奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法
【專利摘要】本發明公開了一種奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，包括以下步驟：（1）感應爐熔煉含鉻、含鎳合金料得合金液，電弧爐冶煉鋼水；（2）將步驟（1）中所得合金液和所得鋼水兌入鋼包中，進入AOD爐中吹煉，根據氣閥鋼化學成分要求粗調合金成分、進行充氮氣合金化操作，N含量達國標；（3）將步驟（2）所得進入LF爐，進行脫氧、脫硫及微調合金操作；（4）將步驟（3）所得進行澆注，冷卻后脫模得到鋼錠。該方法具有生產成本低、合金回收率高、以廉價氮氣代替氮合金，適宜大規模生產的特點。
【專利說明】奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法
[0001]【技術領域】
本發明屬于鋼鐵冶煉【技術領域】，特別是涉及牌號為53Cr21Mn9Ni4N (21-4N)、5Cr20Mn8Ni2N(21-2N)、33Cr23Ni8Mn3N(23-8N)奧氏體型發動機氣閥用鋼的一種冶煉方法。
[0002]【背景技術】
氣閥鋼是制造汽油發動機和柴油發動機的必用材料，發動機是汽車、拖拉機、內燃機車、船艦、工程機械、坦克、活動電站的動力，氣閥則是發動機的關鍵零件，氣閥鋼也是整個發動機中的關鍵材料，在交通動力機械領域的重要性很大。氣閥鋼的生產在特殊鋼中是一個專業性很強的領域，雖然數量不是很大，但其工作條件惡劣，通常都在高溫、高壓、高沖刷和高磨蝕的條件下工作，因而對氣閥鋼的性能要求較高，基本上要達到熱強度高，熱硬性好，疲勞強度高，耐磨性和抗腐蝕好。縱觀氣閥材料的發展歷程，氣閥鋼經歷了碳鋼和低合金鋼一娃鉻型不銹鋼一α相合金一奧氏體型耐熱鋼等多個發展階段。目前，國內外使用最多的是奧氏體型耐熱鋼，其中以53Cr21Mn9Ni4N (21_4N)、5Cr20Mn8Ni2N (21-2N)、33Cr23Ni8Mn3N(23-8N)為主。
[0003]奧氏體氣閥鋼是上世紀50年代為節鎳開發的閥門用奧氏體時效鋼，目前國內外用于制造汽車、摩托車發動機排氣閥應用最廣的鋼號。它是以奧氏體為基體，以碳、氮化合物作為沉淀硬化相彌散分布以獲得足夠的高溫強度、韌性、較高的硬度、耐磨性以及在冷熱交變條件下組織的穩定性和較好的抗氧化、耐腐蝕性能，在工作溫度600~700°C下具有良好的力學性能和高溫性能。奧氏體氣閥鋼中氮含量為0.20~0.50%,按照冶金學上規定基體為奧氏體的鋼材氮含量> 0.4%為高氮鋼，奧氏體氣閥鋼可視為中高氮鋼，其冶煉方法國內外主要采用感應爐熔煉含氮合金再進行電渣重熔，由于生產成本較高，大部分只是小規模生產，高品質產品主要依賴進口。現有的冶煉設備:中頻爐冶煉鋼鐵料、合金收得率高，電耗高、不好脫磷；電弧爐冶煉脫磷快、升溫快，鋼鐵料消耗高。奧氏體氣閥鋼為高合金鋼，其中合金含量高達30%左右，冶煉工藝力求降低合金元素如Cr、N1、Mn的燒損，同時要保證N的含量在標準范圍之內，一般冶煉方法是采用感應爐熔煉含氮合金，如氮化鉻、鎳鐵等再澆注為鋼錠。中國專利申請CN201110186100.4公開了一種中頻爐電弧爐雙聯冶煉方法，包括:(1)將鋼鐵料裝入中頻爐中，出爐得1520-1530°C鋼水，其中配料按照電弧爐不氧化法配料計算方法進行，按照8-12%鑄鐵配入，終點碳為0.40% -0.60% ；(2)在電弧爐中加入石灰，然后加入上述的鋼水，升溫，脫磷，脫碳，最后出鋼進入精煉程序。中國專利申請CN200810300678.6 一種高氮鋼的冶煉方法，其步驟包括:(I)用電弧爐或感應爐熔煉鋼水，
(2)同時采用另一臺電弧爐或感應爐熔煉含氮合金，將上述(I)、(2)步驟中的鋼水成分的總和與鋼種適配，(3)將熔煉的鋼水加入到含氮合金液中，并在氮氣保護下精煉，得到高氮鋼。
[0004]
【發明內容】
本發明的目的在于克服上述不足，提供能夠保證合金元素燒損率低，利用AOD充氮氣合金化的一種生產奧氏體氣閥鋼的方法。
[0005]本發明是通過如下技術方案來實現的:奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，包括以下步驟:
(I)感應爐熔煉含鉻、含鎳合金料得合金液，電弧爐冶煉鋼水；
(2 )將步驟(1)中所得合金液和所得鋼水兌入鋼包中，進入AOD爐中吹煉，根據氣閥鋼化學成分要求粗調合金成分、進行充氮氣合金化操作，N含量達國標；
(3)將步驟(2)所得進入LF爐，進行脫氧、脫硫及微調合金操作；
(4)將步驟(3)所得進行澆注，冷卻后脫模得到鋼錠。
[0006]所述的步驟(1)中含鉻合金包括:高碳鉻鐵、低碳鉻鐵；含鎳合金包括:鎳板、鎳鐵；全熔、溫度T≥1560°C時出鋼。
[0007]所述的步驟(1)中可以添加部分返回料作為合金量。
