CN102921721B - 一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法 - Google Patents
一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，包括如下步骤：1）锭热送热装均热炉，铸锭入炉温度600~900℃，以50~80℃/h的速度加热升温至1150~1230℃，保温5~6小时；2）第一次轧制，轧辊预热至100~300℃温度；初轧机平底孔轧制，每次压下量10~20mm；3）轧件加热，加热升温至1150~1230℃，保温2~3小时；4）第二次轧制，轧辊预热至100~300℃；开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃；5）轧件再加热，加热升温至1150~1230℃，保温1~2小时；6）第三次轧制，开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃，每次压下量20~45mm。本发明采用轧制开坯，制造成本低，且可实施铸锭全热送装入加热炉，大幅度地降低能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及气阀钢生产方法，具体地，本发明涉及一种高负荷发动机排气阀用钢材料的铸锭热加工开坯的生产方法。
背景技术
气阀钢是一种特殊的合金钢，按组织来分，一般可分为奥氏体不锈气阀钢、马氏体不锈气阀钢、铁镍基合金气阀钢三大类。
气阀钢材料主要用于制造内燃发动机汽缸的进气阀和排气阀，主要需求对象是汽车、摩托车、舰船、军用坦克及各种工程机械等行业。
5Cr21Mn9Ni4Nb2WN是奥氏体气阀钢，该钢是在制造中等负荷发动机排气阀材料5Cr21Mn9Ni4N(21－4N)钢的基础上发展的高强度奥氏体气阀钢；该钢主要用于制造高负荷发动机的排气阀材料，该材料制造的排气阀能够在≤850℃工作条件下服役具有足够的高温强度，可靠的耐机械应力和耐热应力疲劳性能及良好的高温耐磨性和耐高温燃气腐蚀性能。5Cr21Mn9Ni4Nb2WN相应的美国牌号为XEV-F，德国牌号X50CrMnNiNbN219，美国伊顿公司的牌号是EMS247。我国5Cr21Mn9Ni4Nb2WN材料生产执行标准是GB/T12773-2008《内燃机用气阀钢及高温合金棒材》。
5Cr21Mn9Ni4Nb2WN气阀钢的主要化学成分是：C：0.45~0.55%，Mn：8.00~10.00%，Ni：3.50~5.00%，Cr：20.00~22.00%，N：0.40~0.60%，W：0.80~1.50%，Nb：1.80~2.50%，C+N≥0.90%。5Cr21Mn9Ni4Nb2WN气阀钢的固有特性是：铸态高温状态下热延展性差、屈服强度高、变形抗力大及热变形温度范围窄的特点，属铸态难变形的材料。
目前，国内特殊钢生产企业生产5Cr21Mn9Ni4Nb2WN气阀钢材料，都是采用冶炼铸锭冷送+锻造开坯的生产方法组织生产。铸锭锻造开坯的冶金制造成本高，能源消耗也高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高负荷发动机排气阀用钢材料的铸锭热加工开坯的生产方法，采用轧制开坯，制造成本低，且铸锭轧制开坯可以实施铸锭全热送装入轧钢工序加热炉，能够较大幅度地降低能源消耗。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，包括如下步骤：
1)铸锭热送热装均热炉，
铸锭成分重量百分比为：C 0.45~0.55%，Mn 8.00~10.00%，Ni3.50~5.00%，Cr 20.00~22.00%，N 0.40~0.60%，W 0.80~1.50%，Nb1.80~2.50%，C+N≥0.90%，其余为Fe和不可避免杂质；铸锭入炉温度600~900℃，以50~80℃/h的速度加热升温至1150~1230℃，保温5~6小时，铸锭阴阳面温度差＜50℃；
2)第一次轧制
轧辊预热至100~300℃温度；轧制道次10~18道，初轧机平底孔轧制，每次压下量10~20mm；
3)轧件加热
加热升温至1150~1230℃，保温2~3小时，轧件阴阳面温度差＜50℃；
轧件翻身；
4)第二次轧制
轧辊预热至100~300℃；开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃；
每次压下量10~25mm；
5)轧件再加热
加热升温至1150~1230℃，保温1~2小时；轧件阴阳面温度差＜50℃；
6)第三次轧制
开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃；每次压下量20~45mm。
进一步，第一次轧制时，轧辊咬入速度10~30转/分。
所述第二次轧制时，轧件咬入速度10~30转/分，轧件咬入后轧辊转速10~40转/分。
所述第三次轧制时，轧制前关闭轧辊的冷却水；轧件在初轧机箱型孔轧制时，轧辊转速：40~80转/分。
在步骤1）、步骤3）、步骤5）中，对铸锭、或轧件回炉进行翻身即阴面与阳面交换位置。
另外，本发明所述铸锭重量大于1吨。
本发明与传统的“冶炼≤1t铸锭-锻压开坯”的生产工艺相比，金属成坯率可以达到82.7%，吨钢能源消耗下降大于34%，冶金制造成本降低1000余元/吨。铸锭初轧机轧制开坯生产的钢坯表面质量良好，内材质量均满足GB/T12773-2008标准之规定，开坯合格率100%。
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、工艺简单、可操作性强，生产组织便捷。
2、生产周期缩短。
3、能源消耗大大降低及金属成坯率提高。
