CN104004972B - 一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，由高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件组成，高强度耐低温耐腐蚀阀体采用特殊配比原料铸造，3D打印高精度陶瓷阀门内件采用热熔粉末与复合陶瓷微粒进行制造，阀体与阀门内件制造完成后进行组装。本发明具有阀体耐低温耐腐蚀性能以及抗压强度优秀、阀门内件生产效率以及精度高、工作稳定、有效避免频繁更换的特点。
Description
技术领域
本发明属于阀门制造方法领域，具体涉及一种使用特殊配比原料铸造用于深海环境中的耐低温耐海水腐蚀的阀体，并使用3D打印技术精确制造复杂阀门内件，最大限度降低阀门内件更换频率，并将两者进行组装的阀门制造方法。
背景技术
目前在世界范围内，阀门在石油、化工、冶金等领域有着十分重要的作用，一旦阀门因为外界压力与温度发生形变，因为阀体表面因作业环境发生腐蚀，或者因为阀门内件的精度达不到标准而发生故障，导致需要频繁更换，这样不仅会给国家、企业带来严重的经济损失，同时也会带来较大的社会影响。
现有技术中，针对提高阀体的强度、耐低温以及耐腐蚀性能，主要有一下几种方法：
（1）较为常用的采用高镍高铬的合金钢作为阀体的材料，虽然在阀体强度上有所保证，并可以延缓阀体的腐蚀进程，但是无法从根本上解决这一问题，当阀门的时候时间较长时，阀体同样会因为摩擦碰撞发生形变以及发生锈蚀，并且高镍高铬合金钢的制作成本很高，在一定程度上制约了高镍高铬合金钢的推广。
（2）研发新材料，针对腐蚀以及低温形变的机理，设法寻找耐腐蚀与耐低温的金属元素与非金属元素，并相组合使用，这一方面不仅研究难度较大，而且一旦使用新材料却达不到满意效果，导致费时费力。
（3）对阀体以及阀门内件表面进行涂层，采用特定方法将耐腐蚀与耐低温的材料涂覆与阀体与阀门内件的表面，形成一层或几层耐腐蚀与耐低温层，虽然可以对耐腐蚀与耐低温层进行反复修复与补充，维持耐腐蚀耐低温效果，但是由于是在深海环境中使用，如果需要对阀体与阀门内件表面的涂层进行修补，需要动用大量的人力物力，并且会带来较大的收益影响；另外，深海用阀门对喷涂效果较高，如果喷涂工艺选择不合适，得到的涂层组织比较疏松，既不能保持有效的耐低温效果，同时高压的海水也很容易透过涂层侵入阀体，对阀体进行腐蚀；对阀门内件进行喷涂时，必须事先考虑到阀门内件之间的配合以及涂层的厚度，来相应改变阀门内件的尺寸，一旦涂层厚度发生较大变化，阀门内件就会发生配合故障；并且涂层与阀体基体以及阀门内件基体之间存在一定的结合力问题，涂层与基体的结合力不仅与各自的材质有着很大的关系，而且与所选择的的喷涂工艺也有较大的联系，如果涂层与基体不能做到有效结合的话，在低温海洋环境的冲击与影响下，很容易将涂层破坏。
一旦解决了阀门的耐磨耐蚀性能，则对国家、对企业产生的经济效益以及社会效益是不可估量的，因此如何解决阀门的耐磨耐蚀性能是本领域技术人员所需研究的课题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种使用特殊配比原料铸造用于深海环境中的耐低温耐海水腐蚀的阀体，并使用使用3D打印技术精确制造复杂阀门内件，最大限度降低阀门内件更换频率，并将两者进行组装的阀门制造方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：包括高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件；所述高强度耐磨耐蚀阀体按照质量百分比由以下成分组成：C：0.15-0.25%，Si：3-3.5%，Mn：2-2.5%，Nb：0.2-0.3%，Ti：0.17-0.22%，Co：0.25-0.35%，Ni：0.05-0.1%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。
在该成分设计中，C可以提高冲击韧性，但含碳量过高也容易造成缺陷，故C的质量百分比选择在0.15-0.25%。Mn可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时容易产生偏析，显著提高韧脆转变温度，降低合金的塑性以及韧性，因此将Mn的质量百分比控制在2-2.5%。Si在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出的特点，并稳定和细化奥氏体，增加C、Mn的偏聚，提高合金的淬透性，可充分提高紧固件的淬透性以及抗冲击韧性。Ni和B均为强增加淬透性元素，可充分提高紧固件淬透性以及抗冲击韧性。少量的Nb可使合金的晶粒细化，降低合金的过热敏感性以及回火脆性，提高强度和抗蚀性。微量B可极大提高高合金的淬透性，每1份质量的B相当于300份质量的Mo。微量的V可以赋予钢一些特殊机能，如提高抗张强度和屈服点。加入适量的Ti和Co可以明显降低合金的脆性。因此上述成分可用以海洋低温高压力环境下阀门制造。
