CN112921154A

CN112921154A - 一种制作高合金马氏体气阀钢的方法

Info

Publication number: CN112921154A
Application number: CN202110099150.2A
Authority: CN
Inventors: 张正波; 邓湘斌; 刘年富; 黄铸铭; 胡昭锋; 王生虎; 钟凡
Original assignee: Baowu JFE Special Steel Co Ltd
Current assignee: Baowu JFE Special Steel Co Ltd
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2041-01-25
Also published as: CN112921154B

Abstract

一种制作高合金马氏体气阀钢的方法，属于钢铁领域。方法包括：趁热切割以使连铸坯分段形成切割坯，并根据形成的切割坯的温度，选择对切割坯执行第一操作或第二操作。其中，第一操作和第二操作根据切割坯的温度的不同而以不同的方式实现。通过上述方式加工连铸坯可以有效避免其发生裂纹或开裂的风险。

Description

一种制作高合金马氏体气阀钢的方法

技术领域

本申请涉及阀门领域，具体而言，涉及一种制作高合金马氏体气阀钢的方法。

背景技术

马氏体气阀钢是一种中碳硅铬高合金钢，能够在高温条件下表现出高热强性、组织稳定性以及良好的耐磨性。其以中碳钢为基体，加入Cr、Si和Mo等合金元素并经过调质处理后获。

该类钢属于不锈耐热钢，是汽车工业、船舶、大型核电汽轮机、火电汽轮机、燃汽轮机以及石化烟机等行业的重要关键材料。

马氏体气阀钢主要用于制造使用温度低于750℃的发动机排气阀，也可用以制造温度低于900℃的加热炉构件。由于发动机进气阀和排气阀制作工艺复杂，所以气阀钢加工技术是特钢生产的一个专业领域。

Cr-Si系马氏体阀门钢用于内燃机。由于阀门端部位于燃烧室中，而工作温度700-850℃，且燃气中含有V₂O₅、SiO₂、PbO等对阀门产生严重高温氧化腐蚀气体，同时还承受2000-5000次/min的高速运动和频繁动作，使其受到机械疲劳和热疲劳作用。另外，阀门还受到燃气的冲刷腐蚀和阀座间的磨擦磨损。因此，气阀钢应具有热强性、硬度、韧性、耐高温氧化、耐蚀性、具有良好的组织稳定性和加工工艺性。

发明内容

基于上述的不足，本申请提供了一种制作高合金马氏体气阀钢的方法，以部分或全部地改善、制钢过程中，连铸坯容易开裂或出现裂纹的问题。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种制作高合金马氏体气阀钢的方法，包括依次进行转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气冶炼、连铸、轧制以及退火。该方法还包括：在连铸之后，轧制之前，趁热切割以使连铸坯分段形成切割坯，并根据形成的切割坯的温度，选择对切割坯执行第一操作或第二操作。

其中，第一操作包括：当切割坯的温度在610℃至750℃之间，将切割坯转移至经烘坑处理的缓冷坑中进行冷却，在冷却第一给定时间之后且冷却至温度小于等于150℃时，使切割坯出坑；

其中，第二操作包括：当切割坯的温度小于610℃，将切割坯转移至未经烘坑处理的缓冷坑中进行冷却，待连铸坯切割完成后在小于第一给定时间的第二给定时间之后或者冷却至温度不低于350℃时，将切割坯保温转移至退火炉进行退火。

在以上实现过程中，本申请实施例提供的连铸坯加工方法可以有效地控制大断面(280mm×280mm)的连铸坯在切割后的由于表面和内部的冷却速度的差异(即减小切割后的切割坯的内外冷却速度)，从而防止产生过大的应力，进而达到抑制产生裂纹和开裂现象发生的效果。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的连铸坯的加工方法和制作高合金马氏体气阀钢的方法进行具体说明：

