适用于低温工况的透平机械用机壳材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种透平机械用机壳材料，尤其涉及一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料及其制备方法。

背景技术：

1、透平机械用机壳也称为气缸，其是静子中最大的零件，通常是由铸铁或铸钢浇铸出来的。高压离心压缩机一般采用圆桶形锻钢机壳，用以承受高压，该类压缩机的机壳一般设有水平中分面，便于装配及检修；同时，上下机壳通过定位销定位、螺栓连接，下机壳装有导向柱，便于拆装定位。

2、目前透平机械用机壳材料一般选择行业标准《jb/t6402大型低合金钢铸件》中提到的zg25mn、zg20mn、zg230-450等材料，常用的是zg25mn，其在常温下的冲击韧性可达到aku≥47j，但在低温工况下的冲击韧性仅能达到akv＝7j(-46℃)。而透平机械机组一般要求机壳在低温工况下的冲击韧性需满足akv≥20j(-46℃)的要求，由此可知，zg25mn在低温工况下的冲击韧性较差。为了满足机壳在低温工况下的使用要求，目前选择奥氏体不锈钢zg07cr19ni10作为机壳材料，其在低温工况下冲击韧性较好，但制造成本却较高，从而导致适用性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料及其制备方法，主要用于解决现有的透平机械用机壳材料在低温工况下的冲击韧性较差，或者制造成本较高的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

3、一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料，其特殊之处在于，成分以重量百分比计包括，c：0.05～0.3％，si：0.3～0.7％，mn：0.55～1.3％，p：0～0.015％，s：0～0.01％，cr：0～0.3％，ni：0.1～0.8％，mo：0～0.15％，cu：0～0.25％，v：0～0.05％，其余为fe。

4、进一步地，所述适用于低温工况的透平机械用机壳材料成分以重量百分比计包括，c：0.14～0.18％，si：0.3～0.6％，mn：1.0～1.2％，p：0.011～0.015％，s：0.003～0.008％，cr：0.1～0.25％，ni：0.15～0.40％，mo：0.08～0.15％，cu：0.01～0.1％，v：0.01～0.05％，其余为fe。

5、进一步地，所述适用于低温工况的透平机械用机壳材料成分以重量百分比计包括，c：0.165～0.175％，si：0.4～0.5％，mn：1.15～1.17％，p：0.012～0.013％，s：0.004～0.006％，cr：0.18～0.23％，ni：0.20～0.24％，mo：0.08～0.12％，cu：0.03～0.05％，v：0.04～0.05％，其余为fe。

6、进一步地，所述适用于低温工况的透平机械用机壳材料成分以重量百分比计包括，c：0.145～0.155％，si：0.4～0.5％，mn：1.18～1.2％，p：0.014～0.015％，s：0.004～0.006％，cr：0.19～0.21％，ni：0.32～0.36％，mo：0.12～0.14％，cu：0.03～0.05％，v：0.02～0.05％，其余为fe。

7、同时，本发明还提供一种上述适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

8、1】冶炼铸造

9、1.1】按照权利要求1至4任一所述适用于低温工况的透平机械用机壳材料称取原料；

10、1.2】将所称取的原料烘烤至300～350℃后送入中频炉；

11、1.3】在中频炉中进行冶炼，待温度升至1600～1620℃时，得到钢水；

12、1.4】取样对钢水的成分进行检测，若成分符合步骤1.1】中所述原料的配比要求，则进入步骤1.5】；否则，根据检测结果称取原料中需要增加的相应成分，使原料的配比满足步骤1.1】中所述原料的配比要求，并将相应成分送入中频炉中，然后返回步骤1.3】；

