[发明专利]内燃机气阀钢

说明书

技术领域

本发明属于合金技术领域，尤其涉及一种内燃机气阀钢。

背景技术

进气阀和出气阀是汽油发动机和柴油发动机等内燃机的必要部件和关键部件。由于内燃机的工作转速在1000转/min～6000转/min、工作温度高达780℃～950℃，气阀通常是以高频率作往复运动，气阀对阀座会产生撞击，即落座力，导致气阀产生摩擦磨损和气阀盘部、颈部受力。气阀材料需要具有良好的抗氧化腐蚀性能、耐磨减磨性能和高温强度才能够长期在恶劣环境下工作，使内燃机具有较长的使用寿命。

目前一般采用镍基合金或奥氏体钢作为高负荷内燃机气阀材料。现有技术公开了多种镍基合金，如Inconel 751(HEV3)、Nimonic 80A(HEV5)等商品。公开号为CN 101781741A的中国专利文献也公开了一种镍基合金，包括以下组分：13.0wt％～16.0wt％的Cr、30.00wt％～34.00wt％的Ni，0.40wt％～0.70wt％的Nb、2.20wt％～3.00wt％的Ti、1.20wt％～2.00wt％的Al、0.60wt％～0.80wt％的Mo、0.0015wt％～0.004wt％的B、≤0.07wt％的C、≤0.25wt％的Si、≤0.70wt％的Mn、≤0.30wt％的Cu、≤0.020wt％S、≤0.020wt％的P和余量的Fe。镍基合金一般是通过时效处理使得γ′相析出，增强材料的高温强度和耐磨性。但是，γ′相的高温耐磨性和抗氧化抗腐蚀性能较差，且γ′相作为硬质相的摩擦系数较大，减磨性能有待于进一步提高。

现有技术也公开了多种奥氏体钢，如21-4N奥氏体钢、21-4NNb奥氏体钢、21-4NWNb奥氏体钢，牌号为X60CrMnMoVNbN21-10的奥氏体钢等。为了提高气阀的工作负荷，公开号为US6635128的美国专利文献公开了一种奥氏体钢，其组成为：13wt％～25wt％的Cr、4wt％～16wt％的Ni、0.25wt％～8wt％的Mn、0.5wt％～7wt％的Cu，≤0.45wt％的C和/或N、1wt％～5wt％的Mo、Nb、V、W和Ta中的一种或多种；公开号为SU 1650762A1的俄罗斯专利文献通过在21-4N奥氏体钢的基础上添加0.5wt％～1.5wt％的Mo、0.5wt％～1.5wt％的Nb、0.5wt％～1.5wt％的V和0.05wt％～0.20wt％的Zr提高了奥氏体钢的高温强度，使其可用于高负荷内燃机气阀。公开号为CN 102199739 A的中国专利文献公开了具有如下组成的奥氏体钢：17wt％～25wt％的Cr、4wt％～12wt％的Ni、7wt％～14wt％的Mn、0.025wt％～1wt％的Nb、0.5wt％～0.8wt％的C、0.5wt％～1.5wt％的Si、0.3wt％～0.6wt％的N、余量为Fe和不可避免的杂质。上述三种奥氏体钢主要通过添加Nb元素抑制层状析出，并改变层状析出的形貌和分布，同时采用Mo、Si等元素固溶强化。但是，上述奥氏体钢在应用过程中并不能完全消除层状析出，层状析出会使晶界和基体贫铬，导致抗氧化腐蚀性能降低，在排气阀锥面和颈部产生腐蚀坑，发生疲劳时效。此外，上述奥氏体钢以摩擦系数较大的碳化物、氮碳化物作为硬质相，其高温抗氧化腐蚀性能和减磨性能均较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种内燃机气阀钢，本发明提供的内燃机气阀钢具有良好的高温强度、耐磨减磨性和抗氧化腐蚀性能，能够提高内燃机气阀的使用寿命。

本发明提供了一种内燃机气阀钢，包括以下组分：

22wt％～24wt％的Cr；

13wt％～15wt％的Ni；

3.5wt％～4.5wt％的Mn；

2wt％～3wt％的Nb；

1.5wt％～2wt％的Mo；

0.1wt％～0.2wt％的Si；

1.5wt％～2wt％的Si-B-C-N；

0～0.1wt％的C；

0～0.1wt％的N；

0～0.02wt％的P；

0～0.02wt％的S；

余量为Fe。

优选的，所述Si-B-C-N为纳米Si-B-C-N。

优选的，所述Si-B-C-N的粒径不超过100nm。

优选的，包括22.5wt％～23.5wt％的Cr。

优选的，包括13.5wt％～14.5wt％的Ni。

优选的，包括3.8wt％～4.2wt％的Mn。