含有稀土元素的21－4N气阀钢及稀土加入的方法
专利汇可以提供含有稀土元素的21－4N气阀钢及稀土加入的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种含有稀土元素的21－4N气 阀 钢 及稀土加入的方法，包含 碳 、镍、铬、氮、锰、 硅 、磷、硫、轻稀土元素、 铁 ，其重量百分比为：碳(C)：0.5－0.55％；硅(Si)：小于0.3％；锰(Mn)：8.3％－9.7％；磷(P)：小于0.035％；硫(S)：小于0.025％；镍(Ni)：3.5－4％；铬(Cr)：20.5－21.5％；氮(N)：0.37－0.44％；轻稀土元素小于0.3％；余量以铁(Fe)平衡；所述稀土加入法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入出钢钢包，采用包覆或镇压方式或将稀土铁 合金 放入出钢钢包，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。该含有稀土元素的21－4N气阀钢，成分设计合理，产品综合性能好、成品率高。，下面是含有稀土元素的21－4N气阀钢及稀土加入的方法专利的具体信息内容。
1、含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方法，其特征在于：包含 碳、镍、铬、氮、锰、硅、磷、硫、轻稀土元素、铁，其重量百分比为：碳 (C)：0.5-0.55％；硅(Si)：小于0.3％；锰(Mn)：8.3％-9.7％；磷(P)：小于0.035％； 硫(S)：小于0.025％；镍(Ni)：3.5-4％；铬(Cr)：20.5-21.5％；氮(N)：0.37-0.44％； 轻稀土元素小于0.3％；余量以铁(Fe)平衡。
2、根据权利要求1所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方 法，其特征在于：所述轻稀土元素为Ce、La或其混合物。
3、根据权利要求1或2所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入 的方法，其特征在于：所述轻稀土元素重量百分比为0.2％。
4、根据权利要求1或2所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入 的方法，其特征在于所述稀土加入的方法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入 出钢钢包，采用包覆或镇压方式，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇 铸钢锭。
5、根据权利要求1或2所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入 的方法，其特征在于所述稀土加入的方法为钢包浇入法：出钢前，将稀土铁合 金放入出钢钢包，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
6、根据权利要求3所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方 法，其特征在于所述稀土加入的方法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入出钢 钢包，采用包覆或镇压方式，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢 锭。
7、根据权利要求3所述的含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方 法，其特征在于所述稀土加入的方法为钢包浇入法：出钢前，将稀土铁合金放 入出钢钢包，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
技术领域
本发明属于奥氏体型耐热钢的制备领域，特别适用于生产内燃机的 进、排气阀用奥氏体耐热钢。
背景技术
发明内容
本发明是通过如下技术方案来实现的：含有稀土元素的21-4N气阀钢 及稀土加入的方法，包含碳、镍、铬、氮、锰、硅、磷、硫、轻稀土元素、 铁，其重量百分比为：碳(C)：0.5-0.55％；硅(Si)：小于0.3％；锰 (Mn)：8.3％-9.7％；磷(P)：小于0.035％；硫(S)：小于0.025％；镍 (Ni)：3.5-4％；铬(Cr)∶20.5-21.5％；氮(N)：0.37-0.44％；轻稀土元素小于 0.3％；余量以铁(Fe)平衡。
所述轻稀土元素为Ce、La或其混合物。
所述轻稀土元素重量百分比为0.2％。
所述稀土加入法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入出钢钢包，采用 包覆或镇压方式，钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
所述稀土加入法为钢包浇入法：出钢前，将稀土铁合金放入出钢钢包， 钢液浇入钢包，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