作为优选，高强度耐低温耐腐蚀阀体的制造方法为：
（1）原料配比：准备用于制造阀体的原料，通过光谱分析仪得到原料中的元素种类，并通过密度检测仪获取各元素的密度，进而得到各元素的质量百分比；根据所得的各元素的质量百分比添加辅料，保证用于制造阀体的原料中各元素的质量百分比达到所需标准；
（2）原料熔炼：将用于制造阀体的原料放入熔炼设备中熔炼为钢水，将温度控制在1550-1680℃，并保持1h；
（3）初炼：使用造渣剂进行造渣，并通过炉底喷嘴将底吹气体吹入熔炼设备中；搅拌钢水；
（4）精炼：将完成初炼的钢水转移至真空或者充满惰性气体的容器中进行脱氧、脱气以及脱硫，去除钢水中含有的夹杂物，并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得夹杂物所占的百分比；
（5）反复精炼：重复步骤（4），直到钢水中含有的夹杂物所占的百分比已无明显降低或者已经达到最低；
（6）阀体浇注：将钢水升温至1700-1850℃，出炉镇静；镇静2-3min后，将钢水浇注于模具中，形成阀体部件；
（7）热处理：将浇注成形的阀体部件放入电炉中，按照不高于75℃/h的速度升温至870-970℃，保温4-5h，炉冷至室温；再按照不高于92℃/h升温至750-820℃，保温3-4h后出炉，在65-80℃的水中淬火至300-375℃；返回电炉中升温至385-420℃，进行低温回火处理，保温5h后，出炉空冷；
（8）退火处理：将阀体部件加热到920-955℃，保温4-5h，再以65-75℃/h的速度冷却到650-750℃，出炉空冷；
（9）阀体内表面处理：对退火空冷之后的阀体内表面进行脱脂晾干、清洗沥水、使用聚偏二氟乙烯进行镀膜；
（10）烘干备用：将处理好的阀体部件放入75-80℃的容器内进行烘干，并保温1-1.5h。
按照以上步骤，并搭配本发明提供的阀体原料配比，不仅能够使得铸造出的阀体的脆性大幅度降低，提升在海洋低温环境下的阀体强度；而且使得阀体的耐腐蚀性能显著提高；并且使用聚偏二氟乙烯进行镀膜在阀体内表面进行镀膜，具有优秀的柔韧性与耐冲击强度，使得阀体能够抵御海洋中频繁、复杂的洋流运动。
作为优选，3D打印高精度陶瓷阀门内件的制造方法为：
（1）在计算机中建立阀门内件的3D模型，并按层分解形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之相对应的反平面图；
（2）向打印机中充入热熔粉末，启动打印机进行预热；
（3）由计算机生成的正、反平面图经信号转换装置分别转换成载有正、反图形映像信息的光束；
（4）3D打印机中的部分感光鼓充电获得电位，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像；
（5）正图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形；
（6）3D打印机中剩余感光鼓充电获得电位，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像；
（7）反图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形；
（8）重复步骤（4）-（7）进行逐层打印，直到整个阀门内件的3D立体图打印完成；
（9）对模型工作台进行加热，直到模型工作台中的热熔粉末凝固为一个整体；
（10）对凝固成一体的阀门内件进行打磨，并使用雾化清理剂对阀门内件抛光处理；
（11）在阀门内件的表面使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，并晾干备用。
为了保证阀门能够稳定得工作，避免因为阀门内件反复发生故障而导致频繁更换，高精度的阀门内件是不可缺少的；本发明采用3D打印技术对阀门内件进行制造，不仅能够对阀体内部的各阀门内件进行同时打印制造，免去了阀门内件的装配过程，还能够精确控制各阀门内件的尺寸，提高其精度，保证各阀门内件的稳定工作。
作为优选，高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件制造完成之后还需进行组装，组装的具体方法为：
（1）按照先里后外、自下而上将高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件进行装配；
