排气阀用耐热合金的生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种排气阀用耐热合金及其生产工艺，其成分质量百分比为：Ｃ：０．０４－０．１０，Ｍｎ：≤１．００，Ｐ：≤０．０２０，Ｓ：≤０．０１５，Ｓｉ：≤１．００，Ｃｒ：１８．０－２１．０，Ｃｏ：≤２．００，Ｆｅ：≤３．００，Ｔｉ：１．８０－２．７０，Ａｌ：１．００－１．８０，Ｃｕ：≤０．２０，余量Ｎｉ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。该排气阀用耐热合金成分设计合理，产品综合性能好，尤其高温强度、高温耐蚀性能好、极耐燃气腐蚀，其生产工艺大幅度降低生产中的耗电量、制备成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于奥氏体型耐热钢的制备领域，特别适用于生产大中型船舶、飞机、 坦克用内燃机的进、排气阀用奥氏体耐热钢。
技术介绍
目前，我国在中等负荷的内燃机中，普遍釆用21-4N钢(即5Cr21Mn9Ni4N) 作为中、小缸径的排气阀用钢，该钢的工作温度在650-75(TC之间，气阀钢长期 使用在高温下,则会有层状析出物增多，由于这种层状的析出是铬的碳化物和氮 化物，因此大量的析出物会使气闽钢基体贫铬，导致该钢在高温燃气条件下的 抗腐蚀性能显著下降，也会使气阀的颈部、盘部、盘锥面形成腐蚀坑，容易使 气阀钢产生漏气和盘部开裂，气阀颈部的腐蚀坑在弯曲疲劳应力的作用下，很 容易产生疲劳裂紋甚至断裂。现有技术中针对高负荷的内燃机排气阀用钢也有 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，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21-4N钢基础上添加了 5-6%A1、 1. 8-2. 5飾、0. 8-1. 5%W, N提高到0. 4-0. 6% 的成分范围，再有改进形气阀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飾;0. 5-1. 5飾;0. 5-1. 5V和 0.05-0.20%Zr元素，该类钢性能只略有所提高，不能满足高负荷内燃机排气阀 用钢的需要。
技术实现思路
本专利技术提供一种成分设计合理，产品综合性能好、尤其高温强度、高温耐 蚀性能好，极耐燃气腐蚀、且能大幅度降低生产中的耗电量、制备成本低的高 负荷内燃机排气阀用耐热合金及其生产工艺。本专利技术是通过如下技术方案来实现的排气阀用耐热合金及其生产工艺，其成分质量百分比为C: 0.04-0.10, Mn: < 1. 00, P:《0.020, S:《0.015, Si:《1.00, Cr: 18.0-21.0, Co:《2.00， Fe:《3.00, Ti: 1.80-2.70, Al: 1.00-1.80, Cu:《0.20,余量Ni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。所述的排气阀用耐热合金及其生产工艺，它还含稀土元素，其质量百分比 为稀土元素(Re) 0. 10-0.20%。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1650-167(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，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。根据本专利技术的目的，本专利技术所提出的排气阀用耐热合金，通过对该钢的成分 进行合理的调整，使本专利技术排气阀用耐热合金在具备良好综合性能的同时，尤 其高温强度、高温耐蚀性能好，极耐燃气腐蚀，满足高负荷内燃机排气阀用钢 的需要。本专利技术的解决方案，首先是针对内燃机的进、排气阀用奥氏体耐热钢的不足，对气阀钢的成分进行重新设计。在本专利技术钢与现有内燃机的进、排气阀用 奥氏体耐热钢的成分进行比较后可看到，在成分中增加和调整了稀土元素和镍、 碳等元素的含量，本专利技术通过增加新元素及调整其他元素的含量形成了新的相 结构，从而抑制和改变了原来铬与碳形成的层状析出。本专利技术经过750'C和100小时的时效后，层状析出量〈ioy。