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ISO683-15：1992內燃機用閥門鋼 EN10090-1998內燃機用閥門鋼和合金
定義和分類
1.閥門材料：在不同程度上表現出耐熱、耐熱循環、耐蝕、耐氧化、耐疲勞負荷、耐沖擊和耐附著磨料磨損的鋼和非鐵合金。
悶門材料因此用來制作往復式內燃機中的進氣閥和排氣閥。
2.閥門材料按其組織(按其一般化學成分確定)分為兩類：
馬氏體鋼，主要用作進氣閥和排氣閥的連桿部分；
奧氏體合金，主要用作排氣閥。
制造方法
除非訂貨單中另有協議，冶煉方法和產品制造方法應由生產廠自行決定。
非鐵合金NiCr15Fe7TiAl，NiFe25Cr20NbTi和NiCr20TiAl通常用重熔方法生產。
表1 牌號和化學成分(熔煉分析)
| 牌號 | 原用代號 | C | Si | Mn | - | - | Cr | Mo | Ni | 其他 |
| 馬氏體鋼 | ||||||||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrmoV18 2 | - 1 3 | 0.45～0.550.40～0.500.80～0.90 | 1.02.0 2.73.3 ≤1.0 | ≤0.60 ≤0.80 ≤1.5 | 0.030 0.040 0.040 | 0.030 0.030 0.030 | 7.5～9.58.0～10.016.5～18.5 | 2.0～2.5 | ≤0.60 ≤0.60 | 0.30～0.60V |
| 奧氏體材料 | ||||||||||
| X55CrMnNiN20 8 X53CrMnNiN9 3 X50CrMnNibN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | - 8．9 - - - 11 | 0.50～0.600.48～0.580.45～0.550.48～0.580.28～0.380.03～0.10≤0.100.04～0.10 | ≤0.25≤0.25≤0.45≤0.450.50～1.00≤0.50≤1.0≤1.0 | 7.0≤10.08.0≤10.08.0≤10.08.0～10.01.5～3.5≤0.50≤1.0≤1.0 | 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.015 0.030 0.020 | 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.015 0.015 0.015 | 19.5～21.520.0～22.020.0～22.020.0～22.022.0～24.014.0～17.018.0～21.018.0～21.0 | ≤0.50 ≤0.50 | 1.5～2.753.25～4.53.5～5.53.25～4.57.0～8.0余量余量≥65 | 0.20～0.40N0.35～0.50N0.80～1.50W1.80～2.50Nb+Ta0.40～0.60N0.38～0.50NC+N>0.902.00～3.00Nb+Ta≤0.50V0.25～0.35N1.10～1.35Al5.0～9.0Fe0.70～1.20Nb+Ta2.0～2.6Ti0.30～1.00Al23.0～28.0Fe1.0～2.0Ti≤0.008B≤3.0Fe≤0.2Cu≤2.0Co≤0.008B1.0≤1.8Al1.8≤2.7Ti |
供貨時的熱處理狀態和表面等級
供貨時的熱處理狀態和表面等級應在訂貨時協商。
預定隨后進行金屬成型的閥門材料，通常按表3中烈出的一種熱處理狀態訂貨。
當閥門材料已精加工使用，按其化學成分，應為淬火和回火狀態或沉淀硬化狀態(見表4、表8)。
閥門材料主要以棒材形狀供貨，具有下列一種表面加工等級：
——剝皮和拋光的；
——剝皮和研磨的；
——研磨的；
——研磨和拋光的；
——剝皮和研磨，然后拋光的；
——軋制狀態的；
化學成分
1.材料的化學成分(熔煉分析)應符臺表1規定。
2.如果對使用特性只有很小的影響，對規定界限的輕微偏差可以得到用戶允許。
3.在訂貨時，對產品分析的結果，可以協商用表2規定的允許偏差，應根據表1熔煉分析的界限值用作證明。
力學性能
軟化退火及淬火和回火狀態的馬氏體鋼與控拎和(或)淬火狀態的奧氏體材料的室溫力學性能見表3和表4至表7。
內部質量和外部質量
1.對閥門材料非金屬夾雜物的限制應在咨詢和訂貨時協商。
2.閥門材料在100倍的拋光的橫截面上不應有內部破裂、中心疏送或任何其他種內部的明顯的孔隙。
3.NiCr20TiAl合金按ISO 643試驗時，其晶粒度應為4級或更細。但是個別的較粗的晶粒應該允許。
4.對精加工時剝皮或研磨的棒材，其表面缺路深度不應超過ISO 286-1中的h11級公差。
5.對所有其他情況，規定表面質量要求應在咨詢和訂貨時協商。
對以熱軋表面狀態供應的圓棒和線材，其表面要求可適當舶按照ISO 9443規定。
尺寸和偏差
產品的尺寸和偏差應符合在咨詢和訂貨時協議的要求，協議應盡可能根據有關的國際標準或其他合適的國家標準。
技術補充內容(供參考)
1.力學性能
對參考的熱處理狀態(見表8)，其室溫力學性能的參考值見表4。
對參考的熱處理狀態(見表8)其高溫抗拉強度和0.2%屈服應力參考值見表5和表6。
對1000h后蠕變強度參考值見表7。
2.物理性能
材料的物理性能參考值見表9。
3.補充工藝和熱處理
3-1成型和熱處理
本標準所列的全部材料都適于熱成型。一般情況，當合金含量增加，熱成型變得更困難，因為減小了流動能力。因此，在任一鍛造道次時，應避免橫截面的突然減小。
當利用鍛造前的加熱參數時，應注意奧氏體臺金熱導率低，在鍛造和加工時，在閥門合金中的任何溫度梯度都可能引起很大的內應力，以致造成內裂和表面裂紋。
熱成型和熱處理溫度指南見表8。
3-2機加工
奧氏體材料的機加工可能困難，由于奧氏體合金有高的強度、韌性和應變硬化特性。為了防止在研磨工序出現裂紋，應選用合適的研磨狀態。
表2 與規定的熔煉分析的成品分析允許偏差
| 元素 | 熔煉分析規定的范圍 | 與規定成分的允許偏差 |
