超低温阀门用高锰奥氏体钢及其铸件制备方法与流程

本发明涉及超低温阀门的改进发明，尤其涉及一种超低温阀门用高锰奥氏体钢及其铸件制备方法的改进发明。

背景技术：

1、随着社会经济的不断发展，石油、煤炭等基础能源的不断消耗，给环境带来了严重的污染。天然气是一种环保能源，具有高的热能，污染低的特点。随着我国环境保护要求的不断提高。发展天然气的力度越来越大，伴随着天然气管道及储罐日益增多，阀门等部件的应用也越来越多。将天然气冷却至-162℃以下时，气态会形成液体，液体的天然气好储存且减小空间。在这个基础上，需要新型的材料来降低成本，提高天然气的储存质量。因此，开发一种超低温状态下具有优良耐腐蚀、良好的强韧性材料，具有非常重要的作用。

2、天然气在-162℃以下才能实现液化，液化天然气储存设备用材料要具有良好的低温冲击韧性、抗低温脆性。目前能具有良好超低温力学性能和冲击韧性的材料很稀缺，常用的材料为9ni钢、18-8系列不锈钢，但由于镍含量较高，价格比较昂贵，且18-8系列不锈钢存在力学性能差的技术困难。目前，超低温高锰奥氏体钢的开发受到大家的关注。新研发的超低温高锰奥氏体钢的屈服强度是18-8系列不锈钢的1.5倍多，具有优异的低温冲击性能，可以大大降低承压工件的壁厚和重量，节省材料。工业用锰铁价格仅为纯镍板的1/10，高锰奥氏体钢价格约是18-8系列不锈钢的60%、约是9ni钢的85%，成本优势明显。lng储罐及阀门用超低温高锰奥氏体钢采用mn元素替代ni元素，不仅满足我国“富锰贫镍”资源战略需求，也降低了装备的成本，提高产品竞争力。超低温高锰奥氏体钢价格低、热处理工艺简单、焊接性能优良，可代替9ni钢和18-8系列不锈钢用于-196℃及其以上温度的低温装置,如储罐、阀门等。目前，采用铸造工艺的超低温高锰奥氏体钢还未出现，一些结构复杂的无法用板材来制造的设备可采用铸造方式来实现，如阀门阀体的铸造等。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种超低温阀门用高锰奥氏体钢及其铸件制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案来实现的：该种超低温阀门用高锰奥氏体钢，其特征在于，包含以下重量百分比的成分，c:0.35~0.55%、si:0~0.5%、mn:22.5~25.5%、p:0~0.015%、s:0~0.005%、cr:3.0~4.0%、ni:0~0.4%、mo:0~0.12%、v:0.05~0.15%、cu:0.3~0.7%、nb:0~0.02%、ti:0~0.03%、b:0~0.005%、n:0~0.005%、余量为fe和少量杂质。

3、所述高猛奥氏体钢含c: 0.55%、si: 0.50%、mn: 25.5%、cr: 4.0%、ni:0.4%、mo:0.12%、v: 0.15%、cu: 0.7%、nb: 0.02%、ti: 0.03%、b:0.005%、n: 0.005%。

4、所述高猛奥氏体钢含c:0.35%、si:0.10%、mn:22.5%、cr:3.0%、ni:0.1%、mo:0.01%、v:0.05%、cu:0.3%、nb: 0.01%、ti: 0.01%、b:0.001%、n:0.001%。

5、所述高猛奥氏体钢含c:0.45%、si:0.40%、mn:24.0%、cr:3.5%、ni:0.25%、mo:0.65%、v:0.06%、cu:0.5%、nb: 0.15%、ti: 0.02%、b:0.003%、n:0.003%。

