氏体化元素,又是间隙强化的元素,C和N 与Cr可以形成碳化物和碳氮化物,能有效的提高强化效果。当随着C、 N含量 的合理提高,其材料的时效强度效果会更显著,这样可以保证本发明钢在高温 下具有足够的高温短时强度和长时高温强度。在本发明气阀钢的成分中加入Cr 元素,是可以保证该钢中具有良好的抗氧化化和抗燃气高温腐蚀性能,Cr与C、 N化合形成化合物,既提高了强度又提髙硬度从而提高耐磨性,但添加过多的 Cr元素则会有利于铁素体的产生,或是a相的产生,这对本发明钢在降低制备 成本和提高综合性能不利,因此必须控制Cr的添加量。Mn是奥氏体化元素,Mn 可以替代Ni,从而降低钢的成本,Mn的作用还在于有助于增中基体中N元素的 固溶效果,同时Mn也有助于抑制层状析出的作用。但是,Mn的增加会降低钢的 抗氧化和抗燃气腐蚀性能,Mn还能与钢中的S结合后形成MnS,从而使S的有 害作用降到最低,因此Mn元素的加入量选择在9. 50-11.50%范围内较合适。Ni 元素也是奥氏体形成的元素,对钢的高温强度和抗氧化性也有明显地作用。Si 元素对提高钢的抗氧化性和抗燃气腐蚀性较为有利,但对钢的塑性性能有不利 的影响,所以在本发明钢中应控制在小于0.25%。铌作为稳定钢中碳的元素,优 先与碳结合形成NbC,减少M23C6的形成,达到防止敏化态晶间腐蚀的目的;铌在钢 中能形成金属间相,可提高不锈钢的强度。钒使钢能耐盐酸、稀硫酸、碱溶液和 海水的腐蚀,钼能进一步提高不锈钢对硫酸或还原性介质的耐腐蚀性能。本发明采用炉外气体精炼+连铸连轧技术,代替原有生产中的电渣重熔及 自结晶的工艺,去掉电渣炉这个高耗电设备,大幅度降低生产中的耗电量。用 于发动机的气门钢是一种合金钢,它不但要有稳定的化学成份,还要有特别的 物理性能。本发明釆用炉外气体精炼+连铸连轧技术,生产的连铸钢坯可以满足 气门钢的要求,不但能满足气门钢的化学成份的要求,同时能满足气门钢的物 理性能。
与现有技术相比,本发明有如下优点
(1) 采用配套连轧生产,可以节省二次加热,节约大量能源。
(2) 气体精炼可省去老工艺生产中的电渣重熔这道工序,节约大量电能。
(3) 提高了金属的收得率和成材率,连铸从根本上消除了模铸的中注管的残
钢,又因连铸钢坯不需切点切尾,因而成材率也有提高。
(4) 提高了铸坯质量,釆用连铸方法可以合理地调节铸坯的冷却条件,实现 比较合理的冷却速度,使铸坯结晶比较稳定。内部组织致密,非金属夹杂总量 比同种钢锭低2oy。左右,化学成份偏差及内部金相组织缺陷等减少,提高了金属 的机械性能。经对改进后的水平连铸机生产出的钢坯进行金相组织测试,达到 了气门钢的各种性能指标,满足生产要求。
(5) 大地改善了劳动条件,减轻了工人的劳动强度。
(6) 是一种节镍的钢种,它可以节镍7-9%,大大降低了不锈钢产品的成本, 更节约了紧缺的金属资源。
具体实施例方式
实施例1: 一种奥氏体气门用钢,其成分质量百分比为C: 0. 57, Si: 0. l5, Mn: 9.50, Ni:1.20, Cr: 20.00, P:0.008, S:0.003, N: 0.40, Nb: 1.00, V: 0.75,余铁和不可避免杂质;其生产工艺取上述组分材料,釆用电炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺,具体包括下列步骤
(1) 电炉冶炼、调质。在1600-162(TC的温度下,加原料于中频感应炉中熔炼, 熔炼时间1-2小时,取样分析后调质;
(2) 气体精炼。气体精炼是将中频感应炉熔化的钢水进行输入气体精炼,精 炼温度1650-167(TC,精炼时间0. 5-l小时,达到吹气、除磷、除硫,掺合各种 微量合金并微调质,使钢水的化学成份达到产品规定的标准;
(3) 连铸连轧。由炼钢炉出的钢水,经中间包运送到中间罐,经中间罐的水 口装置铸入结晶器,结晶器是紫铜或黄铜加工而成,其内壁和外壁之间通冷却 水以冷却钢液,使钢水迅速凝固成形,根据生产的品种和规格不同,结晶器的 尺寸和形式也可不同,当钢水在结晶器内上升到要求的高度时,开动拉坯机, 以 一定的速度将铸坯从结晶器牵引出,为防止铸坯在拉出过程中漏钢和减少结 晶器中的拉坯的阻力,提高钢坯的物理性能,在浇铸过程中还要使结晶器振动, 振动的大小、方向都是变化的,振动的频率与钢坯的速度有关,凝固的钢坯还 要根据后道工序的要求切割成需要的尺寸,经输送道进入后面的连铸机,浇铸 成满足连轧机生产的连铸坯,加温轧制成盘元。
