53Cr21Mn9Ni4N氣閥鋼中層狀析出物的形成規(guī)律及抑制措施

53Cr21Mn9Ni4N鋼用作排氣門材料，工作環(huán)境惡劣，在高溫高壓高腐蝕環(huán)境下承載高頻率的機械應力。

專業(yè)人士用掃描電鏡對碳化物層狀析出的能譜分析，認為21-4N鋼析出物是M23C6、Cr2N和貧Cr的γ基體相間排列的類珠光體組織，這類組織不僅割裂了基體組織，使基體的強度、承載能力大大降低，還極易使氣門在應力集中部位萌生裂紋，甚至促進燃氣沿晶腐蝕。53Cr21Mn9Ni4N鋼的成品中層狀析出物一旦形成，雖可通過高溫固溶消除，但粗晶、混晶嚴重，不能滿足用戶的使用要求。因此，某公司針對在軋后冷卻過程中如何抑制53Cr21Mn9Ni4N鋼中層狀析出物開展了大量的研究。

試驗材料為53Cr21Mn9Ni4N熱軋態(tài)盤條（Φ7.5mm），其化學成分（質量分數(shù)，%）為：C0.515，Si0.23，Mn8.57，P0.025，S0.007，Cr20.55，Ni3.67，N0.41，C+N0.925。試驗料的晶粒組織為非常均勻細小的奧氏體組織，無層狀析出物。原始態(tài)晶粒度為9級。研究了不同的時效溫度（1100、1050、1000、950、900、850、800、750、700和1120℃）、不同時效時間（2h、20min）及不同冷卻方式（水冷、空冷、爐冷）時，對試驗鋼中層狀析出物的形成規(guī)律及層狀析出物微觀組織分析。結果表明：

（1）53Cr21Mn9Ni4N氣閥鋼在750～1050℃溫度區(qū)間時效或緩慢冷卻時會析出層狀析出物，當時效溫度相同，時效時間由2h縮短為20min時，53Cr21Mn9Ni4N氣閥鋼中出現(xiàn)層狀析出物的溫度區(qū)間由1050～750℃縮至950～800℃，其析出的量也相應減少。

（2）在固溶溫度及固溶時間相同時，隨著冷卻速度的降低，鋼中的層狀析出物越多。

（3）通過微觀組織分析，可認為53Cr21Mn9Ni4N鋼層狀析出物是由M23C6、Cr2N和貧Cr的γ基體相間排列的類珠光體組織。

（4）可通過高溫均熱、軋后穿水及吐絲后風冷快速通過950～800℃抑制53Cr21Mn9Ni4N氣閥鋼盤圓中的層狀析出物。