6、超低温阀门用高锰奥氏体钢的铸件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按所需结构制作砂箱模型，砂箱模型不进行加热；（2）进行合金配料，采用电炉炼钢；（3）采取整体一次性浇注法，将炼化的合金浇注于砂箱模型内，浇注过程中，浇注温度控制在1450~1500℃；（4）浇注完成后，待砂箱模型内部的铸件自然冷却至室温，然后将铸件取出；（5）铸件取出后，去除铸件表面的氧化皮、砂粒等；（6）采用锯切、磨削和抛光等工艺，切除浇口和冒口，获得满足要求的铸件尺寸精度和表面质量：（7）最后对铸件进行固溶热处理,固溶温度控制在980~1000℃，保温1h,快速冷却。

7、本发明的有益效果是改进后的超低温阀门用高锰奥氏体钢及其铸件制备方法，通过采用一定比例的元素成分组合，能显著提高材料的超低温冲击韧性，抗拉强度、屈服强度，实现超低温高锰奥氏体钢的铸件生产，降低生产成本，稳定产品质量的目的。

技术特征：

1.超低温阀门用高锰奥氏体钢，其特征在于，包含以下重量百分比的成分，c:0.35~0.55%、si:0~0.5%、mn:22.5~25.5%、p:0~0.015%、s:0~0.005%、cr:3.0~4.0%、ni:0~0.4%、mo:0~0.12%、v:0.05~0.15%、cu:0.3~0.7%、nb:0~0.02%、ti:0~0.03%、b:0~0.005%、n:0~0.005%、余量为fe和少量杂质。

2.如权利要求1所述的超低温阀门用高锰奥氏体钢，其特征在于，所述高猛奥氏体钢含c: 0.55%、si: 0.50%、mn: 25.5%、cr: 4.0%、ni:0.4%、mo: 0.12%、v: 0.15%、cu: 0.7%、nb:0.02%、ti: 0.03%、b: 0.005%、n: 0.005%。

3.如权利要求1所述的超低温阀门用高锰奥氏体钢，其特征在于，所述高猛奥氏体钢含c:0.35%、si:0.10%、mn:22.5%、cr:3.0%、ni:0.1%、mo:0.01%、v:0.05%、cu:0.3%、nb: 0.01%、ti: 0.01%、b:0.001%、n:0.001%。

4.如权利要求1所述的超低温阀门用高锰奥氏体钢，其特征在于，所述高猛奥氏体钢含c:0.45%、si:0.40%、mn:24.0%、cr:3.5%、ni:0.25%、mo:0.65%、v:0.06%、cu:0.5%、nb:0.15%、ti: 0.02%、b:0.003%、n:0.003%。

5.超低温阀门用高锰奥氏体钢的铸件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按所需结构制作砂箱模型，砂箱模型不进行加热；（2）进行合金配料，采用电炉炼钢；（3）采取整体一次性浇注法，将炼化的合金浇注于砂箱模型内，浇注过程中，浇注温度控制在1450~1500℃；（4）浇注完成后，待砂箱模型内部的铸件自然冷却至室温，然后将铸件取出；（5）铸件取出后，去除铸件表面的氧化皮、砂粒等；（6）采用锯切、磨削和抛光等工艺，切除浇口和冒口，获得满足要求的铸件尺寸精度和表面质量：（7）最后对铸件进行固溶热处理，固溶温度控制在980~1000℃，保温1h，快速冷却。

技术总结
本发明公开了一种超低温阀门用高锰奥氏体钢及其铸件制备方法，高锰奥氏体钢包含以下重量百分比的成分，C:0.35~0.55%、Si:0~0.5%、Mn:22.5~25.5%、P:0~0.015%、S:0~0.005%、Cr:3.0~4.0%、Ni:0~0.4%、Mo:0~0.12%、V:0.05~0.15%、Cu:0.3~0.7%、Nb:0~0.02%、Ti:0~0.03%、B:0~0.005%、N:0~0.005%、余量为Fe和少量杂质，并通过砂箱模型浇注成型，本发明所制高锰奥氏体钢具有较高抗拉强度、屈服强度、超低温冲击韧性。

技术研发人员：郝文明,郑毅黔,吴高书,徐晓光,吴啸,彭怀刚,王怀林,王奕彤
受保护的技术使用者：方正阀门集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31