根据本发明的目的，我们所提出的含有稀土元素的21-4N气阀钢，也 是以21-4N钢为基础，通过对该钢的成分进行合理的调整，使本发明气阀 钢在具备良好综合性能的同时，还降低了该钢的制备成本。本发明的解决 方案，首先是针对21-4N钢的不足，对气阀钢的成分进行重新设计。在本 发明钢与21-4N钢的成分进行比较后可看到，我们在成分中增加和调整了 轻稀土元素和Ni、C、N等元素的含量，目的在于使原来21-4N钢仅仅依 靠C、N、Cr结合形成的相发生变化。本发明通过增加新元素及调整其他 元素的含量形成了新的相结构，从而抑制和改变了原来Cr与C、N形成的 层状析出。本发明气阀钢经过750℃和100小时的时效后，层状析出量 ＜10％，而21-4N钢的层状析出量则＞40％；并且新相的结构更稳定，经高 温长时间时效后的屈服强度、持久强度和高温弯曲疲劳强度明显高于 21-4N。另外，由于轻稀土元素的增加和其他元素含量的调整，使本发明 气阀钢在650-750℃范围内的抗氧化和抗燃气腐蚀性能均有所提高，材料 的晶粒被合理细化。在本发明所提出的气阀钢成分中，首先考虑该钢在保 证其具有良好综合性能的前提下，通过成分及元素含量的合理调整，使本 发明气阀钢的成分中加入C和N元素，主要考虑到C和N既是奥氏体化元 素，又是间隙强化的元素，C和N与Cr可以形成碳化物和碳氮化物，能 有效的提高强化效果。当随着C、N含量的合理提高，其材料的时效强度 效果会更显著，这样可以保证本发明钢在高温下具有足够的高温短时强度 和长时高温强度。在本发明气阀钢的成分中加入Cr元素，是可以保证该 钢中具有良好的抗氧化化和抗燃气高温腐蚀性能，Cr与C、N化合形成化 合物，既提高了强度又提高硬度从而提高耐磨性，但添加过多的Cr元素 则会有利于铁素体的产生，或是a相的产生，这对本发明钢在降低制备成 本和提高综合性能不利，因此必须控制Cr的添加量。Mn是奥氏体化元素， Mn可以替代Ni，从而降低钢的成本，Mn的作用还在于有助于增中基体中 N元素的固溶效果，同时Mn也有助于抑制层状析出的作用。但是，Mn的 增加会降低钢的抗氧化和抗燃气腐蚀性能，Mn还能与钢中的S结合后形 成MnS，从而使S的有害作用降到最低，因此Mn元素的加入量选择在 8.3％-9.7％范围内较合适。Ni元素也是奥氏体形成的元素，对钢的高温强 度和抗氧化性也有明显地作用。Si元素对提高钢的抗氧化性和抗燃气腐 蚀性较为有利，但对钢的塑性性能有不利的影响，所以在本发明钢中应控 制在小于0.3％。稀土在21-4N钢中的作用机理：稀土在21-4N钢中的固 溶量约在10-6～10-5数量级之间。随着稀土加入量的增大，稀土固溶量随 之有较大增加，但当稀土加入量大于0.30％wt后趋于稳定。 0.10％wt-0.20％wt稀土能使21-4N钢铸态树枝晶组织明显得到细化，偏析 现象减轻；但当稀土过量时铸态组织又开始粗化。铸态片层M7C3相与奥氏 体存在一定的位向关系： 其析出机 制可能为胞状脱溶：γ0 γ1+M7C3，适量稀土减少了胞状组织的出现。 成品态时，微合金化21-4N钢的析出相均为M23C6；适量稀土(0.20％wt)能 使21-4N钢析出相分布更均匀，晶内析出相增多，部分析出相与奥氏体之 间存在一定的位向关系： 适量 的稀土(0.10％wt-0.20％wt)能有效变质夹杂物，改善夹杂物的形貌，而稀 土加入量超过0.30％wt后，群聚稀土夹杂物增多。稀土微合金21-4N钢在 低于1100℃固溶处理时，晶粒长大缓慢、洛氏硬度降幅较小；具有在1150 ℃以上时奥氏体晶粒急剧粗化的特征。稀土的加入有助于抑制晶粒长大， 提高晶粒长大激活能。固溶温度在1050℃到1150℃范围时，晶粒生长指 数随固溶温度的升高而增加。试验钢均采用700kg机械式中频感应电炉熔 炼，原料为纯铁、电解锰、镍板、CCr、NCr、铌铁和钒铁等，根据试验钢 成分进行配料，各炉原材料保持一致；稀土微合金化21-4N钢熔炼时为防 止稀土氧化，稀土加入法经多次试验后采用钢包浇入法为最佳：出钢前， 将稀土放入出钢钢包，采用包覆或镇压方式，钢液浇入钢包后停留数十秒 后，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
采用的稀土合金是富Ce混合稀土，纯度≥99％，各稀土元素所占比例 为：Ce53.2％，La34.5％，Pr9.0％，Nd2.4％(质量分数)。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
(1)与21-4N钢相比，各项性能有不同程度的提高，而且产品成品率提 高5％左右。
(2)适量稀土(0.20％wt)对21-4N钢高温抗拉强度影响不大，但能明显 提高高温延伸率，幅度约10％～17％；稀土添加量超过0.30％wt后对力学 性能不利。
(3)适量的稀土(0.2％wt)对21-4N钢700～900℃抗氧化性能均有一定 幅度的提高；稀土添加量超过0.3％wt后对21-4N钢抗氧化性能不利。 21-4N钢中加入0.2％wt稀土后，在700～900℃范围内，均使氧化指数n 增大，氧化速率常数kp减小，氧化激活能提高约10％。
(4)室温和500℃干摩擦条件下，适量的稀土(0.2％wt)有助于提高 21-4N钢的耐磨性能，而稀土加入过量时(超过0.3％wt)对磨损性能不利。
具体实施方式
实施例2：含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方法，包含碳、 镍、铬、氮、锰、硅、磷、硫、轻稀土元素、铁，其重量百分比为：碳(C)： 0.55％；硅(Si)：0.23％；锰(Mn)：9.7％；磷(P)：0.015％；硫(S)：0.010％； 镍(Ni)：4％；铬(Cr)：21.5％；氮(N)：0.44％；混合稀土0.13％；余量以铁(Fe) 平衡；所述稀土加入法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入出钢钢包，采 用铝箔包覆方式，钢液浇入钢包停留五十秒，待钢液与稀土充分反应后浇 铸钢锭。
实施例3：含有稀土元素的21-4N气阀钢及稀土加入的方法，包含碳、 镍、铬、氮、锰、硅、磷、硫、轻稀土元素、铁，其重量百分比为：碳(C)：0.52％； 硅(Si)：0.18％；锰(Mn)：9％；磷(P)：0.025％；硫(S)：0.015％；镍(Ni)：3.7％； 铬(Cr)：21.％；氮(N)：0.4％；混合稀土0.23％；余量以铁(Fe)平衡；所述 稀土加入法为钢包浇入法：出钢前，将稀土放入出钢钢包，采用薄型钢板 镇压方式，钢液浇入钢包停留五十秒，待钢液与稀土充分反应后浇铸钢锭。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
