[发明专利]奥氏体发动机气阀用钢的冶炼方法

说明书

技术领域  

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别是涉及牌号为53Cr21Mn9Ni4N（21-4N）、5Cr20Mn8Ni2N（21-2N）、33Cr23Ni8Mn3N(23-8N)奥氏体型发动机气阀用钢的一种冶炼方法。 

背景技术  

气阀钢是制造汽油发动机和柴油发动机的必用材料，发动机是汽车、拖拉机、内燃机车、船舰、工程机械、坦克、活动电站的动力，气阀则是发动机的关键零件，气阀钢也是整个发动机中的关键材料，在交通动力机械领域的重要性很大。气阀钢的生产在特殊钢中是一个专业性很强的领域，虽然数量不是很大，但其工作条件恶劣，通常都在高温、高压、高冲刷和高磨蚀的条件下工作，因而对气阀钢的性能要求较高，基本上要达到热强度高，热硬性好，疲劳强度高，耐磨性和抗腐蚀好。纵观气阀材料的发展历程，气阀钢经历了碳钢和低合金钢——硅铬型不锈钢——α相合金——奥氏体型耐热钢等多个发展阶段。目前，国内外使用最多的是奥氏体型耐热钢，其中以53Cr21Mn9Ni4N（21-4N）、5Cr20Mn8Ni2N（21-2N）、33Cr23Ni8Mn3N(23-8N)为主。

奥氏体气阀钢是上世纪50年代为节镍开发的阀门用奥氏体时效钢，目前国内外用于制造汽车、摩托车发动机排气阀应用最广的钢号。它是以奥氏体为基体，以碳、氮化合物作为沉淀硬化相弥散分布以获得足够的高温强度、韧性、较高的硬度、耐磨性以及在冷热交变条件下组织的稳定性和较好的抗氧化、耐腐蚀性能，在工作温度600～700℃下具有良好的力学性能和高温性能。奥氏体气阀钢中氮含量为0.20～0.50%，按照冶金学上规定基体为奥氏体的钢材氮含量≥0.4%为高氮钢，奥氏体气阀钢可视为中高氮钢，其冶炼方法国内外主要采用感应炉熔炼含氮合金再进行电渣重熔，由于生产成本较高，大部分只是小规模生产，高品质产品主要依赖进口。现有的冶炼设备：中频炉冶炼钢铁料、合金收得率高，电耗高、不好脱磷；电弧炉冶炼脱磷快、升温快，钢铁料消耗高。奥氏体气阀钢为高合金钢，其中合金含量高达30%左右，冶炼工艺力求降低合金元素如Cr、Ni、Mn的烧损，同时要保证N的含量在标准范围之内，一般冶炼方法是采用感应炉熔炼含氮合金，如氮化铬、镍铁等再浇注为钢锭。中国专利申请CN201110186100.4公开了一种中频炉电弧炉双联冶炼方法，包括：(1)将钢铁料装入中频炉中，出炉得1520-1530℃钢水，其中配料按照电弧炉不氧化法配料计算方法进行，按照8-12％铸铁配入，终点碳为0.40％-0.60％；(2)在电弧炉中加入石灰，然后加入上述的钢水，升温，脱磷，脱碳，最后出钢进入精炼程序。中国专利申请CN200810300678.6一种高氮钢的冶炼方法，其步骤包括：(1)用电弧炉或感应炉熔炼钢水，(2)同时采用另一台电弧炉或感应炉熔炼含氮合金，将上述(1)、(2)步骤中的钢水成分的总和与钢种适配，(3)将熔炼的钢水加入到含氮合金液中，并在氮气保护下精炼，得到高氮钢。 

发明内容  

本发明的目的在于克服上述不足，提供能够保证合金元素烧损率低，利用AOD充氮气合金化的一种生产奥氏体气阀钢的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的： 

奥氏体发动机气阀用钢的冶炼方法，包括以下步骤：

（1）感应炉熔炼含铬、含镍合金料得合金液，电弧炉冶炼钢水；

（2）将步骤（1）中所得合金液和所得钢水兑入钢包中，进入AOD炉中吹炼，根据气阀钢化学成分要求粗调合金成分、进行充氮气合金化操作，N含量达国标；

（3）将步骤（2）所得进入LF炉，进行脱氧、脱硫及微调合金操作；

（4）将步骤（3）所得进行浇注，冷却后脱模得到钢锭。

所述的步骤（1）中含铬合金包括：高碳铬铁、低碳铬铁；含镍合金包括：镍板、镍铁；全熔、温度T≥1560℃时出钢。 

所述的步骤（1）中可以添加部分返回料作为合金量。 

所述的步骤（1）中，电弧炉熔炼废钢时控制P含量，满足与感应炉钢水兑钢后P含量小于国标范围下限。 

所述的步骤（2）中有以下要求：进入AOD炉钢水中C的质量百分比为：1.5～3.0%， Si≤0.8%；在C≥0.60时，温度≥1670℃进行还原操作，还原期采取充氮气合金化，出钢温度≥1480℃。 

本发明利用感应炉熔炼合金，合金回收率高，有效的解决了金属元素的烧损高的问题；电弧炉熔炼废钢；再将二者进行兑钢处理进入AOD炉中吹炼，利用廉价的氮气进行充氮合金化。本发明也可以将钢水兑入感应炉出合金液钢包内或合金液兑入电弧炉出钢钢包内。