[0008]所述的步驟(1)中，電弧爐熔煉廢鋼時控制P含量，滿足與感應爐鋼水兌鋼后P含量小于國標范圍下限。
[0009]所述的步驟(2)中有以下要求:進入AOD爐鋼水中C的質量百分比為:1.5~3.0%，Si ( 0.8% ;在C≥0.60時，溫度≥1670°c進行還原操作，還原期采取充氮氣合金化，出鋼溫度≥1480°C。
[0010]本發明利用感應爐熔煉合金，合金回收率高，有效的解決了金屬元素的燒損高的問題；電弧爐熔煉廢鋼；再將二者進行兌鋼處理進入AOD爐中吹煉，利用廉價的氮氣進行充氮合金化。本發明也可以將鋼水兌入感應爐出合金液鋼包內或合金液兌入電弧爐出鋼鋼包內。
[0011]本發明與現有技術相比具有以下有益效果:
1)冶煉過程中不添加含氮合金，利用廉價的氮氣進行充氮合金化，同時在冶煉前期利用感應爐熔煉鉻、鎳合金，大大降低了合金元素的燒損，從而降低成本；
2)采用了鋼包精煉工藝，提高了鋼水潔凈度，保證了產品質量。
[0012]本發明結合了感應爐熔煉合金回收率高和氬氧精煉爐(A0D爐)脫碳保鉻、充氮合金化的特點，在其他冶煉設備配合的條件下開發的一種奧氏體氣閥鋼冶煉方法，該方法具有生產成本低、合金回收率高、以廉價氮氣代替氮合金，適宜大規模生產的特點。
[0013]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明實施例的工藝流程圖。
[0014]【具體實施方式】
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0015]實施例一:
奧氏體氣閥鋼53Cr21Mn9Ni4N (21-4N)冶煉實例:
l、53Cr21Mn9Ni4N (21-4N)化學成分見表 I。
表153Cr21Mn9Ni4N化學成分
【權利要求】
1.奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，包括以下步驟: (I)感應爐熔煉含鉻、含鎳合金料得合金液，電弧爐冶煉鋼水； (2 )將步驟(1)中所得合金液和所得鋼水兌入鋼包中，進入AOD爐中吹煉，根據氣閥鋼化學成分要求粗調合金成分、進行充氮氣合金化操作，N含量達國標； (3)將步驟(2)所得進入LF爐，進行脫氧、脫硫及微調合金操作； (4)將步驟(3)所得進行澆注，冷卻后脫模得到鋼錠。
2.根據權利要求1所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(1)中含鉻合金包括:高碳鉻鐵、低碳鉻鐵；含鎳合金包括:鎳板、鎳鐵；全熔、溫度T≥1560°C時出鋼。
3.根據權利要求1或2所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(1)中可以添加部分返回料作為合金量。
4.根據權利要求1或2所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，電弧爐熔煉廢鋼時控制P含量，滿足與感應爐鋼水兌鋼后P含量小于國標范圍下限。
5.根據權利要求1或2所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)中有以下要求:進入AOD爐鋼水中C的質量百分比為:1.5~3.0%，Si ( 0.8% ；在C≥0.60時，溫度≥1670°C進行還原操作，還原期采取充氮氣合金化，出鋼溫度≥ 1480。。。
6.根據權利要求3所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(I)中，電弧爐熔煉廢鋼時控制P含量，滿足與感應爐鋼水兌鋼后P含量小于國標范圍下限。
7.根據權利要求3所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)中有以下要求:進入AOD爐鋼水中C的質量百分比為:1.5~3.0%，Si≥0.8% ;在C≥0.60時，溫度≥1670°C進行還原操作，還原期采取充氮氣合金化，出鋼溫度≥1480°C。
8.根據權利要求6所述的奧氏體發動機氣閥用鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的步驟(2)中有以下要求:進入AOD爐鋼水中C的質量百分比為:1.5~3.0%，Si ( 0.8% ;在C≥0.60時，溫度≥1670°C進行還原操作，還原期采取充氮氣合金化，出鋼溫度≥1480°C。
【文檔編號】C21C5/52GK103667587SQ201210356112
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月24日 優先權日:2012年9月24日
【發明者】涂玉國, 練明生, 張國富, 成義軍, 王田軍, 沈國平 申請人:江蘇申源特鋼有限公司, 江蘇鑫悅汽車零部件有限公司