13、1.5】将钢水出炉，镇静2min以上后，在1550～1570℃的温度下进行浇注，并保温12h以上，直至冒口根部温度低于200℃，得到机壳铸件毛坯；

14、1.6】切割机壳铸件毛坯的浇冒口并打磨，得到机壳铸件；

15、2】热处理

16、对步骤1.6】得到的机壳铸件依次进行淬火热处理、回火热处理，得到适用于低温工况的透平机械用机壳材料。

17、进一步地，步骤2】中，所述淬火热处理具体为，将机壳铸件在低于200℃的温度下入炉，加热至650～700℃，保温时间2～3h，再加热至870±10℃，保温3～10小时，出炉后风冷至机壳铸件的表面温度为250～300℃。

18、进一步地，步骤2】中，所述回火热处理具体为，将淬火热处理后的机壳铸件在低于200℃的温度下入炉，加热至550～570℃，保温5～10h，出炉空冷至460±10℃，再风冷至200℃以下，得到适用于低温工况的透平机械用机壳材料。

19、进一步地，步骤1.5】中，所述钢水在镇静过程中需持续吹入纯度为99％以上的氩气。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、1、本发明适用于低温工况的透平机械用机壳材料，通过控制各成分的含量，尤其是c、si、mn、ni元素的含量配比范围，确保得到的机壳材料在低温工况下的冲击韧性符合其使用要求。本发明的机壳材料与现有的zg25mn材料相比，室温冲击韧性及低温工况下的冲击韧性远优于zg25mn材料。同时，与现有的奥氏体不锈钢zg07cr19ni10材料相比，制造成本大幅降低。

22、2、本发明适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法通过合理控制铸造、淬火热处理及回火热处理的工艺条件，充分保证了制备得到的机壳材料在低温工况下的机械性能。

23、3、本发明适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法所需的原料成本较低，制得的机壳材料强度较高、焊接性能较好，经济性较好。

技术特征：

1.一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料，其特征在于，成分以重量百分比计包括，c：0.05～0.3％，si：0.3～0.7％，mn：0.55～1.3％，p：0～0.015％，s：0～0.01％，cr：0～0.3％，ni：0.1～0.8％，mo：0～0.15％，cu：0～0.25％，v：0～0.05％，其余为fe。

2.根据权利要求1所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料，其特征在于，成分以重量百分比计包括，c：0.14～0.18％，si：0.3～0.6％，mn：1.0～1.2％，p：0.011～0.015％，s：0.003～0.008％，cr：0.1～0.25％，ni：0.15～0.40％，mo：0.08～0.15％，cu：0.01～0.1％，v：0.01～0.05％，其余为fe。

3.根据权利要求2所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料，其特征在于，成分以重量百分比计包括，c：0.165～0.175％，si：0.4～0.5％，mn：1.15～1.17％，p：0.012～0.013％，s：0.004～0.006％，cr：0.18～0.23％，ni：0.20～0.24％，mo：0.08～0.12％，cu：0.03～0.05％，v：0.04～0.05％，其余为fe。

4.根据权利要求2所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料，其特征在于，成分以重量百分比计包括，c：0.145～0.155％，si：0.4～0.5％，mn：1.18～1.2％，p：0.014～0.015％，s：0.004～0.006％，cr：0.19～0.21％，ni：0.32～0.36％，mo：0.12～0.14％，cu：0.03～0.05％，v：0.02～0.05％，其余为fe。

5.一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求5或6所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的适用于低温工况的透平机械用机壳材料的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种适用于低温工况的透平机械用机壳材料及其制备方法，主要用于解决现有的透平机械用机壳在低温工况下的冲击韧性较差，或者制造成本较高的技术问题。本发明机壳材料的成分以重量百分比计包括，C：0.05～0.3％，Si：0.3～0.7％，Mn：0.55～1.3％，P：0～0.015％，S：0～0.01％，Cr：0～0.3％，Ni：0.1～0.8％，Mo：0～0.15％，Cu：0～0.25％，V：0～0.05％，其余为Fe。该机壳材料通过合理控制冶炼铸造、热处理的工艺参数，得到低温冲击功显著提升的机壳材料。

技术研发人员：蒋勇,王飞雄,张军,韩增福,王雅欣,支金花,李倩,宋金柱,张海存
受保护的技术使用者：西安陕鼓动力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4