当前，气阀钢普遍地应用于内燃机的进气门材料，且主要采用的是中碳马氏体钢。这样的钢种主要有42Cr9Si2、45Cr9Si3、5Cr8Si2、4Cr10Si2Mo四个牌号；其中，45Cr9Si3是在42Cr9Si2基础上提高Si含量发展而来，耐高温氧化性更好。采用45Cr9Si3牌号的钢种所制作的气阀在800℃的工作条件下仍然能够保持良好的工作性能和较长的工作寿命。

但是，由于45Cr9Si3牌号的钢种的碳含量较高、钢液黏度大，在连续浇铸该钢种时存在困难，并且，一般都是采用“小电炉+连铸”生产小方坯。该模式生产能耗大、废钢冶炼的钢水纯度不能有效得到保障、生产成本也较高。在工艺上，由于连铸存在上述问题，因此，该钢种一般采用传统的模铸方式进行生产，但模铸生产效率较低、成本较高。

针对上述的现状，发明人经过研究提出了一种可以替代传统的电炉冶炼和模铸，用以制作气阀钢的工艺，并且特别地，其还可用以制作马氏体气阀钢。

该制作马氏体气阀钢的组分构成例如按照重量百分比是：

C：0.40％-0.50％，Si：2.7％-3.3％，Mn：≤0.80％，S≤0.010％，P≤0.020％；

Cr：8.0％-10.0％，Ni≤0.60％；Cu≤0.20％，W+Mo≤0.20％；

Nb+V+Ti≤0.15％，Fe：为上述主成分和下述残余成分之外的余量；

其还包括如下重量百分比(Wt％)的残余成分：O≤15×10^-6，H≤2×10^-6，N≤110×10^-6。

进一步地，通过对工艺的选择还可以控制制作马氏体气阀钢中的Cr、Ni的含量。例如，Cr：8.0％-8.7％，Ni：0.001％-0.1％，Cr+Ni≤8.9％。通过工艺调整控制前述两元素的含量及其两者的总含量，能在保证产品质量的基础上，降低气阀钢合金生产成本。

该工艺中采用大方坯连铸技术确保了较高的轧制压缩比，从而大大改善内部质量，并且通过采用容量例如高达130吨的转炉炼钢，从而可以降低耗电成本。因此，该工艺可以降低生产成本、大大提高气阀钢的生产效率。

以下以马氏体气阀钢为例进行说明，以阐释本申请中的相关工艺。

总体上而言，本申请示例的工艺采用“高炉铁水+大吨位转炉+大吨位炉外精炼炉+大方坯连铸+加热开坯轧制+退火”生产流程。

利用该工艺流程所制得的高合金耐热型马氏体气阀钢的纯净度好，【O】控制在10ppm以下，【N】气体含量控制在90ppm以下，【H】控制在1ppm以下，并且钢中五大有害残余元素含量较低。

其中的大吨位转炉和大吨位炉外精炼炉例如可以达到130吨的容量，从而可以降低单位耗电成本。其中的大方坯例如是280mm×280mm，并且经过轧制后可以达到160mm×160mm方坯。进一步地该轧制后的方坯经过剥皮、二火加热轧制、退火和银亮的一种或任选的多种组合等工序完成线材的制作，从而获得性能指标较好，成材率较高的成品。

在上述的生产流程的连铸过程中，大包至中间包可以选择采用长水口，同时进行Ar气(氩气)保护浇注、浸入式水口、中包覆盖剂、结晶器保护渣等措施对钢水进行全程保护浇注，以便防止钢液二次氧化，减少非金属夹杂物，保证钢水的高洁净性。

进一步地，连铸采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和轻压下工艺，保证所铸造的方坯中的成分的均匀性，同时改善铸坯内部致密性，采用加装喷铁粉切割装置，解决了大方坯高合金耐热型气阀钢的切割问题。

另外，采用合理的缓冷、退火及加热工艺保证了气阀钢表面和内部质量。

以下就本申请示例中的工艺进行详述。

由于马氏体气阀钢的合金含量高，其制作工艺中的连铸坯的裂纹敏感性较强，再考虑到其该连铸坯属于大断面(280×280mm大方坯)。因此，在切割后，该连铸坯的表面和内部的冷速差别大，从而易导致因应力作用而造成裂纹和开裂的风险。发明人针对该问题的研究指出，采用合适的缓冷或退火工艺可以缓解、甚至解决该问题。