| - | <0.20 | ±0.01 |
| C | 0.20～<0.60 | ±0.02 |
| - | 0.60～O.90 | ±0.03 |
| Si | <1.0 | ±0.05 |
| >1.0～3.3 | ±0.10 | |
| - | <1.0 | ±0.03 |
| Mn | 1～0～2.O | ±0.04 |
| - | >2.O～10.0 | ±0.06 |
| P | ≤0.040 | ±0.005 |
| >0.04O～O.050 | ±0.01 | |
| - | ≤O.030 | ±0.005 |
| - | ≤0.60 | ±0.02 |
| Cr | 7.5～10.0 | ±0.10 |
| >10.0～15.0 | ±0.15 | |
| >15.0～20.0 | ±0.20 | |
| >20.0～24.0 | ±0.25 | |
| M | <1.75 | ±0.05 |
| - | 1.75～2.5 | ±0.10 |
| Ni | <5.0 | ±0.07 |
| 5.0～9.0 | ||
| Nb(+Ta) | 1.8～3.0 | ±0.05 |
| V | 0.30～0.60 | ±0.03 |
| W | ≤1.50 | ±0.05 |
表3 供貨熱處理狀態的室溫力學性能
| 牌號 | 供貨的熱處理狀態 | 硬度HB | 抗拉強度MPa |
| 馬氏體鋼 | |||
| X5OCrSi8 2 | 軟化退火(Ta) | ≤300 | - |
| 淬火和回火 | 見表8 | ||
| X45CrSi9 3 | 軟化退火(Ta) | ≤300 | - |
| 淬火和回火 | 見表8 | ||
| X85CrMoV18 2 | 軟化退火(Ta) | ≤3OO | - |
| 奧氏體材料 | |||
| X5SCrMnNiN20 8 | 控冷 | 約385 | 約1300 |
| 1000℃～1100℃淬火 | ≤385 | ≤1300 | |
| X53CrMnNiN21 9 | 控冷 | 約385 | 約1300 |
| 1000℃～1100℃淬火 | ≤385 | ≤1300 | |
| X5OCrMnNiNbN21 9 | 控冷 | 約385 | 約1300 |
| 1000℃～1100℃淬火 | ≤385 | ≤1300 | |
| X53CrMnNiNbN21 9 | 控冷 | 約385 | 約1300 |
| 1000℃～1100℃淬火 | ≤385 | ≤1300 | |
| X33CrNiMnN23 8 | 控冷 | 約360 | 約1250 |
| 1000℃～1100℃淬火 | ≤360 | ≤1200 | |
| NiCr15Fe7TiAl | 930℃～1030℃淬火 | ≤325 | ≤1100 |
| NiFe25Cr20NbTi | 930℃～1030℃淬火 | ≤295 | ≤1000 |
| NiCr2OTiAl | 930℃～1030℃淬火 | ≤325 | ≤1100 |
表4 室溫力學性能參考值
| 牌號 | 參考熱處理狀態 | 硬度 | 0.2%規定殘余伸長應力MPa | 拉抗強度MPa | 斷后伸長率% | 斷面收縮率% | |
| HB | HRC | ||||||
| 馬氏體鋼 | |||||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV182 | TQ+T TQ+T TQ+T | 266～325266～325296～355 | - - - | 685 700 800 | 900～1100900～11001000～1200 | 12 14 7 | 40 40 12 |
| 奧氏體材料 | |||||||
| X55CrMnNiN208 X53CrMnNiN21 9 X50CrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P | - - - - - - - - | 28 30 30 30 25 32 28 32 | 550 580 580 580 550 750 500 725 | 900～1150950～1200950～1150950～1150850～11001100～1300900～11001100～1400 | 8 8 12 8 20 12 25 15 | 10 10 15 10 30 20 30 25 |
表5 高溫抗拉強度參考值
| 牌號 | 參考熱處理狀態 | 在下列溫度時的抗拉強度，MPa | ||||||
| 500℃ | 550℃ | 600℃ | 650℃ | 700℃ | 750℃ | 800℃ | ||
| 馬氏體鋼 | ||||||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV182 | TQ+T TQ+T TQ+T | 500 500 550 | 360 360 400 | 230 250 300 | 160 170 230 | 105 110 180 | 140 | - |
| 奧氏體材料 | ||||||||
| X55CrMnNiN208 X53CrMnNiN21 9 X50CrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P | 640 650 680 680 600 1000 800 1050 | 590 600 650 650 570 980 800 1030 | 540 550 610 600 530 930 790 1000 | 490 500 550 510 470 850 740 930 | 440 450 480 450 400 770 640 820 | 360 370 410 380 340 650 500 680 | 200 300 340 320 280 510 340 500 |
表6 高溫0.2%殘余伸長應力參考值
| 牌號 | 參考熱處理狀態 | 在下列溫度時的抗拉強度，MPa | ||||||
