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53Cr21Mn9Ni4N（簡稱21-4N化學成分）氣門鋼奧氏體耐熱鋼氮含量的控制
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-10-09
53Cr21Mn9Ni4N（簡稱21-4N）是目前世界各國用來制造發(fā)動機氣門的主要鋼種，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、硬度、耐磨性以及冷熱交變條件下組織的穩(wěn)定性、抗氧化性和耐氧化鉛的腐蝕性。
????53Cr21Mn9Ni4N（簡稱21-4N）是目前世界各國用來制造發(fā)動機氣門的主要鋼種，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、硬度、耐磨性以及冷熱交變條件下組織的穩(wěn)定性、抗氧化性和耐氧化鉛的腐蝕性。
某公司采用“新三步”法（合金液＋低磷鋼水→AOD吹煉）冶煉21-4N鋼。入AOD爐的鋼水溫度為1460～1500℃。脫碳期全程主槍氮氣流量≥10Nm3/min，即只能將氮氣流量調大，不能調小。氧氣最大流量25Nm3/min。根據(jù)脫碳的進程及鋼水溫度，改變氧氣流量，達到“脫碳保鉻”的目的。生產(chǎn)的21-4N的化學成分見下表。
表1??21-4N鋼的化學成分（質量分數(shù)，%）?
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?
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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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國標
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0.48～0.58
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≤0.35
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8.00～10.00
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≤0.040
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≤0.030
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20.00～22.00
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3.25～4.50
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0.35～0.50
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-
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≤0.30
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內控
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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
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0.010～0.020
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≤0.30
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對21-4N氣門鋼氮氣合金化的工業(yè)化生產(chǎn)實踐表明：
????（1）氮在鋼液中的溶解度除受氮分壓影響外，還受合金元素及溫度的影響。與氮親和力強的元素從強到弱依次為Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn等。即如果合金元素與氮的親和力強，氮在鋼液中的活潑程度下降，氮的活度減小，氮含量增加。
????（2）“脫碳保鉻”期在主槍氮氣流量≥10Nm3/min情況下攪拌鋼液，氧化終點的氮含量能達到0.135%。
????（3）AOD爐預還原期間氮氣流量增大到14Nm3/min，扒渣時氮含量可以增大到0.37%左右。
????（4）AOD精煉期間，隨著鋼水溫度的下降，仍然采用14Nm3/min的氮氣流量攪拌鋼液，出鋼前氮含量可控制在0.455%～0.475%之間。
????（5）LF爐只能底吹氬氣攪拌鋼液，促使氮離子呈彌散形式均勻分布到C-Cr-Mn-Ni的晶界中去，形成穩(wěn)定的基體組織。LF爐需加入氮化鉻穩(wěn)氮，確保LF爐出鋼氮含量穩(wěn)定在0.43%～0.46%之間。
????（6）21-4N氣門鋼中，氮與強氮化元素鉻、錳結合成了穩(wěn)定的氮化物，大大降低了氮的活度。并且氮的原子半徑大，擴散系數(shù)小，因此，真空處理時脫氮率只有0～10%。VD處理時，有效真空時間為8～10min時，氮含量基本不減少。
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