因此，在本申请示例中提出了一种制作高合金马氏体气阀钢的方法，且尤其适用于在制作高合金马氏体气阀钢的过程中对大尺寸铸坯的加工处理。该加工方法是用以对连铸获得连铸坯进行即时的处理，因此，是对热的连铸坯进行的趁热加工。

该制作高合金马氏体气阀钢的方法包括依次进行转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气冶炼、连铸、铸坯处理、轧制以及退火。

步骤1、转炉冶炼

采用容量为150吨的转炉，高炉铁水入炉按照110吨控制，且入炉铁水的S≤0.010％，As≤0.035％(禁止铁包加废钢)。控制冶炼终点0.06％≤C≤0.12％、P≤0.012％(或≤0.010％)。

冶炼过程中，采用双渣冶炼，转炉出钢温度确保≥1610℃，并进行留钢操作(留钢可以利用其高温缩短下一炉的造渣时间)，出钢量控制在110吨左右。其中，双渣冶炼是指冶炼过程中倒两次渣，第一次倒渣后继续冶炼再次造渣，第二次倒渣后才出钢。其中，出钢温度的确定由所炼钢种的液相线温度决定。换言之，通过钢种的液相线温度之后，朝前反推根据各个环节的降温数得出出钢温度。若转炉出钢温度太低，到LF精炼还要重新提温，增加加热能耗的同时因精炼时间变长，影响产能。

转炉钢水出钢(从转炉倒出)到1/3时，从处于高位的料仓向转炉中加入合金。合金不能加入空的钢包之中，因为，空的钢包中加入的合金容易被空钢包中的底渣包裹，等暴露出来时，可能由于合金潮湿造成喷溅。在出钢的同时加入合金，利用钢水从转炉倾倒出来的冲击作用，将合金、渣料充分融化并均匀，使转炉出钢后的粗炼钢水在到达精炼炉精炼时，有较好的融渣条件、较理想的合金成分以及成分均匀性。

加入合金的总量控制在4300±50kg；合金分别为硅铁3000±25kg、高锰铁300±20k、低碳铬铁1000±20kg。转炉铁水及合金装入量按140吨左右控制。

步骤2、LF精炼

转炉出钢的到站温度为≥1480℃，取样温度确保≥1500℃。

加入造渣剂造白渣以进行精炼(可以达到脱氧、脱硫)，且加入量以取初样时能达到白渣的程度为限，并确保白渣保持时间。

造渣要求加入400±20kg石灰及300±20kg低碱度渣，LF精炼炉通电约1-3分钟后分两批加入。在化渣时可以选择补充石灰等材料以调整渣，以及通过石灰与萤石来调整渣的流动性。同时注意LF的埋弧效果，控制好LF炉精炼过程增N。

加完渣料后，从料仓加入低碳铬铁10000±50kg和硅铁1500±25kg；升温至1630±10℃后，加低碳铬铁5000±50kg和高碳铬铁4000±40kg。

前期化渣(渣料融化、相互融合)、增碳加合金时，低吹氩气搅拌按25-45m³/h控制。

考虑到添加合金时的铬铁加入量大，可适当调大氩气流量进行精炼，但严禁高压搅拌，在加合金后混匀时间大于5分钟取样。

在整个精炼过程中，禁止喂Al丝。由于钢种合金含量高(在LF工序合金加入量大)时，在保障充分精炼的基础上，控制精炼时间≥150min。为避免长时间精炼导致钢水与空气中的N气接触而造成N含量增加的情况发生，精炼时间可以控制在150min-230min。

