專利名稱：馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于馬氏體型耐熱鋼領(lǐng)域，主要適用于制作高溫下抗氧化、抗燃?xì)?腐蝕等關(guān)鍵部件，特別適用于生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)、排氣閥用馬氏體耐熱鋼。
背景技術(shù)：
氣閥鋼是制備發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣閩的主要材料，廣泛用于大、中、小型發(fā)動(dòng) 機(jī)，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要易損件，其工作條件異常惡劣，必須具備較高的高溫性 能、耐磨性能和耐腐蝕性能，因此研究既耐高溫又耐磨、耐蝕的材料，是氣閥 鋼行業(yè)極待解決的問(wèn)題之一。目前，在國(guó)內(nèi)由于沒(méi)有新型高溫耐磨耐蝕材料的 問(wèn)世，而常使用純粹的耐高溫合金鋼和單純的耐磨材料，前者雖然具有良好的
耐高溫性能，但耐磨耐蝕性不夠；后者則雖然具有很高的室溫耐磨耐蝕性能， 但隨著工作溫度的提高，其耐磨耐蝕性能又迅速下降，從而導(dǎo)致材料的過(guò)早失 效。目前對(duì)該類材料的研究，往往釆用高潔凈度，超微細(xì)化的優(yōu)質(zhì)合金鋼，通 過(guò)對(duì)耐磨材料的微合金化、熱處理和特殊的表面處理技術(shù)來(lái)提高耐熱耐磨耐蝕 材料的綜合性能。氣閥鋼制備的主要工藝流程電爐冶煉—電渣重熔—鍛造— 軋制—固溶—校直—磨光。目前，國(guó)際上常用HSSUH4B(即美國(guó)XB)耐熱鋼制作
內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閩，該鋼由于高溫塑性較差；回火脆性明顯，導(dǎo)致鋼錠開坯、
鋼材熱軋及氣閥電鐓加工過(guò)程中成材率低，鋼材冷拔加工和校直廢品率提高，
因而，使成本相應(yīng)地提高。美囯專利U. 3990892提供了一種高碳馬氏體耐熱鋼， 該鋼以JISG4311標(biāo)準(zhǔn)中S冊(cè)4B(即美國(guó)XB)為基礎(chǔ)，對(duì)部分成分進(jìn)行了調(diào)整，但 是，這種調(diào)整后的耐熱鋼合金元素多，含量高，因而必然出現(xiàn)成本高和生產(chǎn)工 藝復(fù)雜的后果，該專利介紹的耐熱鋼適用于內(nèi)燃機(jī)氣閥閥座，對(duì)于該鋼制作內(nèi)燃機(jī)排氣閥沒(méi)有作介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的耐磨、抗氧化和抗腐蝕性能，大幅度 降低生產(chǎn)中的耗電量、制備成本低的內(nèi)燃機(jī)用馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝，其
成分質(zhì)量百分比為C: 0.80-0.90， Mn:《1.50, P: < 0.040， S: < 0.030， Si: <1. OO，Cr: 16.50—18.50， Mo: 2.00-2.50， V: 0.30-0.60，余鐵和不可 避免雜質(zhì)；其生產(chǎn)工藝取上述組分材料，釆用電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連
鑄連軋工藝。
所述的電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝包括下列步驟
(1) 電爐冶煉、調(diào)質(zhì)，在1600-1620。C的溫度下，加原料于中頻感應(yīng)爐中熔煉， 熔煉時(shí)間1-2小時(shí)，取樣分析后調(diào)質(zhì)；
(2) 氣體精煉，氣體精煉是將中頻感應(yīng)爐熔化的鋼水進(jìn)行輸入氣體精煉，精 煉溫度1650-167(TC，精煉時(shí)間0. 5-l小時(shí)，達(dá)到吹氣、除磷、除硫，摻合各種 微量合金并微調(diào)質(zhì)，使鋼水的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；
(3) 連鑄連軋，按產(chǎn)品要求澆鑄成連鑄坯，軋制成盤元；
(4) 熱處理、校直、截取、磨光。
