奥氏体合金钢制造技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体合金钢，包含碳、硅、磷、硫、镍、铬、钼、钛、铝、钴、铜、硼、铁，其重量百分比为：碳（Ｃ）：０．０４－０．１％；硅（Ｓｉ）：≤１％；磷（Ｐ）：≤０．０２０％；硫（Ｓ）：≤０．０１５％；镍（Ｎｉ）：≥６５％；铬（Ｃｒ）：１８－２１％；钼（Ｍｏ）：≤１％；钛（Ｔｉ）：１．８－２．７％；铝（Ａｌ）：１．０－１．８％；钴（Ｃｏ）：≤２．０％；铜（Ｃｕ）：≤０．２％；硼（Ｂ）：≤０．００８％；铁（Ｆｅ）：≤２．５％。该奥氏体合金钢，对钢的成分进行了合理调整，具备良好的综合性能，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。

【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阀钢基体贫铬，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%Al、 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. 50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高负荷内燃机排气阀用奥氏体合金钢，产品成分设计合理，综合性能好、尤其高温强度、高温耐蚀性能好，极耐燃气腐蚀。本专利技术是通过如下技术方案来实现的奥氏体合金钢，包含碳、硅、磷、硫、镍、铬、钼、钛、铝、钴、铜、硼、铁，其重量百分比为碳(C): 0. 04-0. 1%; 硅(Si ):《1%;磷(P):《0. 020%;硫(S): < 0. 015%;镍(Ni): > 65%;铬(Cr): 18-21%; 钼(Mo): <1%;钬(Ti ) : 1. 8-2. 7%;铝(Al ) : 1. 0-1. 8%;钴(Co): < 2. 0%;铜(Cu): <0, 2%;硼(B): < 0. 008。/。；铁(Fe): < 2, 5%。所述的奥氏体合金钢还含稀土元素，其质量百分比为稀土元素Ue): 0. 10-0. 20%。根据本专利技术的目的，本专利技术所提出的奥氏体合金钢，通过对该钢的成分进行 合理的调整，使本专利技术奥氏体合金钢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75(TC和100小时的时效后，层状析出量〈ioy。，并且新相的结构更稳定，经高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髙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 量的合理提髙，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Si0j莫，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O. 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，提高钢在低温下的軔性、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，珪 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；钬在钢中能形成 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硼元素，微量硼可改善耐晶间腐蚀性能，微量硼 的加入还可提高奥氏体不锈钢的热塑性，改善热加工性；硼是提高奥氏体不锈 钢热中子吸收截面的重要元素，但是硼含量超过在奥氏体中的溶解度时，会形 成低熔点硼化物共晶，从而显著降低钢的热加工性，并且钢的强度提高，塑性 降低。在本专利技术钢的成分中加入钼元素，钼的作用主要是提高钢在还原介质的耐 蚀性，并提高钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀等性能；钼主要是强化钢中铬的耐蚀作 用，与此同时，钼形成钼酸盐后的缓蚀作用也已为实验所证实；含钼的铬镍钼 奥氏体不锈钢由于耐点腐蚀性能较高，所以在实际应用中常常比不含钼钢具有 更好的耐氯化物应力腐蚀性能。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0. 30%wt后趋于稳定。0. lOWt-O. 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相与奥氏体存在一定的位向关系图〃[oHK，(211)Mra〃(ih)Y,其析出机制可能为胞状脱溶Y。Y,+M7C3，适量稀土减少了胞 状组织本文档来自技高网...

【技术保护点】
奥氏体合金钢，包含碳、硅、磷、硫、镍、铬、钼、钛、铝、钴、铜、硼、铁，其重量百分比为：碳（Ｃ）：０．０４－０．１％；硅（Ｓｉ）：≤１％；磷（Ｐ）：≤０．０２０％；硫（Ｓ）：≤０．０１５％；镍（Ｎｉ）：≥６５％；铬（Ｃｒ）：１８－２１％；钼（Ｍｏ）：≤１％；钛（Ｔｉ）：１．８－２．７％；铝（Ａｌ）：１．０－１．８％；钴（Ｃｏ）：≤２．０％；铜（Ｃｕ）：≤０．２％；硼（Ｂ）：≤０．００８％；铁（Ｆｅ）：≤２．５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫友军，练明生，叶刚，韩小军，赵永宏，
申请(专利权)人：江苏申源特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]