CN111676421A - 一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，本发明采用对热轧板材在580‑700℃下进行变温退火处理，然后通过冷轧，出炉，再将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，改变了常规的退火和淬火工艺，并限定了马氏体气阀钢包括C：0.28‑0.65％，Si：0.05‑0.35％，Mn：1.5‑10.05％，P：0.01‑0.04％，S：0.01‑0.03％，Cr：20.40‑23.17％，Ni:3.25‑8.45％，W:0.01‑0.05％，Ta:0.03‑0.06％，Nb：1.22‑1.36％，最终得到的马氏体气阀钢抗拉强度为940‑1100Mpa，断后伸长率在为6‑8％，断面收缩率为98‑10％，各项数据均优于市场的53Cr21Mn9Ni4N钢，可见本发明对于钢材产业具有重大意义。

Description

一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法
技术领域
本发明属于钢材加工领域，特别涉及到一种气阀钢轧制坯技术领域。
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耐热气阀钢、马氏体不锈耐热气阀钢、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、拖拉机、舰船、军用坦克以及各种工程机械等行业。
气阀钢的工作条件极其恶劣，要在400～900℃高温、3447.5～6895.0kPa的爆发压力下长期承受汽油、柴油等高温燃气的腐蚀与冲刷，经受频繁反复的高速运动和磨擦冲击，负荷大。这要求阀门材料有良好的热强性，热硬性，疲劳强度，耐磨性和抗氧化、抗腐蚀性，以及要求气阀钢的线膨胀系数小等等。因此除了要求使用专用特殊材料外，还要求钢材纯洁度较高，表面质量良好。由于气阀钢使用中一般需要经受高温、反复冲击的考验，对材料性能的要求很高。因此，国内外的生产厂家生产类似钢种时基本上都采用模铸轧制坯生产。
目前国内模铸轧制坯生产工艺主要有：中频感应+电渣重熔+轧钢和电炉模铸+初轧(锻造)开坯+轧钢。这些工艺流程长，生产成本高，有些只能局限于小批量生产，难以规模化。其线材的轧制工艺相对成熟和稳定，但偶尔也会发现个别超长氧化物夹杂或大颗粒的点状夹杂物，因此需要在冶炼中提高钢水纯净度，同时在凝固中控制改善夹杂物的分布。
因此进一步改进现有的生产工艺，从而提高产品质量，具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法。
具体技术方案是：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：
(1)按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；
(2)将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1500-1700℃，得到热轧板材。
(3)再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；
(4)将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030-1100℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2-3h，第二步递进式降低温度，在1000-1050℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1-2h，第三步在600-890℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为1-3h，第四步在480-530℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为1-3h，得到冷轧板材。
(5)再在200-350℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
优选的，热轧温度为1550℃。
优选的，采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2h，第二步递进式降低温度，在1000℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1h，第三步在700℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为2h，第四步在480℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为2h，得到冷轧板材。
优选的，在250℃下进行低温回火处理。
优选的，上述马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.28-0.65％，Si：0.05-0.35％，Mn：1.5-10.05％，P：0.01-0.04％，S：0.01-0.03％，Cr：20.40-23.17％，Ni:3.25-8.45％，W:0.01-0.05％，Ta:0.03-0.06％，Nb：1.22-1.36％，余量为Fe。
进一步的，C：0.30-0.55％，Si：0.09-0.26％，Mn：1.71-9.82％，P：0.02-0.03％，S：0.02-0.03％，Cr：21.05-23.05％，Ni:4.58-7.05％，W:0.02-0.04％，Ta:0.03-0.04％，Nb：1.29-1.31％，余量为Fe。
进一步的，C：0.44％，Si：0.25％，Mn：8.40％，P：0.03％，S：0.02％，Cr：21.05％，Ni:6.07％，W:0.04％，Ta:0.03％，Nb：1.29％。
本发明获得的有益效果：
(1)本发明提供的马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，与现有技术相比，改变了常规的退火和淬火工艺，创新的采用变温退火和油冷和空冷双重工艺，并限定了各项参数，从而提高气阀钢产品质量，具有非常重要的意义。
(2)本发明实施例一至实施例五制备的气阀钢抗拉强度为940-1100Mpa，断后伸长率在为6-8％，断面收缩率为98-10％，各项数据均优于市场的53Cr21Mn9Ni4N钢，可见本发明对于钢材产业具有重大意义。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例一：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1500℃，得到热轧板材。再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2h，第二步递进式降低温度，在1000℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1h，第三步在600℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为1h，第四步在480℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为1h，得到冷轧板材。再在200℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
本轧制方法得到的马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.28％，Si：0.05％，Mn：1.5％，P：0.01％，S：0.01％，Cr：20.40％，Ni:3.25％，W:0.01％，Ta:0.03％，Nb：1.22％，余量为Fe。
实施例二：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1650℃，得到热轧板材。再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1090℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2.5h，第二步递进式降低温度，在1040℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1.5h，第三步在720℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为2.5h，第四步在500℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为2h，得到冷轧板材。再在280℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
本轧制方法得到的马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.30％，Si：0.09％，Mn：1.71％，P：0.02％，S：0.02％，Cr：21.05％，Ni:4.58％，W:0.02％，Ta:0.03％，Nb：1.2％。
实施例三：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1550℃，得到热轧板材。再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2h，第二步递进式降低温度，在1000℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1h，第三步在700℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为2h，第四步在480℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为2h，得到冷轧板材。再在250℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
本轧制方法得到的马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.44％，Si：0.25％，Mn：8.40％，P：0.03％，S：0.02％，Cr：21.05％，Ni:6.07％，W:0.04％，Ta:0.03％，Nb：1.29％，余量为Fe。
实施例四：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1690℃，得到热轧板材。再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1095℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1.5h，第二步递进式降低温度，在1030℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1.8h，第三步在880℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为2h，第四步在515℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为2h，得到冷轧板材。再在310℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
本轧制方法得到的马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.55％，Si：0.26％，Mn：9.82％，P：0.03％，S：0.03％，Cr：23.05％，Ni:7.05％，W:0.04％，Ta:0.04％，Nb：1.31％，余量为Fe。
实施例五：
一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，具体步骤如下：按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1700℃，得到热轧板材。再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1100℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为3h，第二步递进式降低温度，在1050℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2h，第三步在890℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为3h，第四步在530℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为3h，得到冷轧板材。再在350℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
本轧制方法得到的马氏体气阀钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.65％，Si：0.35％，Mn：10.05％，P：0.04％，S：0.03％，Cr：23.17％，Ni:8.45％，W:0.05％，Ta:0.06％，Nb：1.36％，余量为Fe。
实施例六：
将本发明实施例制备的气阀钢与市场的53Cr21Mn9Ni4N钢进行性能测试，测试结果情况见表1。
表1：各实施例气阀钢性能测试结果
Figure BDA0002499507580000091
由表1可知，本发明实施例一至实施例五制备的气阀钢抗拉强度940-1100Mpa，断后伸长率在6-8％，断面收缩率为98-10％，各项数据均优于市场的53Cr21Mn9Ni4N钢，可见本发明对于钢材产业具有重大意义。
本发明实施例三的提供的气阀钢抗拉强度最高达到1100Mpa，断后伸长率在6％，断面收缩率为8％。

