[科普中国]-阀门钢

阀门钢是耐热钢的一个重要分支，是制造内燃机进、排气阀门的专用特殊材料。这种材料常处于450～900℃的高温和3000～7000kPa的爆发压力的工作条件下，并长期承受汽油、柴油等燃气的高温腐蚀与冲刷及阀门本身与阀座的摩擦。因此，阀门材料必须具备在最高工作温度下有足够的热强性、抗高温腐蚀性、抗氧化性、耐磨性和抗冲击性。

简介阀门钢（gas valve steel；valve steel）适合于制造各种阀门用的钢种，也称气阀钢(gas valve steel)。为提高阀门钢的耐磨性和耐蚀性，还可对其进行表面渗铝和堆焊硬质合金等表面改性处理1。

起源发源汽车和内燃机工业的发展，推动了阀门钢的开发，最早的阀门钢是20世纪20年代的0.4C-12Cr钢。1930年开始使用8.5Cr-3Si钢。1942年英国列人标准中的牌号为En52。稍后法国提出了10Cr-2Si-1Mo钢。这样就形成了以Cr-Si为主的马氏体型阀门钢。这种钢在650℃以下有良好的热强性和抗氧化性，且较经济，各国还广泛用于低负荷的排气阀门和中负荷的进气阀门。我国标准中的牌号为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。增加碳含量并加人镍、钼、钨、钒等可提高耐热性，发展为高碳马氏体型耐热钢，碳含量最高达0.80%～0.85%，如X80CrSiNi20(XB）、X85CrMoV193、X80CrSiMoW152等。我国研制了新钢种MF811。

中、高负荷的排气阀-般采用奥氏体型阀门钢。最早使用的是高碳18Cr-8Ni奥氏体钢。为了提高钢的热强性添加了钨、钼，并相应提高了镍的含量，如X45CrNiW189、14Cr-14Ni-2W-1Mo钢。在21Cr-12Ni钢中加入0.2%N进-步稳定了奥氏体并增加了钢的硬度和延缓了碳化物的集聚。用锰代替Cr-Ni钢中的镍始于1945年。1950年Jenmings发现硅含量小于0.25%显著提高了抗氧化铅腐蚀的能力。1952年美国发明了低硅的21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N)，与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni-2W-Mo相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门仁迅速得到广泛应用。在21-4N钢某础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。21-4N钢硅低氮高，生产难度大，对其成分进行调整，成为21-2N，这种钢用于轻负荷排气阀更为经济。23-8N是用于柴汕机排气阀门较经济的材料，性能优于21-12N和14Cr-14Ni-2W-Mo钢，工艺性能也优于21-4N钢。美国还致力于改善阀门钢的高温疲劳强度和抗腐蚀、耐磨性的研究，开发了汽油机、柴油机两用的新型排气阀门材料VMS513，在高温下的疲劳强度比21-4N高40%2。

分类按组织类型阀门钢分为马氏体型和奥氏体型。常用的马氏体型阀门钢有4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo钢。4Cr9Si2钢用作700℃以下工作的汽车发动机、柴油机的排气阀。4Cr10Si2Mo钢可用作工作温度不超过750℃的中、高负荷汽车发动机和柴油机的排气阀。使用较广泛的奥氏体型阀门钢是4Cr14Ni14W2Mo钢，用于制作使用温度不超过750℃的内燃机重负荷排气阀。其他的奥氏体型阀门钢还有5Cr21Mn9Ni4N和2Cr21Ni12MnSiN钢。

国内发展现状我国阀门钢的研究生产始于20世纪50年代。在YBII 1959《耐热钢技术条件》中列入了通4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo三个阀门钢牌号。70年代开始研制21-N。80年代国产阀门钢进入全面发展阶段。引进消化了21-4WNbN，XB，21-12N，23-8N，21-2N，X85CrMoV182，X60CrMnMoVNbN2110，20-11P等3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学