（2）对装配好的阀门进行压力以及气密性试验；
（3）若阀门符合压力以及气密性要求则进行油漆、包装；若不符合压力以及气密性要求，则进行返工。
作为优选，步骤（3）中的造渣剂为低碳埋弧造渣剂，组成成分以及各成分所占百分比为：CaO：68-72%，SiO2：5-10%，MgO：1-3%，Al2O3：7-14%，Al：4-5%，S：0.005-0.01%；底吹气体为Ar、N2、CO2或者CH4。
采用低碳埋弧造渣剂进行造渣能够生成足够流动性和碱度的熔渣，以便把S与P降低到设计值的上限以下，并且可以使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。通过置于炉底的喷嘴将Ar、N2、CO2或者CH4吹入炉内熔池，可以时合金加速熔化，缩短冶炼时间，降低能耗，提高金属和合金的收得率，改善合金质量，降低成本，提高生产率。
作为优选，步骤（2）中的热熔粉末还混合有复合陶瓷微粒；复合陶瓷微粒的组成成分以及各成分所占百分比为：TiO2：48-65%、Al2O3：28-35%、SiO2：5-20%。
在热熔粉末中添加复合陶瓷的组成成分，使得通过3D打印技术制造出的阀门内件与复合陶瓷一样具有较高的挠曲强度，经久耐用。
作为优选，步骤（10）中抛光处理的具体步骤为：
（1）对阀门内件进行粗打磨加工，之后放置于雾化清理载物台上；
（2）将雾化清理载物台升温至105-115℃，并保温5-10min；
（3）将雾化清理剂放入雾化清理载物台的放料管中，将雾化清理载物台的温度按2-5℃/min的速度降温至85-95℃；随后保温15-20min；
（4）停止加热雾化清理载物台，将阀门内件取出空冷。
本发明与现有的阀门制造方法相比，使用特殊配比对阀体进行铸造，使得阀体同时具有优秀的抗压强度与耐腐蚀性以及较低的脆性；将热熔粉末与复合陶瓷微粒作为原料，利用3D打印技术对阀门内件进行制造，在保证阀门内件精度与质地的同时，可以免去繁琐的阀门内件组装过程；并且使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，使得利用本发明提供的方法更加适合海洋环境。因此本发明的有益效果为：（1）阀体具有优秀的耐低温耐腐蚀性能以及抗压强度；（2）阀门内件生产效率高、精度高；（3）工作稳定、有效避免频繁更换。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本发明为一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，包括高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件。
高强度耐低温耐腐蚀阀体的制造方法为：
（1）原料配比：准备用于制造阀体的原料，通过光谱分析仪得到原料中的元素种类，并通过密度检测仪获取各元素的密度，进而得到各元素的质量百分比；根据所得的各元素的质量百分比添加辅料，保证用于制造阀体的原料中各元素的质量百分比达到所需标准；各元素按照质量百分比由以下成分组成：C：0.25%，Si：3%，Mn：2%，Nb：0.2%，Ti：0.17%，Co：0.25%，Ni：0.05%，Al：0.1%，Zn：0.15%，Cr：1.2%，B：0.005%，V：0.05%，Sn：0.015-%，S：0.025%，P：0.03%，其余为Fe。
（2）原料熔炼：将用于制造阀体的原料放入熔炼设备中熔炼为钢水，将温度控制在1550℃，并保持1h。
（3）初炼：使用低碳埋弧造渣剂进行造渣，低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占百分比为：CaO：68%，SiO2：10%，MgO：3%，Al2O3：14%，Al：4.99%，S：0.01%；并通过炉底喷嘴将Ar吹入熔炼设备中；搅拌钢水。
（4）精炼：将完成初炼的钢水转移至真空或者充满惰性气体的容器中进行脱氧、脱气以及脱硫，去除钢水中含有的夹杂物，并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得夹杂物所占的百分比。
（5）反复精炼：重复步骤（4），直到钢水中含有的夹杂物所占的百分比已无明显降低或者已经达到最低。
（6）阀体浇注：将钢水升温至1700℃，出炉镇静；镇静2min后，将钢水浇注于模具中，形成阀体部件。
（7）热处理：将浇注成形的阀体部件放入电炉中，按照65℃/h的速度升温至870℃，保温4h，炉冷至室温；再按照85℃/h升温至750℃，保温3h后出炉，在65℃的水中淬火至300℃；返回电炉中升温至385℃，进行低温回火处理，保温5h后，出炉空冷。
