[发明专利]内燃机气阀用精炼奥氏体合金及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体合金的制备领域，特别是涉及一种内燃机气阀用精炼奥氏体合金及其生产工艺。 

背景技术

发动机、排气阀的主要材料是气阀合金钢，广泛用于各种发动机，是发动机的关键工作元件，苛刻的工作条件要求其具备较高的耐高温性、耐磨性和抗腐蚀性。因此，研究具有前述性能的合金材料是气阀用合金本领域急需解决的问题之一。

到目前为止，国内还没有新型的既耐高温、耐磨又抗腐蚀的材料出现；通常，业内使用纯粹的耐高温合金或单纯的耐磨材料，前者虽然具有良好的耐高温性，但耐磨性能和抗腐蚀性不足，后者则出现当温度升高后，耐腐蚀性能迅速下降，从而导致材料的失效。

目前，该领域的技术人员对该材料的研究，多采用高洁净度，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高温、耐磨和抗腐蚀材料的综合性能。气阀合金制备的主要工艺流程是：电炉冶炼→电渣重熔→锻造→修磨→轧制→固溶→校直→磨光。

我国目前在中等负荷的内燃机中，普遍采用21-4N钢（即5Cr21Mn9Ni4N）作为中、小缸径的排气阀用合金钢。美国专利4929419文献介绍的气阀合金，该合金钢针对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，该合金钢性能虽比23-8N有所提高，但其制造成本要比21-4N高出还很多，该合金钢使用在制备高负荷的内燃机排气阀用合金。另外，德国在专利文献DE3704473A1中介绍的是一种改进型气阀合金钢，该合金是在21-4N的基础上添加了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，该合金是使用在高负荷的内燃机排气阀中，但是该合金的制备成本仍然是21-4N合金钢的两倍以上。俄罗斯RU1650762A1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；0.5~1.5%V和0.05~0.20%Zr元素，该合金钢的用途性能要高于21-4NWNb（X50CrMnNiNbN219）钢，该合金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合金钢的一倍以上。CN1570184A介绍了一种经济型气阀合金，该合金是在21-4N的基础上添加了Nb0.20~1.10%，Re0.01~0.2%，其余为Fe；该合金钢综合性能好、制备成本较低。但因Ni的含量较高，制备成本依然居高不下。

发明内容

    本发明目的是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能耗，制备成本低的气阀用奥氏体合金及其生产工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：奥氏体合金的成分质量百分比为：C0.57~0.63，Si0.15，Mn9.53~11.33，P0.018~0.027，S0.013，Cr20.16~21.86，N0.41~0.58，Nb1.03~1.13，Ni1.06~1.36，V0.75~0.87，余量为Fe和杂质。

上面所述的奥氏体合金的生产工艺步骤主要包括：

（1）真空感应炉，底吹氩精炼：将含有奥氏体合金组分的原材料置于真空感应炉内熔化，炉内温度为1450~1470℃，采用底吹氩精炼工艺，去除氧化物杂质；通过抽真空降低炉内的气体压强，使得合金中氧、氮、氢的含量显著下降；

（2）连铸连轧：熔炼的合金液进入连铸中间包，打开氮气流加热存储换热器，形成氮气流加热，防止中间包合金液再次氧化，提高合金液的纯洁度，氮气流的温度控制在1520~1530℃；

浇铸过程中，中间包前、中、后期合金液温度差小于4℃，接近液相线浇注，扩大铸坯等轴区，减少中心偏析；打开结晶器，当合金液在结晶器内上升到要求的高度时，开动拉坯机和脉冲电流器，其结晶振动频率和脉冲电流大小与合金坯的拉速有关；凝固后的合金坯按要求切割成适宜的尺寸，经输送道进入后面的连轧机，加温轧制成盘元；

（3）固溶：热轧制盘元进入超大功率埋入式电极盐浴炉固溶处理，其热处理条件为：1180℃，30分钟，水冷；

（4）校直、磨光。