精炼结束后，钢水的出站温度分别针对开浇炉控制范围为1564±10℃、针对连浇炉控制范围为1559±10℃。针对开浇炉和连浇炉的温度在LF精炼控制温度，主要是考虑到后续的RH精炼和连铸工序均不带有加热功能的设备，经过RH处理以及到连铸会存在温降，所以为保证连铸浇注温度，LF精炼工序温度要做控制。换言之，通过在LF精炼过程控制温度，可以实现对连铸过程中的开浇炉温度。

步骤3、RH真空脱气冶炼

钢水到站温度分别针对开浇炉控制范围为1556±10℃、针对连浇炉控制范围在1551±10℃。

对钢水进行真空脱气处理，压强≤266Pa，且真空处理时间大于24分钟；并且高真空(真空度低于1.333×10^-1～1.333×10^-6Pa)时间≥21分钟，纯脱气时间≥8min。

RH炉破真空后，向其中喂钙铁线。即，软吹镇静前喂纯钙线50米(开浇炉喂入量增加30米)。钙处理后(软吹前)立即投入碳化稻壳保温，保证碳化稻壳均匀铺盖于炉渣表面。

环流气体采用氩气，开抽阶段流量控制在40-60Nm³/h，稳定后流量控制在60-80Nm³/h。这样的从低流量到高流量的控制方式，可以实现缓冲过渡。

氩气软吹流量控制在1-30Nm³/h，软吹时间针对开浇炉为35分钟以上、连浇炉为30分钟以上。软吹过程中严禁钢水裸露，软吹操作以不吹破渣面，并且渣面略微波动为宜，以确保钢中的大尺寸夹杂物上浮排除。其中，开浇炉指后续要连铸的头炉钢，连浇炉是指非头炉钢。第一炉钢(即开浇炉)的温度相对连浇炉更高、温度和相对连浇炉更长。

该钢种禁止OB升温，成分微调在前中期完成。处理过程禁止使用冷钢降温。RH处理过程中不得补Al。

步骤4、连铸

采用5机5流连铸机生产尺寸为280×280mm连铸坯(280mm方坯)。

连铸过程中，中间包的过热度控制要求：开浇炉≤40℃，连浇炉≤35℃，以增大铸坯细等轴晶区，减小成分偏析。

开浇炉平台温度要求控制为1500±5℃，连浇炉的中包的目标温度为1475±10℃。通过上述温度的控制，可以确保浇注温度尽量靠近钢种的液相线温度—实现降低过热度—有利于铸坯质量。

连铸过程中，大包至中间包采用氩气(Ar)保护下的长水口浇注，同时采用浸入式水口保护浇注，防止钢液二次氧化。大包长水口插入深度≥200mm，控制中包水口插入深度120±20mm。

确保稳定的拉速、使中包液位稳定在最高位，保证结晶器液面的稳定，杜绝人为扰动结晶器液面。用中包覆盖剂、结晶器保护渣等措施对钢水进行全程保护浇注。其中结晶器水量控制在2800±70L/min，结晶器MEMS电流按630A控制,频率2.5Hz。末端电磁搅拌FEMS电流按650A控制，频率5Hz。电磁搅拌采用交替方式搅拌，具体交替时间：15s-10s-15s。

浇注时还需采用结晶器电磁搅拌技术和末端电磁搅拌，以便使连铸坯中的成分分布均匀，降低偏析值。

连铸坯为大断面铸坯—大方坯，为保证连铸坯质量及连铸过程顺利，各流拉速控制在0.7±0.05m/min、比水量控制为0.27±0.02L/kg，并且二冷水各区配比比例分别为：一区40％，二区31％，三区17％，四区12％。连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值为比水量，且其以L/kg为单位。比水量是连铸二次冷却喷水强度的指标。比水量大小会影响铸坯在二冷区表面温度分布、铸坯裂纹和偏析。

为防止连铸坯中心疏松、缩孔，连铸过程采用轻压下工艺，拉矫辊总压下量设置为7-9mm，并且各拉矫辊的引锭压力按40吨设置。

连铸坯通过切割进行分坯，以便进行后续操作，如轧制、制作具体需求尺寸的产品。由于该钢种合金含量高(属于耐热型钢)，且铸坯断面大，因此切割采用喷加铁粉装置进行切割。例如，主、副枪割嘴均用大枪嘴，采用高纯度的铁粉提高燃烧值，采用高燃烧值切割气源进行切割分坯。