（8）退火处理：将阀体部件加热到920℃，保温4h，再以65℃/h的速度冷却到650℃，出炉空冷。
（9）阀体内表面处理：对退火空冷之后的阀体内表面进行脱脂晾干、清洗沥水、使用聚偏二氟乙烯进行镀膜。
（10）烘干备用：将处理好的阀体部件放入75℃的容器内进行烘干，并保温1h。
3D打印高精度陶瓷阀门内件的制造方法为：
（1）在计算机中建立阀门内件的3D模型，并按层分解形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之相对应的反平面图。
（2）向打印机中充入热熔粉末，热熔粉末还混合有复合陶瓷微粒，复合陶瓷微粒的组成成分以及各成分所占百分比为：TiO2：48%、Al2O3：35%、SiO2：17%；启动打印机进行预热。
（3）由计算机生成的正、反平面图经信号转换装置分别转换成载有正、反图形映像信息的光束。
（4）3D打印机中的部分感光鼓充电获得电位，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。
（5）正图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形。
（6）3D打印机中剩余感光鼓充电获得电位，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。
（7）反图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形。
（8）重复步骤（4）-（7）进行逐层打印，直到整个阀门内件的3D立体图打印完成。
（9）对模型工作台进行加热，直到模型工作台中的热熔粉末凝固为一个整体。
（10）对阀门内件进行粗打磨加工，之后放置于雾化清理载物台上；将雾化清理载物台升温至105℃，并保温5min；将雾化清理剂放入雾化清理载物台的放料管中，将雾化清理载物台的温度按2℃/min的速度降温至85℃；随后保温15min；停止加热雾化清理载物台，将阀门内件取出空冷。
（11）在阀门内件的表面使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，并晾干备用。
高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件制造完成之后还需进行组装，组装的具体方法为：
（1）按照先里后外、自下而上将高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件进行装配；
（2）对装配好的阀门进行压力以及气密性试验；
（3）若阀门符合压力以及气密性要求则进行油漆、包装；若不符合压力以及气密性要求，则进行返工。
通过以上步骤制造的合格阀门，其阀体的脆性降低25%，抗压强度提升16%，耐腐蚀性能提升10%，其阀门内件连续稳定工作时间提高22%。
实施例2
本发明为一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，包括高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件。
高强度耐低温耐腐蚀阀体的制造方法为：
（1）原料配比：准备用于制造阀体的原料，通过光谱分析仪得到原料中的元素种类，并通过密度检测仪获取各元素的密度，进而得到各元素的质量百分比；根据所得的各元素的质量百分比添加辅料，保证用于制造阀体的原料中各元素的质量百分比达到所需标准；各元素按照质量百分比由以下成分组成：C：0.2%，Si：3.2%，Mn：2.2%，Nb：0.25%，Ti：0.2%，Co：0.3%，Ni：0.07%，Al：0.12%，Zn：0.17%，Cr：1.5%，B：0.006%，V：0.07%，Sn：0.018%，S：0.02%，P：0.02%，其余为Fe。
（2）原料熔炼：将用于制造阀体的原料放入熔炼设备中熔炼为钢水，将温度控制在1610℃，并保持1h。
（3）初炼：使用低碳埋弧造渣剂进行造渣，低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占百分比为：CaO：70%，SiO2：10%，MgO：3%，Al2O3：12%，Al：4-5%，S：0.01%；并通过炉底喷嘴将N2吹入熔炼设备中；搅拌钢水。
（4）精炼：将完成初炼的钢水转移至真空或者充满惰性气体的容器中进行脱氧、脱气以及脱硫，去除钢水中含有的夹杂物，并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得夹杂物所占的百分比。
（5）反复精炼：重复步骤（4），直到钢水中含有的夹杂物所占的百分比已无明显降低或者已经达到最低。
