CN1032961A - 马氏体耐热钢 - Google Patents

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CHONGQING SPECIAL STEEL PLANT
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Abstract

本发明钢属于马氏体型耐热钢。主要适用于抗 氧化和抗内燃机高温燃气腐蚀，特别适用于制造内燃 机进排气阀。
本发明钢主要特点是将马氏体耐热钢中加入适 量的稀土元素，使本发明钢的各项技术性能与国外同 类用途钢相比较，均有所提高。本发明钢的另一特点 是加工成材率和成品合格率高，是制造内燃机进、排 气阀的理想用钢。

Description

本发明属于马氏体型耐热钢领域。主要适用于制作高温下抗氧化、抗燃气腐蚀等关键部件，如内燃机进、排气阀等。
目前，国际上常用JIS SUH4B（即美国XB）耐热钢制作内燃机进、排气阀，该钢由于高温塑性较差，回火脆性明显，导致钢锭开坯、钢材热轧及气阀电镦加工过程中成材率低，钢材冷拔加工和校直废品率提高，因而，使成本相应地提高。
1976年美国专利U，S3990892提供了一种高碳马氏体耐热钢，该钢以JISG4311标准中SUH4B（即美国XB）为基础，对部分成分进行了调整，但是，这种调整后的耐热钢合金元素多，含量高，因而必然出现成本高和生产工艺复杂的后果。该专利介绍的耐热钢适用于内燃机气阀阀座，对于该钢制作内燃机进、排气阀没有作介绍。
本发明的目的是提供一种具有较高高温强度和良好的高温抗腐蚀性能，同时又具备热加工性、切削加工性良好的马氏体耐热钢。
本发明根据上述要求，设计了一种新型的马氏体耐热钢，其具体化学成分（重量%）为C0.60～0.90%;Si0.5～2.0%;Mn0.4～1.5%;Cr15.0～25.0%;Ni0.5～2.5%;W1.0～3.0%;V0.1～1.5%;Ce0.01～0.40%;余为Fe。
本发明耐热钢与上述美国专利和日本SUH4B相比较，由于在合金中加入了稀土元素铈，所以提高了钢液的流动性，改善了钢锭的表面质量，细化了钢锭结晶组织，减少枝晶，因而改善了钢锭的热加工性能，铈的加入还消除有害元素硫、磷在晶界的富集，使夹杂物球化、尺寸变小，使碳化物均匀分布，明显降低钢中的含氧量，和明显地改善了钢的高温塑性，提高了钢材热加工成材率和气阀电镦成品率。夹杂物形态和分布的改善，尺寸的变小，明显地改善了钢材的切削加工性能。加入铈后，还能改善材料表面氧化物的结构，使氧化物呈球状，因而提高了钢的抗氧化和抗腐蚀性能。
足够的铬含量，保证该钢具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。铬的加入，形成碳化物，能有效地提高钢的强度和耐磨性，铬的含量为15.0～25.0。
镍是奥氏体化元素，有利于钢的组织均匀性，还能改善钢的塑性和提高冲击韧性。
锰同样是奥氏体化元素，锰也提高钢的组织均匀性，锰提高材料的耐磨性，但是，锰的加入会损害钢的抗氧化性和抗腐蚀性，使残余奥氏体量增加，因此，要严格控制钢中的含锰量。
钨具有强化基体的作用，钨的碳化物明显地提高材料的高温强度，由于钨的加入，使钢的持久强度明显的提高。
钒是强烈形成碳化物的元素，加入少量的钒，可以形成弥散分布的碳化物，使钢得到明显的强化，提高了钢的高温硬度，并使钢的耐磨性能得到明显的提高。
硅是一种提高材料高温抗氧化和抗腐蚀性能的重要元素，在钢中加入少量的硅，效果很明显，因此是一种经济的措施，但是硅含量增加，材料的塑性降低，脆性提高，热加工性恶化，所以钢中的硅含量应该控制在2.0%以下。
根据上述理由，现在经过对本发明钢成分的调整和限定，并在钢中加入了含量小于0.40%的铈，所以明显的改善了钢材的加工工艺，降低了钢材的成本，提高了钢材的成材率和制品的合格率。
本发明是采用电弧炉或非真空中频感应炉冶炼，热加工采用锻造或轧制，开锻（开轧）温度为1060-1160℃终锻温度应该大于900℃，热处理制度为1000～1150℃淬火，回火温度为600～750℃。
本发明钢与现有技术钢种相比较，具有以下特点。
1.本发明钢与美国专利U.S.3990892相比较，具有成分和生产工艺，简单方便以及成本低等特点。
2.本发明钢与日本SUH4B（美国XB）相比较，具有持久强度高（见表1和附图）。耐腐蚀性能好（表5）。在300℃的Na2SO4介质中保温100小时后，本发明钢具有良好的耐腐蚀性。本发明钢在成材加工时，具有良好的加工性。气阀电镦加工成品合格率优于气阀用钢SUS4B（美国XB）。
附图为本发明钢与SUH4B（美国XB）钢持久性能相比较图，纵座标为应力（kg.f/mm2），横座标为时间（hr），试验温度为600℃，在附图座标中6为本发明钢，7为SUH4B钢。对比钢的化学成分及热处理工艺见表1。
表1、持久性能对比钢的成分及热处理工艺
Figure 881041688_IMG1
实施例
采用非真空中频感应炉冶炼了本发明钢6炉，其具体化学成分见表2。为了对比，在相同条件下冶炼了一炉SUH4B。钢经冶炼后再进行铸锭，钢锭锻造温度为1100℃，锻造后再进行热处理，热处理的具体制度见表3。表3、表4均为本发明钢与SUH4B钢的性能对比和产品成材率的对比表。
表2、本发明钢与SUH4B钢的具体化学成分
Figure 881041688_IMG2
表3、本发明钢与SUH4B（XB）钢性能及工艺的对比表
Figure 881041688_IMG3
表4为本发明钢在锻造、车削加工和气阀电镦成型时与SUH4B（XB）相对比的结果。表5为本发明钢与SUH4B（XB）进行腐蚀检验的对比结果。
表4、本发明钢与SUH4B（XB）钢工艺及成品合格率对比
Figure 881041688_IMG4
表5.本发明钢与SUH4B（XB）钢耐腐蚀对比
Figure 881041688_IMG5

Claims (1)

1、一种马氏体型耐热钢，其特征在于化学成分(重量%)为：C0.60～0.90%；Si0.5～2.0%；Mn0.4～1.5%；Cr15.0～25.0%；Ni0.5～2.5%；W1.0～3.0%；V0.1～1.5%；Ce0.01～0.4%；余为Fe。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102312162A (zh) * 2011-08-29 2012-01-11 江苏兴海特钢有限公司 内燃机气阀用精炼马氏体合金及其生产工艺
CN102864379A (zh) * 2012-10-08 2013-01-09 北京科技大学 Fe-Cr-Co-W-Mo马氏体耐热钢及其制造方法
CN109852778A (zh) * 2019-02-22 2019-06-07 无锡宏达重工股份有限公司 10Cr9MoW2VNbBN晶粒细化的热处理工艺

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