53Cr21Mn9Ni4N气阀钢中层状析出物的形成规律及抑制措施

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53Cr21Mn9Ni4N钢用作排气门材料，工作环境恶劣，在高温高压高腐蚀环境下承载高频率的机械应力。专业人士用扫描电镜对碳化物层状析出的能谱分析，认为21-4N钢析出物是M23C6、Cr2N和贫Cr的γ基…

53Cr21Mn9Ni4N钢用作排气门材料，工作环境恶劣，在高温高压高腐蚀环境下承载高频率的机械应力。专业人士用扫描电镜对碳化物层状析出的能谱分析，认为21-4N钢析出物是M₂₃C₆、Cr₂N和贫Cr的γ基体相间排列的类珠光体组织，这类组织不仅割裂了基体组织，使基体的强度、承载能力大大降低，还极易使气门在应力集中部位萌生裂纹，甚至促进燃气沿晶腐蚀。53Cr21Mn9Ni4N钢的成品中层状析出物一旦形成，虽可通过高温固溶消除，但粗晶、混晶严重，不能满足用户的使用要求。因此，某公司针对在轧后冷却过程中如何抑制53Cr21Mn9Ni4N钢中层状析出物开展了大量的研究。

试验材料为53Cr21Mn9Ni4N热轧态盘条（Φ7.5mm），其化学成分（质量分数，%）为：C0.515，Si0.23，Mn8.57，P0.025，S0.007，Cr20.55，Ni3.67，N0.41，C+N0.925。试验料的晶粒组织为非常均匀细小的奥氏体组织，无层状析出物。原始态晶粒度为9级。研究了不同的时效温度（1100、1050、1000、950、900、850、800、750、700和1120℃）、不同时效时间（2h、20min）及不同冷却方式（水冷、空冷、炉冷）时，对试验钢中层状析出物的形成规律及层状析出物微观组织分析。结果表明：

（1）53Cr21Mn9Ni4N气阀钢在750～1050℃温度区间时效或缓慢冷却时会析出层状析出物，当时效温度相同，时效时间由2h缩短为20min时，53Cr21Mn9Ni4N气阀钢中出现层状析出物的温度区间由1050～750℃缩至950～800℃，其析出的量也相应减少。

（2）在固溶温度及固溶时间相同时，随着冷却速度的降低，钢中的层状析出物越多。

（3）通过微观组织分析，可认为53Cr21Mn9Ni4N钢层状析出物是由M₂₃C₆、Cr₂N和贫Cr的γ基体相间排列的类珠光体组织。

（4）可通过高温均热、轧后穿水及吐丝后风冷快速通过950～800℃抑制53Cr21Mn9Ni4N气阀钢盘圆中的层状析出物。

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