根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所提出的馬氏體氣門合金，通過(guò)對(duì)該鋼的成分 進(jìn)行合理的調(diào)整，使本發(fā)明馬氏體氣門合金在具備良好綜合性能的同時(shí)，尤其 具有良好的耐磨、抗氧化和抗腐蝕性能。
本發(fā)明的解決方案，首先是針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)、排氣閥用耐熱鋼的不足，對(duì) 氣閩鋼的成分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。在本發(fā)明所提出的鋼成分中，首先考慮該鋼在保證其具有良好綜合性能的前提下，通過(guò)成分及元素含量的合理調(diào)整，提高其耐 磨、抗氧化和抗腐蝕性能。
本發(fā)明鋼的成分中加入碳元素，主要考慮到碳既是奧氏體化元素，又是間隙 強(qiáng)化的元素，碳與鉻可以形成碳化物，能有效的提高強(qiáng)化效果，碳形成奧氏體
的能力約為鎳的30倍；對(duì)耐蝕性而言，碳是一種有害元素，這主要是由于碳與 鋼中的鉻形成高鉻的碳化物Cr2A，使鋼的耐腐蝕性能特別是耐晶間腐蝕性能下 降；因此在設(shè)計(jì)成分時(shí)要充分考慮鉻、碳兩者的相互關(guān)系以及碳的溶解度。
鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并賦予鋼不銹性和耐蝕性元素，鉻對(duì)鋼性能影響最大的 是耐蝕性，在氧化性介質(zhì)中鉻含量高，耐蝕性強(qiáng)，在還原性介質(zhì)中鉻含量高， 耐蝕性下降，鉻還能提高鋼的抗氧化性能；足夠的鉻含量，保證該鋼具有良好 的抗氧化和抗腐蝕性能。鉻的加入，形成碳化物，能有效地提高鋼的強(qiáng)度和耐 磨性。
錳同樣是奧氏體化元素，錳能提高鋼的組織均勻性，Mn可以替代Ni,從而 降低鋼的成本，同時(shí)Mn也有助于抑制層狀析出的作用，Mn還能與鋼中的S結(jié)合后 形成MnS，從而使S的有害作用降到最低，錳提高材料的耐磨性。但是，錳的加 入會(huì)損害鋼的抗氧化性和抗腐蝕性，使殘余奧氏體量增加，因此Mn元素的加入 量不大于1.50%較合適。
硅是一種捉高材料高溫抗氧化和抗腐蝕性能的重要元素，硅元素的加入有 脫氧效果，當(dāng)硅以固溶態(tài)的形式存在時(shí)，他可以提高基體的屈服強(qiáng)度，但會(huì)使 材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高，同時(shí)可在鋼的表面上形成致密的Si02膜，阻礙酸向鋼 內(nèi)部進(jìn)一步侵蝕，對(duì)提高鋼在高濃度硝酸中的耐蝕性尤為有效,含硅量過(guò)高使鋼 度變形困難，所以將其含量按0-1.00%范圍控制。執(zhí)的強(qiáng)烈形成碳化物的元素，加入少量的執(zhí)，可以形成彌散分布的碳化物, 使鋼得到明顯的強(qiáng)化，提離了鋼的高溫硬度，并使鋼的耐磨性能得到明顯的提 高，釩還能增強(qiáng)鋼耐鹽酸、稀硫酸、堿溶液和海水的腐蝕性。
鉬是鐵素體形成元素，在馬氏體鋼中，除改善鋼的耐蝕性外，主要是提高 鋼的強(qiáng)度和硬度以及二次硬化效應(yīng)，還能進(jìn)一步提高不銹鋼對(duì)硫酸或還原性介 質(zhì)的耐腐蝕性能。
本發(fā)明釆用爐外氣體精煉+連鑄連軋技術(shù)，代替原有生產(chǎn)中的電渣重熔及自 結(jié)晶的工藝，去掉電渣爐這個(gè)高耗電設(shè)備，大幅度降低生產(chǎn)中的耗電量。用于 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門鋼是一種合金鋼，它不但要有穩(wěn)定的化學(xué)成份，還要有特別的物 理性能。本發(fā)明釆用爐外氣體精煉+連鑄連軋技術(shù)，生產(chǎn)的連鑄鋼坯可以滿足氣 門鋼的要求，不但能滿足氣門鋼的化學(xué)成份的要求，同時(shí)能滿足氣門鋼的物理 性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 采用配套連軋生產(chǎn)，可以節(jié)省二次加熱，節(jié)約大量能源。
(2) 氣體精煉可省去老工藝生產(chǎn)中的電渣重熔這道工序，節(jié)約大量電能。
(3) 提高了金屬的收得率和成材率，連鑄從根本上消除了模鑄的中注管的殘
鋼，又因連鑄鋼坯不需切點(diǎn)切尾，因而成材率也有提高。