（6）阀体浇注：将钢水升温至1800℃，出炉镇静；镇静2.5min后，将钢水浇注于模具中，形成阀体部件。
（7）热处理：将浇注成形的阀体部件放入电炉中，按照70℃/h的速度升温至925℃，保温4.5h，炉冷至室温；再按照85℃/h升温至800℃，保温3.5h后出炉，在72℃的水中淬火至350℃；返回电炉中升温至400℃，进行低温回火处理，保温5h后，出炉空冷。
（8）退火处理：将阀体部件加热到930℃，保温4.5h，再以70℃/h的速度冷却到700℃，出炉空冷。
（9）阀体内表面处理：对退火空冷之后的阀体内表面进行脱脂晾干、清洗沥水、使用聚偏二氟乙烯进行镀膜。
（10）烘干备用：将处理好的阀体部件放入78℃的容器内进行烘干，并保温1.2h。
3D打印高精度陶瓷阀门内件的制造方法为：
（1）在计算机中建立阀门内件的3D模型，并按层分解形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之相对应的反平面图。
（2）向打印机中充入热熔粉末，热熔粉末还混合有复合陶瓷微粒，复合陶瓷微粒的组成成分以及各成分所占百分比为：TiO2：55%、Al2O3：35%、SiO2：10%；启动打印机进行预热。
（3）由计算机生成的正、反平面图经信号转换装置分别转换成载有正、反图形映像信息的光束。
（4）3D打印机中的部分感光鼓充电获得电位，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。
（5）正图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形。
（6）3D打印机中剩余感光鼓充电获得电位，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。
（7）反图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形。
（8）重复步骤（4）-（7）进行逐层打印，直到整个阀门内件的3D立体图打印完成。
（9）对模型工作台进行加热，直到模型工作台中的热熔粉末凝固为一个整体。
（10）对阀门内件进行粗打磨加工，之后放置于雾化清理载物台上；将雾化清理载物台升温至110℃，并保温8min；将雾化清理剂放入雾化清理载物台的放料管中，将雾化清理载物台的温度按3℃/min的速度降温至90℃；随后保温17min；停止加热雾化清理载物台，将阀门内件取出空冷。
（11）在阀门内件的表面使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，并晾干备用。
高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件制造完成之后还需进行组装，组装的具体方法为：
（1）按照先里后外、自下而上将高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件进行装配；
（2）对装配好的阀门进行压力以及气密性试验；
（3）若阀门符合压力以及气密性要求则进行油漆、包装；若不符合压力以及气密性要求，则进行返工。
通过以上步骤制造的合格阀门，其阀体的脆性降低28%，抗压强度提升20%，耐腐蚀性能提升12%，其阀门内件连续稳定工作时间提高27%。
实施例3
本发明为一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，包括高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件。
高强度耐低温耐腐蚀阀体的制造方法为：
（1）原料配比：准备用于制造阀体的原料，通过光谱分析仪得到原料中的元素种类，并通过密度检测仪获取各元素的密度，进而得到各元素的质量百分比；根据所得的各元素的质量百分比添加辅料，保证用于制造阀体的原料中各元素的质量百分比达到所需标准；各元素按照质量百分比由以下成分组成：C：0.15%，Si：3.5%，Mn：2.5%，Nb：0.3%，Ti：0.22%，Co：0.35%，Ni：0.1%，Al：0.15%，Zn：0.2%，Cr：1.8%，B：0.008%，V：0.1%，Sn：0.025%，S：0.01%，P：0.005%，其余为Fe。
（2）原料熔炼：将用于制造阀体的原料放入熔炼设备中熔炼为钢水，将温度控制在1680℃，并保持1h。
（3）初炼：使用低碳埋弧造渣剂进行造渣，低碳埋弧造渣剂的组成成分以及各成分所占百分比为：CaO：72%，SiO2：10%，MgO：1%，Al2O3：12%，Al：4.995%，S：0.005%；并通过炉底喷嘴将CO2吹入熔炼设备中；搅拌钢水。
