[发明专利]细晶粒抗疲劳气阀钢棒线材及其制造方法

摘要

本发明涉及细晶粒抗疲劳气阀钢材料，该材料包括Ni、Cr、Ti、Al、Mo、Nb、Mn、C、B、Mg、Zr、N、Y、Fe等元素。发明通过细化晶粒，改善气阀钢塑性，采用简便高效的冷拉拔工艺，进一步细化晶粒，提高约6‑10％塑性指标，有利于气门电墩成型，使本气阀钢能够满足气门在780‑950℃高温苛刻工作环境下的高强度及反复冲刷条件下的抗疲劳要求。经实验验证，本发明材料高温旋转弯曲疲劳性能优良；高温蠕变性能表明本发明材料具有足够的蠕变强度以防止气门失效。 1

主权项

1.一种细晶粒抗疲劳气阀钢材料，其特征在于：该材料各组分的重量百分含量为：Ni 25.0‑36.0％；Cr 14.0‑20.0％；Ti 1.9‑3.0％；Al 0.5‑2.6％；Mo 0.7‑1.2％；Nb 0.4‑0.7％；Mn 0.2‑1.0％；C 0.02‑0.1％；B 0.003‑0.015％；Mg 0.01‑0.3％；Zr 0.001‑0.04％；N 0.01‑0.1％；Y 0.001‑0.05％；余量为Fe和杂质，其中杂质的总量为≤0.1％，所述杂质为Cu、Si、S、P，其各自的重量百分含量为Cu≤0.01％；Si≤0.1％；S≤0.005％；P≤0.002％；所述气阀钢材料采用以下制备方法制得：

1)制备电极棒

按照所述细晶粒抗疲劳气阀钢材料的配比取各组分，烘干；将Ni、Cr、Fe、Nb、C作为大料，真空条件下升温至大料融化，随后进行第一次精炼，精炼功率500kw，精炼时间60min，精炼末期真空度≤3Pa；在氩气气氛中添加Ti、Al、Mo、B、Zr、N、Y作为小料，升温至小料融化；真空度≤3Pa，进行第二次精炼，精炼功率500kw，精炼时间50min；精炼结束后，加入Mg、Mn，搅拌5min，调温为1500～1600℃，浇铸为电极棒；

2)电渣重熔

将渣系配比为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝65：15:12:8的电渣渣料熔化，步骤1)所述的电极棒放进渣料中重熔，得到电渣锭；

3)锻造开坯

步骤3)得到的电渣锭1100‑1180℃保温2‑3h，开锻温度1000‑1050℃，多道次回火，终锻温度830‑960℃，锻成方坯；

4)热轧

方坯热轧，开轧温度1080‑1150℃，保温温度830‑960℃，终轧温度880‑980℃，轧制为圆坯；

5)软化热处理

圆坯保温温度为1050℃，保温时间1‑2h，水冷至室温；

6)碱煮、酸洗

软化热处理后的圆坯用碱煮液在480‑550℃，煮0.5‑1h；酸洗液常温酸洗20‑40min；

7)冷拉拔

经步骤6)碱煮、酸洗的圆坯拉拔，拉拔速度12m/min，道次变形量为10‑15％，总变形量为30‑60％；

8)固溶、时效处理

将经过冷拉拔的线棒材进行固溶、时效处理后得到细晶粒抗疲劳气阀钢材料，其中固溶处理为：1050‑1100℃保温1‑2h，水冷或油冷；时效处理为720‑760℃保温4‑16h。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：该材料各组分的重量百分含量为：Ni 32.5％；Cr 14.55％；Ti 2.86％；Al 1.75％；Mo 0.77％；Nb 0.56％；Mn 0.36％；C 0.027％；B 0.0073％；Mg 0.042％；Zr 0.03％；N 0.08％；Y 0.03％；余量为Fe和杂质。

3.细晶粒抗疲劳气阀钢材料的制备方法，其特征在于，有以下步骤：

1)制备电极棒

按照权利要求1或2所述的细晶粒抗疲劳气阀钢材料的配比取各组分，烘干；将Ni、Cr、Fe、Nb、C作为大料，真空条件下升温至大料融化，随后进行第一次精炼，精炼功率500kw，精炼时间60min，精炼末期真空度≤3Pa；在氩气气氛中添加Ti、Al、Mo、B、Zr、N、Y作为小料，升温至小料融化；真空度≤3Pa，进行第二次精炼，精炼功率500kw，精炼时间50min；精炼结束后，加入Mg、Mn，搅拌5min，调温为1500～1600℃，浇铸为电极棒；

2)电渣重熔

将渣系配比为CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝65：15:12:8的电渣渣料熔化，步骤1)所述的电极棒放进渣料中重熔，得到电渣锭；

3)锻造开坯

步骤3)得到的电渣锭1100‑1180℃保温2‑3h，开锻温度1000‑1050℃，多道次回火，终锻温度830‑960℃，锻成方坯；

4)热轧

方坯热轧，开轧温度1080‑1150℃，保温温度830‑960℃，终轧温度880‑980℃，轧制为圆坯；

5)软化热处理

圆坯保温温度为1050℃，保温时间1‑2h，水冷至室温；

6)碱煮、酸洗

软化热处理后的圆坯用碱煮液在480‑550℃，煮0.5‑1h；酸洗液常温酸洗20‑40min；

7)冷拉拔

经步骤6)碱煮、酸洗的圆坯拉拔，拉拔速度12m/min，道次变形量为10‑15％，总变形量为30‑60％；

8)固溶、时效处理

将经过冷拉拔的线棒材进行固溶、时效处理后得到细晶粒抗疲劳气阀钢材料，其中固溶处理为：1050‑1100℃保温1‑2h，水冷或油冷；时效处理为720‑760℃保温4‑16h。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1)所述大料全部融化时，真空度≤20Pa，精炼期真空度≤3Pa。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤2)所述重熔时，电极棒与结晶器填充比控制在0.5‑0.8，重熔电流为6‑10kA，重熔电压为40‑60V。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤6)碱煮液NaOH：NaCl的质量比＝60:40，酸洗中H₂SO₄：HNO₃：HF：H₂O的质量比为＝15:20:10:55。