| 500℃ | 550℃ | 600℃ | 650℃ | 700℃ | 750℃ | 800℃ | ||
| 馬氏體鋼 | ||||||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV182 | TQ+T TQ+T TQ+T | 400 400 500 | 300 300 370 | 220 240 280 | 110 120 170 | 75 80 120 | 80 | - |
| 奧氏體材料 | ||||||||
| X55CrMnNiN208 X53CrMnNiN21 9 X50CrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P ST+P | 300 350 350 340 270 725 450 700 | 280 330 330 320 250 710 450 650 | 250 300 310 310 220 690 450 650 | 230 270 285 280 210 660 450 600 | 220 250 260 260 190 650 430 600 | 200 230 240 235 180 560 380 500 | 170 200 220 220 170 425 250 450 |
表7 1000h的蠕變強度參考值
| 牌號 | 下列溫度的1000h后的蠕變強度，MPa | |||
| 500℃ | 650℃ | 725℃ | 800℃ | |
| 馬氏體鋼 | ||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV182 | 190 190 260 | - 40 52 | - - 18 | - - - |
| 奧氏體材料 | ||||
| X55CrMnNiN208 X53CrMnNiN21 9 X50CrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | - - - - - - - - | 160 200 220 215 235 475 400 500 | 85 110 120 115 130 260 180 290 | 45 50 55 60 60 125 60 150 |
表8 熱成型和熱處理的參考數據
| 牌號 | 熱成型℃ | 軟化退火℃ | 淬火或固溶熱處理℃ | 淬火劑 | 回火或人工時效℃ |
| 馬氏體鋼 | |||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV182 | 1100～9001100～9001100～900 | 780～820/空氣或水780～820/空氣或水820～860/緩冷 | 1000～10501000～10501050～1080 | 油 油 油 | 780～820/空氣或水780～820/空氣或水720～820/空氣 |
| 奧氏體材料 | |||||
| X55CrMnNiN208 X53CrMnNiN21 9 X50CrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | 1100～9501150～9501150～9501150～9801150～9801150～9401150～10501150～1050 | - - - - - - - - | 1100～9001100～9001100～9001100～9001100～9001100～9001100～9001100～900 | 水水水水水空氣空氣或水空氣或水 | 760～815/4h～8h空氣760～815/4h～8h空氣760～815/4h～8h空氣760～850/6h空氣800～830/8h空氣840/24h+700/2h空氣690～710/16h空氣690～710/16h空氣 |
表9 有關物理性能的參考數據
| 牌號 | 20℃時密度Kg/dm3 | 20℃彈性模量MPa | 20℃和下列溫度之間的先膨脹系數 | 20℃熱導率W/(m·k) | 20℃比熱容J/kg·K | 磁性 | |||
| 100℃ | 300℃ | 500℃ | 700℃ | ||||||
| 106·Kt | |||||||||
| 馬氏體鋼 | |||||||||
| X50CrSi8 2 X45CrSi9 3 X85CrMoV18 2 | 7.7 7.7 7.7 | 210×103210×103210×103 | 10.9 10.9 10.9 | 11.2 11.2 11.2 | 11.5 11.5 11.5 | 11.8 11.8 11.8 | 21 21 21 | 500 500 500 | 有 有 有 |
| 奧氏體材料 | |||||||||
| X55CrMnNiN20 8 X53CrMnMiN21 9 X5OCrMnNiNbN21 9 X53CrMnNiNbN21 9 X33CrNiMnN23 8 NiCr15Fe7TiAl NiFe25Cr20NbTi NiCr20TiAl | 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8 8.3 8.1 8.3 | 205×103205×103205×103205×103205×103215×103215×103215×103 | 15.5 15.5 15.5 15.5 16.5 13.0 14.1 11.9 | 17.5 17.5 17.5 17.5 17.1 14.0 15.5 13.1 | 18.5 18.5 18.5 18.5 17.3 14.5 15.9 13.7 | 18.8 18.8 18.8 18.8 17.4 15.5 16.8 14.5 | 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 13 13 13 | 500 500 500 500 500 460 460 460 | 無 無 無 無 無 無 無 無 |
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