[发明专利]一种高性能气阀钢及制备方法

说明书

一种高性能气阀钢，其特征在于：以重量百分比含有：碳(C)：0.01‑0.45％；硅(Si)：1.2‑2.7％；锰(Mn)：6.5‑9.5％；磷(P)：小于0.03％；硫(S)：小于0.025％；铬(Cr)：1.5‑3.5％；氮(N)：0.32‑0.55％；钒(V)0.1‑0.5％％；钛(Ti)≦0.5％；铌(Nb)≦0.5％；钼(Mo)≦2％；铜(Cu)≦2％；稀土元素≦0.1％；余量为铁(Fe)和不可避免的杂质。

技术领域

本发明涉及一种特种钢，尤其涉及气阀钢。

背景技术

气阀钢是制造汽油发动机和柴油发动机的必用材料，发动机是汽车、拖拉机、内燃机车、船舰、工程机械、坦克、活动电站的动力，气阀则是发动机的关键零件，气阀钢也是整个发动机中的关键材料，在交通动力机械领域的重要性很大。气阀钢的生产在特殊钢中是一个专业性很强的领域，虽然数量不是很大，但其工作条件恶劣，通常都在高温、高压、高冲刷和高磨蚀的条件下工作，因而对气阀钢的性能要求较高，基本上要达到热强度高，热硬性好，疲劳强度高，耐磨性和抗腐蚀好。纵观气阀材料的发展历程，气阀钢经历了碳钢和低合金钢——硅铬型不锈钢——α相合金——奥氏体型耐热钢——耐热马氏体钢等多个发展阶段。目前，国内外使用最多的是奥氏体型耐热钢，其中以53Cr21Mn9Ni4N(21-4N)、5Cr20Mn8Ni2N(21-2N)、33Cr23Ni8Mn3N(23-8N)、85Cr18Mo2V为主。

85Cr18Mo2V是国标GB/T12773-2008内燃机气阀用钢及合金棒材中马氏体气阀钢中的一种，以重量百分计含有以下成分：C：0.80～0.90％；Si：≤1.00％；Mn：≤1.50％；P：≤0.040％；S≤0.030％；Cr：16.50～18.50％；Mo：2.00～2.50％；V：0.30～0.60％；Cu：≤0.30％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。其主要应用于制造重型或高负荷内燃机车的进气阀，高碳马氏体气阀钢85Cr18Mo2V是在80Cr20Si2Ni(美国钢号XB，日本钢号SUH4)基础上发展而来。80Cr20Si2Ni在欧美国家在五十年代中期开发应用的，目的是为了提高气阀材料的耐蚀性、耐磨性，但是在特钢厂实际生产中发现，80Cr20Si2Ni钢种塑性差，成材率低，在制阀厂中气阀杆端淬火硬度不能保证≥50HRC。

在现有的专利技术及文献资料中对于高碳马氏体钢种碳化物的改善方法有较多的说明，如专利ZL201410348136.1中指出调控成分和控制热处理工艺改善碳化物形态及分布特点，在专利201010153186.6中指出了一种马氏体气阀钢棒材的生产方法，其中碱洗、酸洗、皮膜剂、润滑剂等化工原料会产生较多的含铬的污染排放物，在环保要求日益严格的今天，该工艺非常不可取，且过程中的轻拉与二辊矫直对85Cr18Mo2V盘条会加重加工硬化现象，使得材料更“脆”且易“断”，影响成材率。

奥氏体气阀钢是上世纪50年代为节镍开发的阀门用奥氏体时效钢，目前国内外用于制造汽车、摩托车发动机排气阀应用最广的钢号。它是以奥氏体为基体，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、耐磨性以及在冷热交变条件下组织的稳定性和较好的抗氧化、耐腐蚀性能，在工作温度600～700℃下具有良好的力学性能和高温性能。奥氏体气阀钢中氮含量为0.20～0.50％，按照冶金学上规定基体为奥氏体的钢材氮含量≥0.4％为高氮钢，奥氏体气阀钢可视为中高氮钢，其冶炼方法国内外主要采用感应炉熔炼含氮合金再进行电渣重熔，由于生产成本较高，大部分只是小规模生产，高品质产品主要依赖进口。

发明内容