[發明專利]奧氏體合金鋼

無效

• 申請號: 200810020583.9
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101497970A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 宮友軍;練明生;葉剛;韓小軍;趙永宏
• 申請（專利權）人: 江蘇申源特鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54
• 代理公司: 泰州地益專利事務所
• 代理人: 王楚云

技術領域

本發明屬于奧氏體型耐熱鋼的制備領域，特別適用于生產內燃機的進、排氣閥用奧氏體耐熱鋼。

背景技術

目前，我國在中等負荷的內燃機中，普遍采用21-4N鋼(即5Cr21Mn9Ni4N)作為中、小缸徑的排氣閥用鋼，該鋼的工作溫度在650-750℃之間，氣閥鋼長期使用在高溫下，則會有層狀析出物增多，由于這種層狀的析出是鉻的碳化物和氮化物，因此大量的析出物會使氣閥鋼基體貧鉻，導致該鋼在高溫燃氣條件下的抗腐蝕性能顯著下降，也會使氣閥的頸部、盤部、盤錐面形成腐蝕坑，容易使氣閥鋼產生漏氣和盤部開裂，氣閥頸部的腐蝕坑在彎曲疲勞應力的作用下，很容易產生疲勞裂紋甚至斷裂。現有技術中針對高負荷的內燃機排氣閥用鋼也有資料介紹，例如美國專利4929419文獻介紹的氣閥鋼，該鋼是針對23-8N鋼進行面分調整，如采用添加C、B、W、Mo元素和提高C、N含量來改變鋼種的使用性能，另外德國在專利文獻DE3704473A1中介紹的是一種改進型氣閥鋼，該鋼是在21-4N鋼基礎上添加了5-6％Al、1.8-2.5％Nb、0.8-1.5％W，N提高到0.4-0.6％的成分范圍，再有改進形氣閥鋼的技術還有俄羅斯SU1650762A1專利，該專利文獻介紹了一種在21-4N基礎上添加0.5-1.5％Mo；0.5-1.5％Nb；0.5-1.5V和0.05-0.20％Zr元素，該類鋼性能只略有所提高，不能滿足高負荷內燃機排氣閥用鋼的需要。

發明內容

本發明提供一種高負荷內燃機排氣閥用奧氏體合金鋼，產品成分設計合理，綜合性能好、尤其高溫強度、高溫耐蝕性能好，極耐燃氣腐蝕。

本發明是通過如下技術方案來實現的：奧氏體合金鋼，包含碳、硅、磷、硫、鎳、鉻、鉬、鈦、鋁、鈷、銅、硼、鐵，其重量百分比為：碳(C)：0.04-0.1％；硅(Si)：≤1％；磷(P)：≤0.020％；硫(S)：≤0.015％；鎳(Ni)：≥65％；鉻(Cr)：18-21％；鉬(Mo)：≤1％；鈦(Ti)：1.8-2.7％；鋁(Al)：1.0-1.8％；鈷(Co)：≤2.0％；銅(Cu)：≤0.2％；硼(B)：≤0.008％；鐵(Fe)：≤2.5％。

所述的奧氏體合金鋼還含稀土元素，其質量百分比為：稀土元素(Re)：0.10-0.20％。

根據本發明的目的，本發明所提出的奧氏體合金鋼，通過對該鋼的成分進行合理的調整，使本發明奧氏體合金鋼在具備良好綜合性能的同時，尤其高溫強度、高溫耐蝕性能好，極耐燃氣腐蝕，滿足高負荷內燃機排氣閥用鋼的需要。

本發明的解決方案，首先是針對內燃機的進、排氣閥用奧氏體耐熱鋼的不足，對氣閥鋼的成分進行重新設計。在本發明鋼與現有內燃機的進、排氣閥用奧氏體耐熱鋼的成分進行比較后可看到，在成分中增加和調整了稀土元素和鎳、碳等元素的含量，本發明通過增加新元素及調整其他元素的含量形成了新的相結構，從而抑制和改變了原來鉻與碳形成的層狀析出。本發明經過750℃和100小時的時效后，層狀析出量<10％，并且新相的結構更穩定，經高溫長時間時效后的屈服強度、持久強度和高溫彎曲疲勞強度明顯高于現有技術中高負荷的內燃機排氣閥用鋼。另外，由于輕稀土元素的增加和其他元素含量的調整，使本發明氣閥鋼在650-750℃范圍內的抗氧化和抗燃氣腐蝕性能均有所提高，材料的晶粒被合理細化。在本發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，通過成分及元素含量的合理調整，提高其高溫強度、高溫耐蝕性能。

本發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，又是間隙強化的元素，碳與鉻可以形成碳化物，能有效的提高強化效果。當隨著碳含量的合理提高，其材料的時效強度效果會更顯著，這樣可以保證本發明鋼在高溫下具有足夠的高溫短時強度和長時高溫強度。

在本發明鋼的成分中加入鉻元素，是可以保證該鋼中具有良好的抗氧化化和抗燃氣高溫腐蝕性能，鉻與碳化合形成化合物，既提高了強度又提高硬度從而提高耐磨性，但添加過多的鉻元素則會有利于鐵素體的產生，或是a相的產生，這對本發明鋼在降低制備成本和提高綜合性能不利，因此必須控制鉻的添加量。

在本發明鋼的成分中加入鎳元素，鎳是奧氏體形成的元素，它的主要作用是形成并穩定奧氏體組織，它促進鉻的鈍化，其本身不是耐腐蝕元素，但鎳可改善冷熱加工性能，使強度、塑性和韌性很好的配合，對鋼的高溫強度和抗氧化性也有明顯地作用；在本發明鋼的成分中加入鈷元素，鈷的作用類似鎳，是一種奧氏體形成元素。