步骤5、铸坯处理

由于该钢种的合金含量高，其裂纹敏感性较强。并且，由于铸坯是大断面的方锭，因此，其表面和内部(芯部)的冷却速度差异大。

基于上述因素，连铸坯在切割后的冷却过程中，易导致因应力作用而造成裂纹和开裂。

此外，由于本申请示例工艺适用于大尺寸(280×280mm)连铸坯，而在制作为具体的产品的尺寸通常会相对较小，且考虑到后续工艺中的操作便利，大尺寸铸坯通常需要进行切割和/或轧制等操作以控制其至所需的目标尺寸(当然，这并非意在限定，轧制、切割仅仅是基于减小尺寸而使用)。

并且，由于连铸坯通常是需要进行多次切割、分段，并因此形成多个分段，即其切割操作并非一次操作即完成。因此，其切割、分段操作需要一定的时间，本申请示例中的连铸坯的加工方法正是在大尺寸铸坯的切割、分段过程中，根据所形成的分段后的铸坯(切割坯)进行处理。具体而言是根据切割坯的温度的不同而选择对应的操作。

此外，连铸坯切割需要一定的时间来完成，且切割过程中通常不进行保温或加热处理，因此，其温度可能会随着切割进行而逐渐降低，那么，先切割形成的切割坯的温度可能高于后续切割形成的切割坯。因此，根据不同切割时间形成的切割坯的温度进行不同操作，以便对应地控制其开裂和裂纹的问题。

针对于该认识，示例中选择对切割形成的切割坯进行按需的缓冷或退火。其中，决定选择缓冷或者退火的因素主要是切割坯的温度，且如下述阐述予以说明。

当连铸坯分段形成的切割坯的温度在610℃-750℃时，将该温度的切割坯转移至缓冷坑(未加热、且利用其他热坯进行过烘坑处理)中进行缓冷72小时以上且其温度小于150℃时出坑。当铸坯温度为610℃-750℃，连铸坯可以不用退火，缓冷结束后可以安排加热轧制，因为，高温缓冷应力足够去除。烘坑可以保证缓冷坑为热坑。具体是用其他钢种铸坯切断后的自身温度来烘坑，对温度没有具体要求。保证铸坯入坑后冷却均匀，若是冷坑可能导致铸坯冷热不均出现应力裂纹。

连铸坯分段形成的切割坯温度为＜610℃时，切割坯在缓冷坑缓冷，待全部铸坯切割完成后，在24小时内将铸坯用保温车转至退火炉内退火。铸坯温度≤610℃时，铸坯切割完成后就装车转去退火了，进缓冷坑只是暂时进坑等全部铸坯切完的一个时间过渡，所以缓冷坑不用烘坑。一些示例中，连铸坯分段后当铸坯温度为＜610℃，铸坯在24小时内将铸坯用保温车转至退火炉内退火。

退火可以通过下述方式进行操作：

将保温车中的切割坯以不低于350℃装入退火炉，并立刻升温。例如，以30至50℃/小时的速率升温至800℃。在800℃保温8小时后，以不大于30℃/小时的速率降温，降至400℃后出炉空冷。

步骤6、轧制

采用加热轧制(轧前加热，轧制过程无加热)的方式进行本处理，即先对由铸坯处理步骤形成切割坯进行适当选择的热处理，然后进行轧制(减小断面尺寸，长度尺寸保持)。

示例中，采用步进梁式连续加热炉加热。由于该钢种合金含量高，导热性较差，且存在较强的裂纹敏感性，因此，切割坯进入加热炉，在无烧嘴的预热段控制温度≤750℃，缓慢预热，预热段时间≥160min。然后，进入一加热段，加热温度控制在800-890℃，一加热段时间确保≥100min。