（4）精炼：将完成初炼的钢水转移至真空或者充满惰性气体的容器中进行脱氧、脱气以及脱硫，去除钢水中含有的夹杂物，并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得夹杂物所占的百分比。
（5）反复精炼：重复步骤（4），直到钢水中含有的夹杂物所占的百分比已无明显降低或者已经达到最低。
（6）阀体浇注：将钢水升温至1850℃，出炉镇静；镇静3min后，将钢水浇注于模具中，形成阀体部件。
（7）热处理：将浇注成形的阀体部件放入电炉中，按照75℃/h的速度升温至970℃，保温5h，炉冷至室温；再按照92℃/h升温至820℃，保温4h后出炉，在80℃的水中淬火至375℃；返回电炉中升温至420℃，进行低温回火处理，保温5h后，出炉空冷。
（8）退火处理：将阀体部件加热到955℃，保温5h，再以75℃/h的速度冷却到750℃，出炉空冷。
（9）阀体内表面处理：对退火空冷之后的阀体内表面进行脱脂晾干、清洗沥水、使用聚偏二氟乙烯进行镀膜。
（10）烘干备用：将处理好的阀体部件放入80℃的容器内进行烘干，并保温1.5h。
3D打印高精度陶瓷阀门内件的制造方法为：
（1）在计算机中建立阀门内件的3D模型，并按层分解形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之相对应的反平面图。
（2）向打印机中充入热熔粉末，热熔粉末还混合有复合陶瓷微粒，复合陶瓷微粒的组成成分以及各成分所占百分比为：TiO2：65%、Al2O3：30%、SiO2：5%；启动打印机进行预热。
（3）由计算机生成的正、反平面图经信号转换装置分别转换成载有正、反图形映像信息的光束。
（4）3D打印机中的部分感光鼓充电获得电位，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像。
（5）正图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形。
（6）3D打印机中剩余感光鼓充电获得电位，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像。
（7）反图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形。
（8）重复步骤（4）-（7）进行逐层打印，直到整个阀门内件的3D立体图打印完成。
（9）对模型工作台进行加热，直到模型工作台中的热熔粉末凝固为一个整体。
（10）对阀门内件进行粗打磨加工，之后放置于雾化清理载物台上；将雾化清理载物台升温至115℃，并保温10min；将雾化清理剂放入雾化清理载物台的放料管中，将雾化清理载物台的温度按5℃/min的速度降温至95℃；随后保温20min；停止加热雾化清理载物台，将阀门内件取出空冷。
（11）在阀门内件的表面使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，并晾干备用。
高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件制造完成之后还需进行组装，组装的具体方法为：
（1）按照先里后外、自下而上将高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件进行装配；
（2）对装配好的阀门进行压力以及气密性试验；
（3）若阀门符合压力以及气密性要求则进行油漆、包装；若不符合压力以及气密性要求，则进行返工。
通过以上步骤制造的合格阀门，其阀体的脆性降低35%，抗压强度提升23%，耐腐蚀性能提升15%，其阀门内件连续稳定工作时间提高32%。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：包括高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件；所述高强度耐磨耐蚀阀体按照质量百分比由以下成分组成：C：0.15-0.25%，Si：3-3.5%，Mn：2-2.5%，Nb：0.2-0.3%，Ti：0.17-0.22%，Co：0.25-0.35%，Ni：0.05-0.1%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述高强度耐低温耐腐蚀阀体的制造方法为：
（1）原料配比：准备用于制造阀体的原料，通过光谱分析仪得到原料中的元素种类，并通过密度检测仪获取各元素的密度，进而得到各元素的质量百分比；根据所得的各元素的质量百分比添加辅料，保证用于制造阀体的原料中各元素的质量百分比达到所需标准；
