冶金控制对奥氏体气阀钢晶粒度的影响

奥氏体气阀钢的重要力学性能，如屈服强度、韧度和热成形性等都随奥氏体晶粒度的细化而增强。对奥氏体晶粒度的控制，成为气阀钢的重要质量指标。通常要求气阀钢固溶处理后，奥氏体晶粒度达到7～9级（10级最细）。

细小的奥氏体原始晶粒，是得到细小奥氏体实际晶粒（固溶处理后的晶粒）的基础。以下将分析冶金因素对奥氏体原始晶粒尺寸的影响。

1.钢中相组成对奥氏体晶粒度的影响

（1）铬的碳化物和氮化物对细化奥氏体晶粒度的作用 铬在奥氏体气阀钢中，同碳能形成Cr₇C₃、Cr₂₃C₆碳化物，同氮能形成CrN、Cr₂N氮化物。这些化合物在钢液凝固过程中均能起晶核作用，使晶粒细化。但是，由于这些碳化物和氮化物分布不均匀和颗粒粗大，使得奥氏体原始晶粒容易产生混晶和结晶不均匀等现象。因此，通过钢中碳、氮来细化奥氏体原始晶粒度的效果不够理想，必须采用其他方法来细化奥氏体原始晶粒度。

（2）利用强碳化物和氮化物形成元素来细化奥氏体原始晶粒度 向钢中加入微量Nb、V、Ti、Zr等强碳、氮化物形成元素，同气阀钢中的碳、氮形成碳化物和氮化物。这些化合物具有高熔点（见表11-19），质点细小，分布均匀弥散，可以获得良好的细化晶粒效果，避免产生混晶现象。这种细小、分布均匀的化合物还能抑制高温下奥氏体晶粒粗化，改善钢的热加工塑性。

表11-19 碳化物和氮化物的熔点

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在冶炼奥氏体气阀钢时，为了细化奥氏体原始晶粒度，可加入钛、铌、钒约0.05%～0.10%（质量分数）。钛、铌复加得到更好的效果，其中钛占三分之一，余量为铌，加入时先加钛后加铌。

2.利用铝来控制奥氏体原始晶粒度

冶炼奥氏体气阀钢时，利用终脱氧使用含铝复合脱氧剂来细化晶粒。铝细化晶粒的作用原理：铝同钢中的氮形成高熔点细小的AlN，在钢液凝固过程中，起晶核作用而细化晶粒。

（1）细化奥氏体原始晶粒的含铝量 铝能细化奥氏体原始晶粒，但是，当钢中残余含铝量大于一定浓度时，又会促使奥氏体晶粒粗化。因此，对终脱氧剂中含铝量应严格控制。当钢中含铝量在0.020%～0.030%（质量分数，下同）时，晶粒明显细化，当含铝量大于0.060%时，晶粒开始粗化。

（2）铝细化奥氏体原始晶粒的效果 铝细化晶粒的效果比钛、铌、钒差。铝加入钢中除形成AlN外，还形成Al₂O₃。氧化铝夹杂会降低气阀钢的疲劳强度、韧性，对气阀钢的使用性能带来不利影响。