细化21-4N耐热钢碳化物的方法技术

本发明专利技术公开了一种细化21‑4N耐热钢碳化物的方法，尤其是一种涉及金属材料热处理领域的细化21‑4N耐热钢碳化物的方法：本申请的细化21‑4N耐热钢碳化物的方法，包括以下几个步骤：A、21‑4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时，当钢液温度达到目标温度后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧；B、通过合金加入口加入含镁合金；C、B步骤结束后在钢包精炼炉保温，保温过程中氩气；D、浇注，并使铸锭或连铸坯中镁含量达到30ppm～200ppm。本发明专利技术的细化21‑4N耐热钢碳化物的方法既能提高合金综合性能，又可以消除合金缺口敏感性。一种能够减小21‑4N耐热钢中层状碳化物尺寸，并能减小碳化物的聚集，有效避免钢的耐腐蚀性能下降，减少后期热处理负担。

【技术实现步骤摘要】
细化21-4N耐热钢碳化物的方法
本专利技术涉及一种细化21-4N耐热钢碳化物的方法，尤其是一种涉及金属材料热处理领域的细化21-4N耐热钢碳化物的方法。
技术介绍
21-4N耐热钢是目前国内外用于制造汽车和摩托车等发动机排气阀最广的材料，它是以奥氏体为基，以碳、氮化合物作为沉淀硬化相弥散分布以获得足够的高温强度、韧性、较高的硬度、良好的耐磨性以及在冷热交变条件下保持组织稳定性、获得较好的抗氧化和耐腐蚀能力，在工作温度800℃下具有良好的力学性能和高温性能。21-4N耐热钢是高合金钢，钢中碳和铬含量很高，冶炼或轧制过程中，钢中存在大量的M23C6和M7C3型碳化物，而碳化物的大小、形貌及分布对气阀的使用寿命和性能的稳定性具有极大地影响。在钢液凝固过程中，M7C3型碳化物先于M23C6型碳化物析出，随着温度的降低和碳铬元素不断析出，M7C3型碳化物逐渐转变为M23C6型碳化物，由于元素的扩散需要一定的时间，M7C3型碳化物不能完全转变为M23C6型碳化物，因此21-4N钢中既含大量M23C6型碳化物又包含少量M7C3型碳化物。M23C6型碳化物和M7C3型碳化物都是以铬为主的碳化物，粗大的M23C6型碳化物和M7C3型碳化物会导致碳化物周围贫铬，致使钢的耐腐蚀性能下降，此外粗大的碳化物会增加后期热处理的负担，造成能源的不必要消耗，甚至会导致热处理后碳化物尺寸仍不能达到国家标准要求，增加废品率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够减小21-4N耐热钢中层状碳化物尺寸，并能减小碳化物的聚集，有效避免钢的耐腐蚀性能下降，减少后期热处理负担的细化21-4N耐热钢碳化物的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的细化21-4N耐热钢碳化物的方法，包括以下几个步骤：A、21-4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时，当钢液温度达到目标温度后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧；B、通过合金加入口加入含镁合金；C、B步骤结束后在钢包精炼炉保温，保温过程中氩气；D、浇注，并使铸锭或连铸坯中镁含量达到30ppm～200ppm。进一步的是，在C步骤中当钢液温度达到1550℃～1650℃时，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧。进一步的是，在B步骤中通过合金加入口加入镍镁合金。进一步的是，在B步骤中喂含镁包芯线。进一步的是，在C步骤中氩气的流量为30L/min～350L/min。进一步的是，在C步骤中保温温度要使开浇温度在1400℃～1490℃范围内。本专利技术的有益效果是：申请通过在21-4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时加入含镁合金来减小21-4N耐热钢中碳化物尺寸，并使得碳化物在钢中均匀分布；这样使钢中含有一定含量的镁，不仅影响21-4N耐热钢中夹杂物及碳化物的析出行为，同时还会对凝固组织细化产生有利的作用，由此提高21-4N耐热钢的高温强度和高温耐磨性能，此外钢中的镁与氧和硫有很强的亲和力，形成氧化镁和硫化镁，提高钢的纯净度。附图说明图1是不含镁钢的碳化物光镜形貌图。图2是含镁32ppm钢的碳化物光镜形貌图。图3是不含镁钢碳化物粒径分布图。图4是含镁32ppm钢的碳化物粒径分布图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。本专利技术解决其技术问题所采用的细化21-4N耐热钢碳化物的方法包括以下几个步骤：A、21-4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时，当钢液温度达到目标温度后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧；B、通过合金加入口加入含镁合金；C、B步骤结束后在钢包精炼炉保温，保温过程中吹氩气；D、浇注，并使铸锭或连铸坯中镁含量达到30ppm～200ppm。本申请通过在21-4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时加入含镁合金来减小21-4N耐热钢中碳化物尺寸，并使得碳化物在钢中均匀分布；这样使钢中含有一定含量的镁，不仅影响21-4N耐热钢中夹杂物及碳化物的析出行为，同时还会对凝固组织细化产生有利的作用，由此提高21-4N耐热钢的高温强度和高温耐磨性能，此外钢中的镁与氧和硫有很强的亲和力，形成氧化镁和硫化镁，提高钢的纯净度。