[发明专利]含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入方法

说明书

技术领域

本发明属于奥氏体型耐热钢的制备领域，特别适用于生产内燃机的进、排气阀用奥氏体耐热钢。

背景技术

目前，我国在中等负荷的内燃机中，普遍采用21-4N钢(即5Cr21Mn9Ni4N)作为中、小缸径的排气阀用钢，该钢的工作温度在650-750℃之间，气阀钢长期使用在高温下则会有层状析出物增多，由于这种层状析出物是铬的碳化物和氮化物，因此大量的析出物会使气阀钢基体贫铬，导致该钢在高温燃气条件下的抗腐蚀性能显著下降，也会使气阀的颈部、盘部、盘锥面形成腐蚀坑，容易使气阀产生漏气和盘部开裂，气阀颈部的腐蚀坑在弯曲疲劳应力的作用下，很容易产生疲劳裂纹甚至开裂。在国外现有技术中也有资料介绍，例如美国专利4929419文献介绍的气阀钢，该钢是针对23-8N进行成分调整，如采用添加C、B、W、Mo元素和提高C、N含量来改变钢种的使用性能，该钢虽然性能比23-8N有所提高，但其制造成本比21-4N高出很多，该钢是使用在制备高负荷的内燃机排气阀用钢。另外德国在专利文献DE3704473A1中介绍的是一种改进型气阀钢，该钢是在21-4N基础上添加了5-6％Al、1.8-2.5％Nb、0.8-1.5％W，N提高到0.4-0.6％的成分范围，该钢使用在高负荷的内燃机排气阀中，但是该钢的制备成本仍然高于21-4N一倍以上。再有改进型气阀钢的技术还有俄罗斯SU1650762A1专利，该专利文献介绍了一种在21-4N基础上添加0.5-1.5％Mo、0.5-1.5％Nb、0.5-1.5％V和0.5-1.5％Zr元素，该钢的用途性能要高于21-4NWNb(X50CrMnNiNbN219)钢，该钢是使用在高负荷发动机的排气阀，其高温强度、高温耐久强度、高温硬度都高于X50CrMnNiNbN219钢，其制备成本也在21-4N钢的一倍以上。中国专利文献CN1570184A介绍的一种经济型气阀钢，该钢是在21-4N基础上添加Nb0.20-1.10％，Re0.01-0.2％，其余为Fe；该钢综合性能好和制备成本低。

发明内容

本发明提供一种成分设计合理，产品综合性能好、成品率高的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入方法。

本发明是通过如下技术来实现的：含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入方法，包括碳、镍、铬、氮、锰、硅、磷、硫、轻稀土元素、铁，其重量百分比为：碳(C)：0.51-0.56％；硅(Si)：小于0.3％；锰(Mn)：9.2-9.7％；磷(P)：小于0.035％；硫(S)：小于0.025％；镍(Ni)：3.5-4％；铬(Cr)20.5-21.5％；氮(N)：0.36-0.43％；轻稀土元素小于0.15％；余量以铁(Fe)平衡。

所述轻稀土元素为Ce、La或其混合物。

所述轻稀土元素重量百分比为0.1-0.15％。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：出钢时，将稀土随出钢钢水放入钢包，高温钢液将稀土冲熔并充分反应，经镇静后浇铸钢锭。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：出钢时，将稀土铁合金随出钢钢水放入钢包，高温钢液将稀土铁合金冲熔并充分反应，经镇静后浇铸钢锭。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：出钢时，钢水至钢包的五分之一处时将稀土放入出钢钢包，钢液浇入钢包过程中，将稀土冲熔并充分反应，经镇静后浇注钢锭。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：出钢时，钢水至钢包的五分之一处时将稀土铁合金放入出钢钢包，钢液浇入钢包过程中，将稀土铁合金冲熔并充分反应，经镇静后浇注钢锭。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：将稀土总量分成4份，出钢时，钢水至钢包的五分之一处时将稀土四分之一放入出钢钢包；钢水至钢包五分之二时将稀土四分之一放入出钢钢包；依次类推加入稀土；钢液浇入钢包过程中，将稀土冲熔并充分反应，经镇静后浇注钢锭。

所述稀土加入方法为钢包浇入法：将稀土铁合金总量分成4份，出钢时，钢水至钢包的五分之一处时将稀土铁合金四分之一放入出钢钢包；钢水至钢包五分之二时将稀土铁合金四分之一放入出钢钢包；依次类推加入稀土铁合金；钢液浇入钢包过程中，将稀土铁合金冲熔并充分反应，经镇静后浇注钢锭。

本发明所提出的含有稀土元素的21-4N气阀钢，也是以21-4N钢为基础，通过对该钢的成分进行合理的调整，使本发明气阀钢在具备良好综合性能的同时，还降低了该钢的制备成本。