二加热段温度控制在1050℃-1230℃，然后再进入均热段加热，均热段1180℃-1240℃。考虑到该钢种的Si、Cr含量较高，容易(温度超过1240℃)发生过烧。因此，均热段的目标温度可选择控制在1220℃-1230℃，并在该温度下保温≥150min。此外，由于二加热段和均热段为高温加热段，因此，控制该两段的总时间220min-350min，以保障钢烧透。

为了使切割坯中的奥氏体和组分元素均匀化，加热总时间(一加热段时间、二加热段时间以及均热段时间)确保≥480min。

在保障切割坯进入加热炉的预热段和一加热段加热时间的基础上，钢坯入炉节奏≥7.6min/支。切割坯出炉时，在保证二加热段和均热段的加热时间的基础上，出炉节奏≥7.3min/支。

加热后的切割坯出炉，直接进入粗轧机进行开坯轧制，轧制形成尺寸为160mm×160mm的方坯，且确保终轧温度≥900℃。前述的方坯断面尺寸大，因此相比于小方坯的拉速控制更慢。其中的终轧温度控制在满足轧制方坯仍在塑性变化的温度区域，以便顺利完成轧制。

步骤7、退火

将轧制步骤获得的小方坯进行分段(减小长度尺寸，断面尺寸保持)后，以不低于350℃的条件下直接转移至退火炉中进行退火。退火工艺为：按30-50℃/小时，升温至800℃，共计升温时间9至15小时，在800℃保温8±0.5小时后，以不大于30℃/小时的速率降温，降至400℃后出炉空冷。

