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53Cr21Mn9Ni4N(简称21-4N化学成分)气门钢奥氏体耐热钢氮含量的控制
发布人:上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间:2014-10-09
53Cr21Mn9Ni4N(简称21-4N)是目前世界各国用来制造发动机气门的主要钢种,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、硬度、耐磨性以及冷热交变条件下组织的稳定性、抗氧化性和耐氧化铅的腐蚀性。
53Cr21Mn9Ni4N(简称21-4N)是目前世界各国用来制造发动机气门的主要钢种,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、硬度、耐磨性以及冷热交变条件下组织的稳定性、抗氧化性和耐氧化铅的腐蚀性。
某公司采用“新三步”法(合金液+低磷钢水→AOD吹炼)冶炼21-4N钢。入AOD炉的钢水温度为1460~1500℃。脱碳期全程主枪氮气流量≥10Nm3/min,即只能将氮气流量调大,不能调小。氧气最大流量25Nm3/min。根据脱碳的进程及钢水温度,改变氧气流量,达到“脱碳保铬”的目的。生产的21-4N的化学成分见下表。
表1 21-4N钢的化学成分(质量分数,%)
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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N
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Al
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Cu
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国标
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0.48~0.58
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≤0.35
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8.00~10.00
|
≤0.040
|
≤0.030
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20.00~22.00
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3.25~4.50
|
0.35~0.50
|
-
|
≤0.30
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内控
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0.50~0.54
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0.15~0.35
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8.00~8.60
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≤0.025
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≤0.005
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20.00~21.00
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3.25~4.00
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0.40~0.46
|
0.010~0.020
|
≤0.30
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对21-4N气门钢氮气合金化的工业化生产实践表明:
(1)氮在钢液中的溶解度除受氮分压影响外,还受合金元素及温度的影响。与氮亲和力强的元素从强到弱依次为Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn等。即如果合金元素与氮的亲和力强,氮在钢液中的活泼程度下降,氮的活度减小,氮含量增加。
(2)“脱碳保铬”期在主枪氮气流量≥10Nm3/min情况下搅拌钢液,氧化终点的氮含量能达到0.135%。
(3)AOD炉预还原期间氮气流量增大到14Nm3/min,扒渣时氮含量可以增大到0.37%左右。
(4)AOD精炼期间,随着钢水温度的下降,仍然采用14Nm3/min的氮气流量搅拌钢液,出钢前氮含量可控制在0.455%~0.475%之间。
(5)LF炉只能底吹氩气搅拌钢液,促使氮离子呈弥散形式均匀分布到C-Cr-Mn-Ni的晶界中去,形成稳定的基体组织。LF炉需加入氮化铬稳氮,确保LF炉出钢氮含量稳定在0.43%~0.46%之间。
(6)21-4N气门钢中,氮与强氮化元素铬、锰结合成了稳定的氮化物,大大降低了氮的活度。并且氮的原子半径大,扩散系数小,因此,真空处理时脱氮率只有0~10%。VD处理时,有效真空时间为8~10min时,氮含量基本不减少。
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