在保温过程中吹氩可以均匀耐热钢的温度和成分。在C步骤中当钢液温度达到1550℃～1650℃时，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧。在1550℃～1650℃温度范围内通过喂丝机连续喂铝丝的方式可以使镍镁合金加入后可以快速融化，并取得较高的镍、镁收得率，并保证镍镁合金加入后可以达到钢的浇注温度。本申请加入含美合金的方式有两种，第一种是通过合金加入口加入镍镁合金，镍镁合金块可以较快速度在重力作用下沉入钢水中，从而保证镁的收得率。本申请也可以采用喂含镁包芯线的方式，镁在线的芯部，喂入钢水中后，外部保护层融化后镁才能融化，而不会加入钢水中后就使镁蒸发。在C步骤中氩气的流量为30L/min～350L/min。气采用前述氩气流量可以使保温过程中耐热钢的温度和成分分布更加均匀。在C步骤中保温温度要使开浇温度在1400℃～1490℃范围内。这样保护结束后使钢液能够在满足浇注温度的条件下进行。实施例121-4N耐热钢在LF炉精炼时(钢包内钢水约80t)，当钢液温度达到目标温度1600℃后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧，通过合金加入口加入镍镁合金(或喂含镁包芯线)，合金化结束后喂Ca-Si线300米，在1520℃LF炉保温5min，保温过程中以100L/min流量吹氩以均匀温度和成分，吊包温度1500℃，开浇温度在1445℃，铸锭(或连铸坯)中镁含量72ppm。本实施例中，碳化物明显细化，层状结构变薄，碳化物均匀分布，块状碳化物基本消失。铸锭中的氧硫含量分别降低22％和30％。夹杂物含量减少15％，尺寸明显减少，形状变为圆球状。实施例221-4N耐热钢在LF炉精炼时(钢包内钢水约75t)，当钢液温度达到目标温度1600℃后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧，通过合金加入口加入镍镁合金(或喂含镁包芯线)，合金化结束后喂Ca-Si线300米，在1520℃LF炉保温5min，保温过程中以90L/min流量吹氩以均匀温度和成分，吊包温度1500℃，开浇温度在1450℃，铸锭(或连铸坯)中镁含量32ppm。本实施例中，碳化物明显细化，层状结构变薄，碳化物均匀分布，块状碳化物基本消失。铸锭中的氧硫含量分别降低18％和25％。夹杂物含量减少10％，尺寸明显减少，形状变为圆球状。实施例321-4N耐热钢在LF炉精炼时(钢包内钢水约65t)，当钢液温度达到目标温度1600℃后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧，通过合金加入口加入镍镁合金(或喂含镁包芯线)，合金化结束后喂Ca-Si线300米，在1520℃LF炉保温5min，保温过程中以80L/min流量吹氩以均匀温度和成分，吊包温度1500℃，开浇温度在1440℃，铸锭(或连铸坯)中镁含量57ppm。本实施例中，碳化物明显细化，层状结构变薄，碳化物均匀分布，块状碳化物基本消失。铸锭中的氧硫含量分别降低20％和27％。夹杂物含量减少13％，尺寸明显减少，形状变为圆球状。为了更充分的说明本专利技术的效果，现在以实际测试数据进行相关说明：取上述实施例2加镁32ppm铸锭和不加镁铸锭的金相样。其成分如表1所示。表1加镁32ppm和不加镁21-4N钢的成分/％对金相样品抛光后采用饱和苦味酸盐酸酒精混合溶液腐蚀20s。金相样腐蚀后的碳化物形貌如图1和图2所示，可以看出钢中加入镁后碳化物层状结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.细化21‑4N耐热钢碳化物的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：A、21‑4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时，当钢液温度达到目标温度后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧；B、通过合金加入口加入含镁合金；C、B步骤结束后在钢包精炼炉保温，保温过程中吹适氩气；D、浇注，并使铸锭或连铸坯中镁含量达到30ppm～200ppm。

【技术特征摘要】
1.细化21-4N耐热钢碳化物的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：A、21-4N耐热钢在钢包精炼炉精炼时，当钢液温度达到目标温度后，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧；B、通过合金加入口加入含镁合金；C、B步骤结束后在钢包精炼炉保温，保温过程中吹适氩气；D、浇注，并使铸锭或连铸坯中镁含量达到30ppm～200ppm。2.如权利要求1所述的细化21-4N耐热钢碳化物的方法，其特征在于：在C步骤中当钢液温度达到1550℃～1650℃时，通过喂丝机连续喂铝丝脱氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，李映，于要伟，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51