经过退火步骤的轧制坯可以选择通过剥皮、二火加热轧制、退火或银亮等工序制作为成品线材。

以下结合实施例对本申请作进一步的详细描述。

实施例1

第一步骤、容量130吨转炉，终点C≥0.059-0.126％，终点出钢下渣控制良好，终点P≤0.014％。

第二步骤、容量130吨LF炉，到站钢水温度1544℃，出站温度1567℃；精炼时间182min。

第三步骤、容量130吨RH炉，真空条件为126Pa、精炼28分钟。

第四步骤、过热度32℃；拉速0.7；结晶器电磁搅拌630A/2.5Hz，末端电磁搅拌650A/5Hz；280mm大方坯；轻压下7.5mm。

第五步骤、铸坯缓冷温度398℃-473℃，铸坯安排退火，铸坯缓冷距离铸坯退火时间间隔5h；铸坯退火后表面质量良好，无异常缺陷。

第六步骤、预热段温度684-741℃，均热段温度1222-1233℃，高温段时间223-248min，加热总时间1113-1149min。

第七步骤、开轧温度：1072℃-1125℃；终轧温度：955℃-979℃。

第八步骤、360℃-452℃，退火后表面质量良好，无裂纹及断裂现象。

实施例2

第二步骤、容量130吨LF炉，到站钢水温度1534℃，出站温度1559℃；精炼时间211min。

第三步骤、容量130吨RH炉，真空条件为134Pa、精炼25分钟。

第四步骤、过热度29℃；拉速0.7；结晶器电磁630A/2.5Hz。末端电磁搅拌650A/5Hz；280mm大方坯；轻压下7.6mm。

第五步骤、铸坯缓冷温度415℃-480℃，铸坯安排退火，铸坯缓冷距离铸坯退火时间间隔13.2h；铸坯退火后表面质量良好，无异常缺陷。

第六步骤、预热段温度674-715℃，均热段温度1212-1226℃，高温段时间273-317min，加热总时间552-643min。

第七步骤、开轧温度：1107℃-1135℃终轧温度：968℃-981℃。

第八步骤、350℃-417℃，退火后表面质量良好，无裂纹及断裂现象。

实施例3

第二步骤、容量130吨LF炉，到站钢水温度1546℃，出站温度1562℃；精炼时间194min。

第三步骤、容量130吨RH炉，真空条件为142Pa、精炼22分钟。

第四步骤、过热度35℃；拉速0.7；结晶器电磁630A/2.5Hz。末端电磁搅拌650A/5Hz；280mm大方坯，轻压下5.8mm。

第五步骤、铸坯缓冷温度243℃-546℃，铸坯安排退火，铸坯缓冷距离铸坯退火时间间隔9.5h；铸坯退火后表面质量良好，无异常缺陷。

第六步骤、预热段温度714-748℃，均热段温度1220-1230℃，高温段时间236-292min，加热总时间594-602min。

第七步骤、开轧温度：1102℃-1130℃终轧温度：959℃-977℃。

第八步骤、359℃-431℃，退火后表面质量良好，无裂纹及断现象。

以上实施例1-3所制备的钢材的组分构成如下表所示。

组别	实施例1	实施例2	实施例3
				C	0.46	0.46	0.46
Si	3.08	3.04	3.01
				Mn	0.4	0.39	0.39
P	0.011	0.011	0.017
				S	0.003	0.005	0.004
Cu	0.028	0.024	0.029
				Ni	0.051	0.06	0.059
Cr	8.54	8.45	8.43
				Mo	0.001	0.001	0.002
Al	0.014	0.004	0.006
				Nb	0.003	0.002	0.002
V	0.019	0.037	0.035
				Ti	0.016	0.013	0.018
W	0.001	0.01	0.01
				O/ppm	9.2	7.6	8.9
N/ppm	73.7	81.4	78
				H/ppm	0.9	0.7	1

相应，由此获得钢材(160mm)方坯的性能如下表。

另外，以下将结合各示例，对本申请工艺以及相应的产品质量的关系进行考察，其中所涉及的工艺按照上记载的步骤进行，不同步骤的所具体涉及的工艺条件参数如未特别说明以上述方案为例。

实施例A1-1

本示例考察不同的连铸坯处理方式对连铸坯质量的影响。

连铸坯的处理方法包括：在连铸坯趁热切割过程中，对切割坯转移到缓冷坑中进行冷却，在冷却之后出坑或进行退火。

实施例A1-2至A1-4、对比例D1-1、D1-2按照实施例1的方法处理连铸坯，且工艺参数主要区别在于缓冷坑的温度、切割坯入坑温度以及冷却时间以及是否进行退火，并罗列于下述表1中。

表1

注：表1中，+表示进行了退火，-表示未退火

对上述各示例中的连铸坯在退火后的质量进行检测，结果显示：对比例D1-1、D1-2的连铸坯出现断裂、甚至断裂为多段；实施例A1-1至A1-4的连铸坯表面质量好、无异常缺陷。因此，在连铸坯在缓冷坑冷却后，“尽快”进行退火有助于改善连铸坯的裂纹、断裂问题。

实施例A2-1

本示例考察，在LF精炼过程中，不同的精炼时间对钢中的含N量的影响。

将转炉钢水在LF炉中进行精炼，精炼时间以及所获得钢材中的含氮量如表2所示。

表2

根据上述表2，实施例A2-1至A2-3中钢材的含氮量低于对比例D2-1至D2-2，即随着精炼时间的增加，钢材中的含氮量逐渐升高。因此，为了控制钢材质量有必要对其在LF精炼过程的精炼时间进行控制，通过适当地缩短精炼时间可以降低氮含量。