4、冶金制造成本大大降低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例高负荷发动机排气阀用钢的铸锭成分重量百分比为：C0.45~0.55%，Mn 8.00~10.00%，Ni 3.50~5.00%，Cr 20.00~22.00%，N0.40~0.60%，W 0.80~1.50%，Nb 1.80~2.50%，C+N≥0.90%，其余为Fe和不可避免杂质，铸锭重1.2吨。
采用均热炉热装铸锭加热（锭重1.2吨）＋初轧机（750轧机）三火轧制的热加工开坯，生产5Cr21Mn9Ni4Nb2WN钢坯（120×120mm）。
具体步骤如下：
1)铸锭热送热装均热炉
铸锭浇毕到钢锭装入均热炉完毕，二者之间的传搁时间180~270分钟；铸锭入炉温度600~900℃，以70~80℃/h的速度加热升温至1220℃，在1210~1220℃的温度下，铸锭保温3.0小时后，逐支铸锭进行阴面与阳面交换位置操作，待均热炉炉内铸锭全部阴面与阳面交换位置完毕，铸锭再保温2.5小时后出炉轧制；铸锭阴阳面温度差≤30℃；
2)第一次轧制
热加工开坯，进入初轧机第一次轧制，轧辊预热至150~250℃温度；轧制道次18道，初轧机平底孔轧制，初轧机咬入的轧辊转速10~15转/分，铸锭的开轧温度≥1170℃，终轧温度≥1000℃，第一次轧制道次1~18道，每道次压下量10~15mm；
3)轧件加热
轧件回炉的入炉温度≥950℃；升温时，以70~80℃/h的速度加热升温至1190~1200℃，保温1.0小时后，炉内轧件进行阴面与阳面交换位置操作，待均热炉炉内轧件全部阴面与阳面交换位置完毕，轧件再保温1.0小时后出炉轧制；回炉轧件加热完毕，阴阳面温度差≤30℃，进行热加工开坯，进入初轧机第二次轧制；
4)第二次轧制
轧辊预热至100~300℃；开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃；每道次压下量10~25mm；轧制道次15道；
5)轧件再加热
轧件回炉再加热的入炉温度≥950℃，加热升温至1180~1190℃，保温40分钟后，炉内轧件进行阴面与阳面交换位置操作，待均热炉炉内轧件全部阴面与阳面交换位置完毕，轧件再保温40分钟后出炉轧制；再加热完毕，阴阳面温度差≤30℃，进行热加工开坯，进入初轧机第三次轧制；
6)第三次轧制
开轧温度1150~1200℃，终轧温度＞900℃；每道次压下量20~45mm，轧制道次16道。
优选地，第二次轧制前，关闭轧辊的冷却水，轧辊辊面温度预热到150~250℃时；轧件在初轧机箱型孔轧制时，轧辊转速20~40转/分。
优选地，第三次轧制前，关闭轧辊冷却水；轧件在初轧机箱型孔轧制时，轧辊转速40~80转/分。
本发明实施奥氏体气阀钢5Cr21Mn9Ni4Nb2WN进行热加工开坯，金属成坯率可以达到82.7%，吨钢能源消耗下降大于34%，冶金制造成本降低1000余元/吨。钢坯表面质量良好，内材质量满足GB/T12773-2008标准之规定（见表1），开坯合格率100%。
表1 5Cr21Mn9Ni4Nb2WN初轧坯低倍组织
| 试样编号 | 一般疏松 | 中心疏松（级） | 锭型偏析（级） |
| 1# | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 2# | 0.5 | 1.0 | 0.5 |
Claims (7)
1.一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，包括如下步骤：
1)铸锭热送热装均热炉，
铸锭成分重量百分比为：C 0.45～0.55％，Mn 8.00～10.00％，Ni3.50～5.00％，Cr 20.00～22.00％，N 0.40～0.60％，W 0.80～1.50％，Nb1.80～2.50％，C+N≥0.90％，其余为Fe和不可避免杂质；铸锭入炉温度600～900℃，以50～80℃/h的速度加热升温至1150～1230℃，保温5～6小时，铸锭阴阳面温度差＜50℃；
2)第一次轧制
轧辊预热至100～300℃温度；轧制道次10～18道，初轧机平底孔轧制，每次压下量10～20mm；
3)轧件加热
加热升温至1150～1230℃，保温2～3小时，轧件阴阳面温度差＜50℃；轧件翻身；
4)第二次轧制
轧辊预热至100～300℃；开轧温度1150～1200℃，终轧温度＞900℃；每次压下量10～25mm；
5)轧件再加热
加热升温至1150～1230℃，保温1～2小时；轧件阴阳面温度差＜50℃；
6)第三次轧制
开轧温度1150～1200℃，终轧温度＞900℃；每次压下量20～45mm。
2.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，第一次轧制时，轧件咬入速度10～30转/分。
3.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，所述第二次轧制时，轧件咬入速度10～30转/分，轧件咬入后轧辊转速10～40转/分。
4.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，所述第三次轧制时，轧制前关闭轧辊的冷却水；轧件在初轧机箱型孔轧制时，轧辊转速：40～80转/分。
5.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，在步骤1)中，对铸锭回炉进行翻身即阴面与阳面交换位置。
6.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，在步骤3)、步骤5)中，对轧件回炉进行翻身即阴面与阳面交换位置。
7.如权利要求1所述的一种高负荷发动机排气阀用钢的铸锭轧制开坯的生产方法，其特征是，所述铸锭重量大于1吨。
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