，并且新相的结构更稳定，经髙温长时间时效后的屈服强度、持久强度和高温弯曲疲劳强度明显高于现有技术中高负荷的内 燃机排气阀用钢。另外，由于轻稀土元素的增加和其他元素含量的调整，使本专利技术气阀钢在650-75(TC范围内的抗氧化和抗燃气腐蚀性能均有所提高，材料的 晶粒被合理细化。在本专利技术所提出的钢成分中，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，提高其高温强度、高 温耐蚀性能。本专利技术钢的成分中加入碳元素，主要考虑到碳既是奥氏体化元素，又是间 隙强化的元素，碳与铬可以形成碳化物，能有效的提高强化效果。当随着碳含 量的合理提高，其材料的时效强度效果会更显著，这样可以保证本专利技术钢在高 温下具有足够的高温短时强度和长时高温强度。在本专利技术钢的成分中加入铬元素，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，铬与碳化合形成化合物，既提高了强度又提高硬度从 而提高耐磨性，但添加过多的铬元素则会有利于铁素体的产生，或是a相的产 生，这对本专利技术钢在降低制备成本和提高综合性能不利，因此必须控制铬的添 加量。在本专利技术钢的成分中加入镍元素，镍是奥氏体形成的元素，它的主要作用 是形成并稳定奥氏体组织，它促进铬的钝化，其本身不是耐腐蚀元素，但镍可 改善冷热加工性能，使强度、塑性和韧性很好的配合，对钢的高温强度和抗氧化性也有明显地作用；在本专利技术钢的成分中加入钴元素，钴的作用类似镍，是 一种奥氏体形成元素。在本专利技术钢的成分中加入硅元素，硅的加入有脱氧效果，当硅以固溶态的 形式存在时，他可以提高基体的屈服强度，对提高钢的抗氧化性和抗燃气腐蚀 性较为有利，但会使材料的韧脆转变温度提高，对钢的塑性性能有不利的影响， 同时可在钢的表面上形成致密的Si02膜，阻碍酸向钢内部进一步侵蚀，对提高 钢在高浓度硝酸中的耐蚀性尤为有效，含硅量过高使钢度变形困难。在本专利技术钢的成分中加入铜元素，铜在奥氏体不锈钢中的作用，能显著降 低钢的冷作硬化倾向，提高冷加工成形性能，而且，铜也是弱奥氏体形成元素。 因此设计时，铜控制在不大于0.2%的范围，铜过高会影响钢的强度和奥氏体钢 的耐点蚀、耐应力腐蚀性能。在本专利技术钢的成分中加入铝元素，铝在奥氏体不锈钢中的作用，能提高不 锈钢的耐腐蚀性能，提高钢在低温下的韧性、抗氧化性，但铝含量小于4%时， 钢的耐腐蚀性能不明显，铝含量提高，钢的耐腐蚀性能也随之提高，但热加工性能变差，在扎制、锻造时易开裂，其含量按1.0-1.8%范围控制；加铝时，硅 取中上限。在本专利技术钢的成分中加入锰元素，锰是弱形成奥氏体元素，但具有强烈稳 定奥氏体的作用，但随着锰元素的提高强度也提高，设计锰含量不大于1%。为 保证奥氏体组织，降低马氏体变形温度，成分控制按:碳取上限时，锰取中下P艮; 碳在下限时，锰取中上限。在本专利技术钢的成分中加入钛元素，钛作为稳定钢中碳的元素，优先与碳结 合形成TiC，减少M23C6的形成，达到防止敏化态晶间腐蚀的目的；钛在钢中能形成 金属间相，可提高不锈钢的强度。在本专利技术钢的成分中加入稀土元素，稀土在钢中的作用机理稀土在钢中 的固溶量在10 —6~10 — 5数量级之间，随着稀土加入量的增大，稀土固溶量随之有 较大增加，但当稀土加入量大于O. 30。/。wt后趋于稳定。0. 10%wt-0. 20。/。wt稀土能 使钢铸态树枝晶组织明显得到细化，偏析现象减轻；但当稀土过量时铸态组织 又开始粗化。铸态片层M7C3相与奥氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
排气阀用耐热合金及其生产工艺，其成分质量百分比为：Ｃ：０．０４－０．１０，Ｍｎ：≤１．００，Ｐ：≤０．０２０，Ｓ：≤０．０１５，Ｓｉ：≤１．００，Ｃｒ：１８．０－２１．０，Ｃｏ：≤２．００，Ｆｅ：≤３．００，Ｔｉ：１．８０－２．７０，Ａｌ：１．００－１．８０，Ｃｕ：≤０．２０，余量Ｎｉ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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庄明，黄明义，刘庄庚，孙建平，计建康，陈春所，
申请(专利权)人：江苏兴海特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]