6Cr21Mn10MoVNbN大功率发动机气阀钢的研究

通过热模拟压缩试验和热轧固溶试验研究了6Cr21Mn10MoVNbN气阀钢不同变形条件下的热变形行为和不同固溶工艺下的显微组织演变规律。结果表明：6Cr21Mn10MoVNbN钢最佳的热变形温度范围为1150～950℃，最佳的固溶处理温度范围为1100～1150℃。经过实际生产线在线试验的参数优化，生产出了常温抗拉强度高于1000MPa、伸长率大于8％、500℃和800℃抗拉强度分别超过800MPa与400MPa的高性能气阀钢，成品率达到60％以上。     

稀土对21-4N钢显微组织和力学性能的影响

研究了不同稀土加入量对21-4N钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：适量混合稀土加入后，21-4N钢铸态树枝晶组织明显得到细化，偏析现象减轻，夹杂物尺寸变小，部分夹杂物形态由多边形向椭圆形转变。稀土能减轻轧制织构，改善碳化物的分布。随着稀土添加量的增加，常温(15℃)抗拉强度先是提高，然后略有下降，伸长率是逐步下降的。而适量的稀土(0％～0.20％)能提高21-4N钢高温(500℃)抗拉强度，同时塑性也略有提高。     

我国21-4N气阀钢的研究现状和发展趋势

21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)钢为汽车发动机排气阀用奥氏体耐热钢，该钢主要通过碳、氮化物沉淀硬化，在700℃使用温度下具有高的强韧性和耐磨性，并具有冷热交变的组织稳定性和抗氧化性，广泛用于制造排气阀。由于21-4N钢的热变形温度范围窄，该钢最佳锻轧温度为1100～980℃，冷加工硬化效应强，变形抗力较1Cr18Ni9Ti钢高30％，在锻造、热轧、冷拔时易产生裂纹。冷拔时两道次变形量≤1．10，钢中冷轧代替冷拔，加入提高钢的热塑性的稀土等微量元素和控制工艺参数是降低钢材表面裂纹、提高成品率的主要措施。     

6Cr21Mn10MoVNbN气阀钢晶粒长大及其动力学研究

研究了6Cr21Mn10MoVNbN气阀钢在1 000℃到1 250℃固溶处理时的晶粒长大规律,并分析了等温固溶时晶粒长大的动力学.结果表明,弥散分布的碳氮化物对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于该钢的晶粒粗化温度(1150℃)固溶处理时,大量未溶解的碳氮化物使得晶粒尺寸增幅较小、洛氏硬度小幅下降;在高于1150℃时,随温度的升高或时间延长,晶粒长大迅速,洛氏硬度大幅下降;晶粒生长指数随固溶温度的升高而呈台阶式增长;在固溶温度为1 050～1100℃下的晶粒长大激活能为189.9 kJ/mol,晶粒长大机理为自扩散过程控制机理,并建立了相应的晶粒长大动力学方程.     

6Cr21Mn10MoVNbN钢热变形显微组织研究

采用Gleeble 2000热模拟试验机研究了不同变形条件对6Cr21 Mn10MoVNbN气阀钢热变形后显微组织的影响.结果表明,6Cr21Mn10MoVNbN钢试样热变形时随变形温度升高动态再结晶晶粒尺寸增大,M7C3相数量先减少后增加;随着变形速率升高或变形后冷却速度加快,再结晶晶粒尺寸和M7C3相数量减小.动态再结晶未完成时,再结晶晶粒随变形量的增加而细化,而M7C3相难以析出;动态再结晶完成后,随变形量的加大,再结晶晶粒粗化和M7C3相数量逐步增多.M7C3相析出是在热变形结束后的冷却过程中进行的,主要在晶界上形核,析出机制为γ0→γ1 M7C3的胞状脱溶.     

6Cr21Mn10MoVNbN钢高温氧化行为

研究了6Cr21Mn10MoVNbN钢700-900℃范围内的抗氧化性能.实验结果表明,在800℃以下该钢属于完全抗氧化级,900℃时属于抗氧化级.进入氧化稳定期后,随着温度的升高,6Cr21Mn10MoVNbN钢氧化动力学曲线从抛物线规律逐渐向线性规律偏离.XRD、SEM和能谱分析表明,随氧化温度升高,氧化层不断加厚,氧化皮组成从锰的氧化物为主向铁的氧化物占较大比例转变,致密度和抗剥落性能下降,氧化皮中铁的氧化物大量出现和氧化皮疏松是耐热钢抗氧化性能降低的主要原因.