实施例A3-1

本示例用以评估，RH真空脱气冶炼过程中冶炼过程对钢材中H含量的影响。

RH真空脱气冶炼过程中的参数控制如下表3。

表3

根据上述表3数据可知，钢材中的氢含量与RH真空脱气冶炼过程紧密相关，并且延长脱气时间和软吹时间均有助于降低氢含量。

实施例A4-1

本示例考察，连铸过程中二冷水分配及轻压下工艺的压下量对连铸坯的质量影响。

二冷水分布及压下量的控制参数如下表4。

表4

根据上述表4数据可知，连铸坯中心质量受到连铸过程中的冷却和轻压下工艺的影响。合理地选择二冷水分布以及压下量将有助于改善连铸坯中心疏松、缩孔的问题。

实施例A5-1

本示例考察，退火过程中温度控制对轧制坯的质量影响。其中，温度控制参数如下表5。

表5

根据上述表5数据可知，轧制坯的退火质量受到退火过程中温度控制的影响。由于涉及的是高合金马氏体气阀钢，其合金组分多，因此导致导热性差，并且由于断面较大，因此需要控制升温和降温速率，以更缓和的温度梯度进行降温以便释放应力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种制作高合金马氏体气阀钢的方法，包括依次进行转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气冶炼、连铸、轧制以及退火，其特征在于，所述方法还包括：在所述连铸之后，所述轧制之前，趁热切割以使所述连铸坯分段形成切割坯，并根据形成的所述切割坯的温度，选择对所述切割坯执行第一操作或第二操作；

所述第一操作包括：

当所述切割坯的温度在610℃至750℃之间，将所述切割坯转移至经烘坑处理的缓冷坑中进行冷却，在冷却第一给定时间之后且冷却至温度小于等于150℃时，使所述切割坯出坑；

所述第二操作包括：

当所述切割坯的温度小于610℃，将所述切割坯转移至未经烘坑处理的缓冷坑中进行冷却，待所述连铸坯切割完成后在小于所述第一给定时间的第二给定时间之后或者冷却至温度不低于350℃时，将所述切割坯保温转移至退火炉进行退火。

2.根据权利要求1所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，所述第一给定时间为大于等于72小时，所述第二给定时间为小于等于24小时。

3.根据权利要求2所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，在所述第二操作中，所述切割坯的入炉温度不小于350℃，且退火的方法如下：

按30-50℃/小时，升温至800℃；在800℃保温后，以不大于30℃/小时的速率降温，降至400℃后出炉空冷。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，在所述LF精炼过程中，向到站钢水中添加合金时进行底吹氩气，且氩气流量为25-45m³/h、精炼时间为150分钟至230分钟。

5.根据权利要求1或2或3所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，在所述RH真空脱气冶炼过程中，压强控制在266Pa以下，真空处理时间控制大于24分钟；

采用氩气环流，且开抽阶段流量控制在40-60Nm³/h，压强稳定后流量控制在60-80Nm³/h；

同时采用氩气软吹，软吹流量控制在1-30Nm³/h。

6.根据权利要求1所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，所述连铸过程中，开浇炉的过热度控制在40℃以下，连浇炉的过热度控制在35℃以下，开浇炉平台温度为1500±5℃，连浇炉中包目标温度为1475±10℃。

7.根据权利要求6所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，在所述连铸过程中，拉速控制在0.7m/min，二冷过程比水量控制为0.27L/kg且通过四区实现，各区水配比的比例为一区40％、二区31％、三区17％、四区12％，并且凝固末端采取轻压下工艺且总压下量为8mm。

8.根据权利要求1或6或7所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，所述轧制包括对连铸坯依次进行热处理和轧制处理；

所述热处理包括依次进行的预热、一段加热、二段加热和均热段；

所述预热包括：在低于750℃的环境中预热，预热时间为大于160分钟；

所述一段加热包括：在800-890℃，一加热段时间确保≥100min；

所述二段加热包括：二加热段温度控制在1050℃-1230℃；

所述均热段包括：在1180℃-1240℃保温大于150分钟，且二段加热和均热段总时间在220min-350min；

所述轧制处理包括控制终轧温度大于900℃，且形成160mm×160mm方坯。

9.根据权利要求1所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，在所述轧制之后进行的退火包括：

对轧制所获得的轧制坯进行切割分段；

将分段后的轧制坯在不小于350℃的条件下入炉温度，且按照下述方式进行处理：

10.根据权利要求1所述的制作高合金马氏体气阀钢的方法，其特征在于，所述方法包括在退火之后进行的线材加工步骤，所述线材加工步骤包括：剥皮、二火加热轧制、退火和银亮中的一种或任选的多种组合。