(4) 提高了鑄坯質(zhì)量，采用連鑄方法可以合理地調(diào)節(jié)鑄坯的冷卻條件，實(shí)現(xiàn) 比較合理的冷卻速度，使鑄坯結(jié)晶比較穩(wěn)定。內(nèi)部組織致密，非金屬夾雜總量 比同種鋼錠低20%左右，化學(xué)成份偏差及內(nèi)部金相組織缺陷等減少，提高了金屬 的機(jī)械性能。經(jīng)對(duì)改進(jìn)后的水平連鑄機(jī)生產(chǎn)出的鋼坯進(jìn)行金相組織測(cè)試，達(dá)到 了氣門鋼的各種性能指標(biāo)，滿足生產(chǎn)要求。
(5) 大地改善了勞動(dòng)條件，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1: 一種馬氏體氣門合金，其成分質(zhì)量百分比為C: 0.80, Mn: 1.20， P: 0.030, S: 0.0200, Si: 0, 80，Cr: 16.50, Mo: 2.00, V: 0.30,余鐵和不 可避免雜質(zhì)，該馬氏體氣門合金硬度為325HB, 0. 2%-彈性極限應(yīng)力為800 N/mi2, 抗拉強(qiáng)度為1100N/mm2,斷后延伸率為7%,斷后斷面收縮率為12%;其生產(chǎn)工藝 取上述組分材料，釆用電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝，具體包括下 列步驟
(1) 電爐冶煉、調(diào)質(zhì)，在1600-162(TC的溫度下，加原料于中頻感應(yīng)爐中熔煉， 熔煉時(shí)間l-2小時(shí)，取樣分析后調(diào)質(zhì)；
(2) 氣體精煉，氣體精煉是將中頻感應(yīng)爐熔化的鋼水進(jìn)行輸入氣體精煉，精 煉溫度1650-167(TC，精煉時(shí)間0.5-1小時(shí)，達(dá)到吹氣、除磷、除硫，摻合各種 微量合金并微調(diào)質(zhì)，使鋼水的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；
(3) 連鑄連軋，由煉鋼爐出的鋼水，經(jīng)中間包運(yùn)送到中間罐，經(jīng)中間罐的水 口裝置鑄入結(jié)晶器，結(jié)晶器是紫銅或黃銅加工而成，其內(nèi)壁和外壁之間通冷卻 水以冷卻鋼液，使鋼水迅速凝固成形，根據(jù)生產(chǎn)的品種和規(guī)格不同，結(jié)晶器的 尺寸和形式也可不同，當(dāng)鋼水在結(jié)晶器內(nèi)上升到要求的高度時(shí)，開動(dòng)拉坯機(jī)， 以一定的速度將鑄坯從結(jié)晶器牽引出，為防止鑄坯在拉出過(guò)程中漏鋼和減少結(jié) 晶器中的拉坯的阻力，提高鋼坯的物理性能，在澆鑄過(guò)程中還要使結(jié)晶器振動(dòng)， 振動(dòng)的大小、方向都是變化的，振動(dòng)的頻率與鋼坯的速度有關(guān)，凝固的鋼坯還 要根據(jù)后道工序的要求切割成需要的尺寸，經(jīng)輸送道進(jìn)入后面的連鑄機(jī)，澆鑄 成滿足連軋機(jī)生產(chǎn)的連鑄坯，加溫軋制成盤元。
(4)熱處理、校直、截取、磨光，熱處理?xiàng)l件淬火+回火。實(shí)施例2: 一種馬氏體氣門合金，其成分質(zhì)量百分比為C: 0.90,Mn: 1.50， P: 0.040, S: 0.030, Si: l.OO,Cr: 18.50, Mo: 2.50, V: 0.60，余鐵和不可 避免雜質(zhì)，該馬氏體氣門合金硬度為320HB, 0. 2%-彈性極限應(yīng)力為800 N/im2, 抗拉強(qiáng)度為1200N/mm2,斷后延伸率為7%,斷后斷面收縮率為12%;其生產(chǎn)工藝 取上述組分材料，采用電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝，具體包括下 列步驟
(1) 電爐冶煉、調(diào)質(zhì)，在1600-162(TC的溫度下，加原料于中頻感應(yīng)爐中熔煉, 熔煉時(shí)間l-2小時(shí)，取樣分析后調(diào)質(zhì)；
(2) 氣體精煉，氣體精煉是將中頻感應(yīng)爐熔化的鋼水進(jìn)行輸入氣體精煉，精 煉溫度1650-167(TC,精煉時(shí)間0. 5-1小時(shí)，達(dá)到吹氣、除磷、除硫，摻合各種 微量合金并微調(diào)質(zhì)，使鋼水的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；