Claims (5)

1.一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)按马氏体气阀钢所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；
(2)将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，热轧温度为1500-1700℃，得到热轧板材；
(3)再对热轧板材在580-700℃下进行变温退火处理，先加热到700℃，700℃条件下淬火保温1h，而后降温至600℃，600℃条件下淬火保温1h，最后降温至580℃，然后通过冷轧，出炉；
(4)将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，此时采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030-1100℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2-3h，第二步递进式降低温度，在1000-1050℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1-2h，第三步在600-890℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为1-3h，第四步在480-530℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为1-3h，得到冷轧板材；
(5)再在200-350℃下进行低温回火处理，最终得到马氏体气阀钢。
2.根据权利要求1所述的一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，其特征在于：所述热轧温度为1550℃。
3.根据权利要求1所述的一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，其特征在于：所述将冷轧出炉后的板材进行淬火处理，采用油冷和空冷双重工艺，第一步在1030℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为2h，第二步递进式降低温度，在1000℃温度下进行油冷处理，油冷处理时间为1h，第三步在700℃温度下进行空冷处理，空冷处理时间为2h，第四步在480℃温度下再次进行空冷处理，空冷处理时间为2h，得到冷轧板材。
4.根据权利要求1所述的一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，其特征在于：所述马氏体气阀钢以质量百分比计，具有如下组分：C：0.28-0.65％，Si：0.05-0.35％，Mn：1.5-10.05％，P：0.01-0.04％，S：0.01-0.03％，Cr：20.40-23.17％，Ni:3.25-8.45％，W:0.01-0.05％，Ta:0.03-0.06％，Nb：1.22-1.36％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的一种马氏体气阀钢轧制坯的轧制方法，其特征在于：所述马氏体气阀钢以质量百分比计，具有如下组分：C：0.30-0.55％，Si：0.09-0.26％，Mn：1.71-9.82％，P：0.02-0.03％，S：0.02-0.03％，Cr：21.05-23.05％，Ni:4.58-7.05％，W:0.02-0.04％，Ta:0.03-0.04％，Nb：1.29-1.31％，余量为Fe。
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