(4) 退火、校直、截取、磨光。退火温度78(TC,保温1.5小时。
实施例2: —种奥氏体气门用钢,其成分质量百分比为C:0.65 , Sh 0, 25,Mn: 11. 50, Ni: 1, 50, Cr: 22.00, P: 0. 050, S: 0. 030, N: 0.60, Nb: 1.20, V: 1.00,余铁和不可避免杂质;其生产工艺取上述组分材料, 釆用电炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺,具体包括下列步骤
(1) 电炉冶炼、调质。在1600-162(TC的温度下,加原料于中频感应炉中熔炼, 熔炼时间l-2小时,取样分析后调质;
(2) 气体精炼。气体精炼是将中频感应炉熔化的钢水进行输入气体精炼,精炼温度1650-1670°C,精炼时间0.5-l小时,达到吹气、除磷、除硫,掺合各种 微量合金并微调质,使钢水的化学成份达到产品规定的标准;
(3)连铸连轧。由炼钢炉出的钢水,经中间包运送到中间罐,经中间罐的 水口装置铸入结晶器,结晶器是紫铜或黄铜加工而成,其内壁和外壁之间通冷 却水以冷却钢液,使钢水迅速凝固成形,根据生产的品种和规格不同,结晶器 的尺寸和形式也可不同,当钢水在结晶器内上升到要求的高度时,开动拉坯机, 以一定的速度将铸坯从结晶器牵引出,为防止铸坯在拉出过程中漏钢和减少结 晶器中的拉坯的阻力,提高钢坯的物理性能,在浇铸过程中还要使结晶器振动, 振动的大小、方向都是变化的,振动的频率与钢坯的速度有关,凝固的钢坯还 要根据后道工序的要求切割成需要的尺寸,经输送道进入后面的连铸机,浇铸 成满足连轧机生产的连铸坯,加温轧制成盘元。
(4)退火、校直、截取、磨光。退火温度78(TC,保温1.5小时。 以上详细说明了本发明的实施方式,但这只是为了便于理解而举的实例, 不应被视为是对本发明范围的限制。同样,任何所属技术领域的技术人员均可 根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述,做出各种可能的等同改变或替 换,但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1、奥氏体气门用钢及其生产工艺,其成分质量百分比为C0.57-0.65,Si≤0.25,Mn9.50-11.50,Ni≤1.50,Cr20.00-22.00,P≤0.050,S≤0.030,N0.40-0.60,Nb1.00-1.20,V0.75-1.00,余铁和不可避免杂质;其生产工艺取上述组分材料,采用电炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺。
2、 根据权利要求l所述的奥氏体气门用钢及其生产工艺,所述的电炉冶炼、 调质+气体精炼+连铸连轧工艺包括下列步骤(1) 电炉冶炼、调质,在1600-162(TC的温度下,加原料于中频感应炉中熔炼, 熔炼时间l-2小时,取样分析后调质;(2) 气体精炼,气体精炼是将中频感应炉熔化的钢水进行输入气体精炼,精 炼温度1650-1670°C,精炼时间0. 5-1小时,达到吹气、除磷、除硫,掺合各种微量合金并微调质,使钢水的化学成份达到产品规定的标准;(3) 连铸连轧,按产品要求浇铸成连铸坯,轧制成盘元;(4) 退火、校直、截取、磨光。
全文摘要
本发明公开了一种奥氏体气门用钢及其生产工艺,其成分质量百分比为C0.57-0.65,Si≤0.25,Mn9.50-11.50,Ni≤1.50,Cr20.00-22.00,P≤0.050,S≤0.030,N0.40-0.60,Nb1.00-1.20,V0.75-1.00,余铁和不可避免杂质;其生产工艺取上述组分材料,采用电炉冶炼、调质+气体精炼+连铸连轧工艺。该奥氏体气门用钢成分设计合理,产品综合性能好、镍含量低、其生产工艺大幅度降低生产中的耗电量、制备成本低。
文档编号C22C38/58GK101429627SQ20071013527
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者刘庄庚, 刘庄明, 孙建平, 计建康, 陈春所, 黄明义 申请人:江苏兴海特钢有限公司
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