(3) 連鑄連軋，由煉鋼爐出的鋼水，經(jīng)中間包運(yùn)送到中間罐，經(jīng)中間罐的水 口裝置鑄入結(jié)晶器，結(jié)晶器是紫銅或黃銅加工而成，其內(nèi)壁和外壁之間通冷卻 水以冷卻鋼液，使鋼水迅速凝固成形，根據(jù)生產(chǎn)的品種和規(guī)格不同，結(jié)晶器的 尺寸和形式也可不同，當(dāng)鋼水在結(jié)晶器內(nèi)上升到要求的高度時(shí)，開動(dòng)拉坯機(jī)， 以一定的速度將鑄坯從結(jié)晶器牽引出，為防止鑄坯在拉出過(guò)程中漏鋼和減少結(jié) 晶器中的拉坯的阻力，提高鋼坯的物理性能，在澆鑄過(guò)程中還要使結(jié)晶器振動(dòng)， 振動(dòng)的大小、方向都是變化的，振動(dòng)的頻率與鋼坯的速度有關(guān)，凝固的鋼坯還 要根據(jù)后道工序的要求切割成需要的尺寸，經(jīng)輸送道進(jìn)入后面的連鑄機(jī)，澆鑄 成滿足連軋機(jī)生產(chǎn)的連鑄坯，加溫軋制成盤元。
(4) 熱處理、校直、截取、磨光，熱處理?xiàng)l件淬火+回火。 以上詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但這只是為了便于理解而舉的實(shí)例，
不應(yīng)被視為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。同樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員均可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其較佳實(shí)施例的描述，做出各種可能的等同改變或替 換，但所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝，其成分質(zhì)量百分比為C0.80-0.90，Mn≤1.50，P≤0.040，S≤0.030，Si≤1.00，Cr16.50-18.50，Mo2.00-2.50，V0.30-0.60，余鐵和不可避免雜質(zhì)；其生產(chǎn)工藝取上述組分材料，采用電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝，所述的電爐冶煉、 調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝包括下列步驟(1) 電爐冶煉、調(diào)質(zhì)，在1600-162(TC的溫度下，加原料于中頻感應(yīng)爐中熔煉， 熔煉時(shí)間1-2小時(shí)，取樣分析后調(diào)質(zhì)；(2) 氣體精煉，氣體精煉是將中頻感應(yīng)爐熔化的鋼水進(jìn)行輸入氣體精煉，精 煉溫度1650-167(TC,精煉時(shí)間0.5-1小時(shí)，達(dá)到吹氣、除磷、除硫，摻合各種微量合金并微調(diào)質(zhì)，使鋼水的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；(3) 連鑄連軋，按產(chǎn)品要求澆鑄成連鑄坯，軋制成盤元；(4) 熱處理、校直、截取、磨光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種馬氏體氣門合金及其生產(chǎn)工藝，其成分質(zhì)量百分比為C0.80-0.90，Mn≤1.50，P≤0.040，S≤0.030，Si≤1.00，Cr16.50-18.50，Mo2.00-2.50，V0.30-0.60，余鐵和不可避免雜質(zhì)；其生產(chǎn)工藝取上述組分材料，采用電爐冶煉、調(diào)質(zhì)+氣體精煉+連鑄連軋工藝。該內(nèi)燃機(jī)用馬氏體氣門合金成分設(shè)計(jì)合理，產(chǎn)品綜合性能好、具有良好的耐磨、抗氧化和抗腐蝕性能，其生產(chǎn)工藝大幅度降低生產(chǎn)中的耗電量、制備成本低。
文檔編號(hào)C21C7/072GK101429626SQ200710135278
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者劉莊庚, 劉莊明, 孫建平, 計(jì)建康, 陳春所, 黃明義 申請(qǐng)人:江蘇興海特鋼有限公司