（2）原料熔炼：将用于制造阀体的原料放入熔炼设备中熔炼为钢水，将温度控制在1550-1680℃，并保持1h；
（3）初炼：使用造渣剂进行造渣，并通过炉底喷嘴将底吹气体吹入熔炼设备中；搅拌钢水；
（4）精炼：将完成初炼的钢水转移至真空或者充满惰性气体的容器中进行脱氧、脱气以及脱硫，去除钢水中含有的夹杂物，并通过光谱分析仪以及密度检测仪获得夹杂物所占的百分比；
（5）反复精炼：重复步骤（4），直到钢水中含有的夹杂物所占的百分比已无明显降低或者已经达到最低；
（6）阀体浇注：将钢水升温至1700-1850℃，出炉镇静；镇静2-3min后，将钢水浇注于模具中，形成阀体部件；
（7）热处理：将浇注成形的阀体部件放入电炉中，按照不高于75℃/h的速度升温至870-970℃，保温4-5h，炉冷至室温；再按照不高于92℃/h升温至750-820℃，保温3-4h后出炉，在65-80℃的水中淬火至300-375℃；返回电炉中升温至385-420℃，进行低温回火处理，保温5h后，出炉空冷；
（8）退火处理：将阀体部件加热到920-955℃，保温4-5h，再以65-75℃/h的速度冷却到650-750℃，出炉空冷；
（9）阀体内表面处理：对退火空冷之后的阀体内表面进行脱脂晾干、清洗沥水、使用聚偏二氟乙烯进行镀膜；
（10）烘干备用：将处理好的阀体部件放入75-80℃的容器内进行烘干，并保温1-1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述3D打印高精度陶瓷阀门内件的制造方法为：
（1）在计算机中建立阀门内件的3D模型，并按层分解形成由上至下一系列带有序号的正平面图，生成每个正平面图的同时生成一个与之相对应的反平面图；
（2）向打印机中充入热熔粉末，启动打印机进行预热；
（3）由计算机生成的正、反平面图经信号转换装置分别转换成载有正、反图形映像信息的光束；
（4）3D打印机中的部分感光鼓充电获得电位，经载有正图形映像信息的光束扫描，形成正图形映像的静电潜像；
（5）正图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的正图形；
（6）3D打印机中剩余感光鼓充电获得电位，经载有反图形映像信息的光束扫描，形成反图形映像的静电潜像；
（7）反图形映像的静电潜像经过磁刷吸附一层热熔粉末，加载电压使热熔粉末落入模型工作台中，在模型工作台中形成由热熔粉末铺成的反图形；
（8）重复步骤（4）-（7）进行逐层打印，直到整个阀门内件的3D立体图打印完成；
（9）对模型工作台进行加热，直到模型工作台中的热熔粉末凝固为一个整体；
（10）对凝固成一体的阀门内件进行打磨，并使用雾化清理剂对阀门内件抛光处理；
（11）在阀门内件的表面使用聚偏二氟乙烯进行镀膜，并晾干备用。
4.根据权利要求1所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件制造完成之后还需进行组装，组装的具体方法为：
（1）按照先里后外、自下而上将高强度耐低温耐腐蚀阀体以及3D打印高精度陶瓷阀门内件进行装配；
（2）对装配好的阀门进行压力以及气密性试验；
（3）若阀门符合压力以及气密性要求则进行油漆、包装；若不符合压力以及气密性要求，则进行返工。
5.根据权利要求2所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述步骤（3）中的造渣剂为低碳埋弧造渣剂，组成成分以及各成分所占百分比为：CaO：68-72%，SiO2：5-10%，MgO：1-3%，Al2O3：7-14%，Al：4-5%，S：0.005-0.01%；底吹气体为Ar、N2、CO2或者CH4。
6.根据权利要求3所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述步骤（2）中的热熔粉末还混合有复合陶瓷微粒；所述复合陶瓷微粒的组成成分以及各成分所占百分比为：TiO2：48-65%、Al2O3：28-35%、SiO2：5-20%。
7.根据权利要求3所述的一种耐低温耐腐蚀的深海用高强度阀门，其特征在于：所述步骤（10）中抛光处理的具体步骤为：
（1）对阀门内件进行粗打磨加工，之后放置于雾化清理载物台上；
（2）将雾化清理载物台升温至105-115℃，并保温5-10min；
（3）将雾化清理剂放入雾化清理载物台的放料管中，将雾化清理载物台的温度按2-5℃/min的速度降温至85-95℃；随后保温15-20min；
（4）停止加热雾化清理载物台，将阀门内件取出空冷。
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