CN104357751B - 一种阀门双相不锈钢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.02～0.04%，Cr：18～28%，Mn＜1.5%，Ni：3.5～6.5%，N：0.2～0.3%，Mo：3.5‑5.5%，余量为Fe。与现有技术相比，本发明以氮代镍，将镍控制在适度的低含量，减少了镍含量，大大降低了成本，耐腐蚀性比304不锈钢提高10%以上，更加确保合金元素的匹配和采取相应的热处理工艺使铁素体‑奥氏体两相的比例各接近40%～50%，从而降低原材料成本，满足双相不锈钢工艺与腐蚀性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种阀门用双相不锈钢材料及其制备方法。
背景技术
近年来，石油、化工深加工技术发展很快，对耐高温、耐磨、抗氢腐蚀，耐氢氟酸腐蚀等阀门的需求量进一步增加。不锈钢阀门因其优良的耐蚀性和良好的力学性能，广泛应用于化工、轻工、电力等行业，对系统的安全性和经济运行起着极为重要的作用。不锈钢阀门的使用条件很复杂，主要应用在有毒、高腐蚀、易燃、易爆、高温、高压等危险场合，其失效形式主要是在特定使用环境下，由密封损坏引起的泄露，造成能源、原材料的浪费，对人身安全和国家财产造成极大的损失。
制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择：
1、工作介质的压力、温度和特性。
2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。
3、有较好的工艺性。
4、在满足以上条件情况下，要有较低的成本。
不锈钢阀门应用主要以304、316、316L奥氏体不锈钢为主，产品形式为阀体、阀盖、阀板和阀杆，应用于压力小于6.4MPa、温度小于200℃强硝酸等介质环境的流体控制设备中。
例如专利申请号为200710120430.7，发明名称为镍基合金和具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门及制备方法的发明专利，其公开了一种用于不锈钢阀门密封面合金层的镍基合金的成分和含量：
C：1.0-1.5wt%，Cr：17.5-19.5wt%，Mo：7.0-9.0 wt%，W：3.5-4.5wt%，Nb：1.5-2.5wt%，Si：2.0-3.0wt%，Ni：余量。
例如申请号为201210227760.7，发明名称为一种不锈钢截止阀门防内漏装置的发明专利，由不锈钢截止阀门和聚四氟乙烯板制成，由于本发明采用因截止阀封面磨损导致漏气、漏液的报废不锈钢截止阀门，采用内加聚四氟乙烯板的技术，使报废不锈钢截止阀门恢复合格，提高了阀门使用率。
但是，随着我国能源紧张，原材料价格的不断上涨，作为高合金化的300系列不锈钢阀门产品面临着如何节约并有效地使用资源的问题。开发节镍无镍不锈钢材料已成为不锈钢材料的发展方向。随着冶金及材料技术的进步，节镍型双相不锈钢材料，提高了钢的力学性能和耐蚀性能，已经受到重视。并已在石油化工球阀等通用阀门上得到应用。
目前，国内双相不锈钢主要产品是管、板和复合板，也有锻件和铸件，产量都不大。
我国生产的双相不锈钢铸件主要有两个牌号，即ZG1Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N，这类双相不锈钢铸件镍含量在百分之八以上，镍元素偏高无形中增加了大量的成本；以及ZG1Cr18Mn13Mo2CuN，这类双向不锈钢铸件虽然无镍，但是牺牲其机械性能较差，上述化学式中的中文含义为：ZG：铸钢，Cr：铬，Mn：锰，Ni：镍，N：氮，Cu：铜，Mo：钼。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种成本低、抗腐蚀性强以及耐磨性强的一种阀门用低成本双相不锈钢材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02～0.04%，Cr：18～28%，Mn＜1.5%，Ni：3.5～6.5%，N：0.2～0.3%，Mo：3.5-5.5%，余量为Fe。
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02%，Cr：18%，Mn＜1.5%，Ni：3.5%，N：0.2%，Mo：3.5%，余量为Fe。
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.025%，Cr：22%，Mn＜1.5%，Ni：4.5%，N：0.22%，Mo：4.0%，余量为Fe。
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.03%，Cr：25%，Mn＜1.5%，Ni：5.5%，N：0.25%，Mo：4.5%，余量为Fe。
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.04%，Cr：28%，Mn＜1.5%，Ni：6.5%，N：0.3%，Mo：5.5%，余量为Fe。
一种用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，采用FeCa合金对纯Fe进行脱S处理，熔炼前对Cr、Ni、Mn、Mo进行高温真空脱水除气处理；
第二步，按用于阀门的钢材料的组成原料重量份进行配料，将纯Fe加入真空感应炉，然后依次加入Cr、Ni、Mo原料，然后充入氩气作为保护气体，控制压强0.005-0.07MPa，升温至1400-1600℃，然后加入C和Mn；
第三步，将熔炼好的用于阀门的钢材料取出，经热处理和真空浇注得到成品。
本发明所述第三步中热处理方法为：淬火1000-1100℃，时间为25-35分钟，回火750-800℃，时间为80-100分钟。
本发明所述第三步中真空浇注温度为1400-1600℃。
本发明采用上述技术方案后，具有如下技术效果：
与现有技术相比，本发明以氮代镍，将镍控制在适度的低含量，减少了镍含量，大大降低了成本，耐腐蚀性比304不锈钢提高10%以上，更加确保合金元素的匹配和采取相应的热处理工艺使铁素体-奥氏体两相的比例各接近40%～50%，从而降低原材料成本，满足双相不锈钢工艺与腐蚀性能的要求，具体有：
1、本发明所述双相不锈钢在地应力下具有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。
2、本发明所述双相不锈钢含钼合金元素，具有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值时，本发明所述双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。
3、具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。
4、综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值Ak（V型槽口）在100J以上。
5、可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需要预热，焊后不需要热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02%，
Cr：18%，
Mn＜1.5%，
Ni：3.5%，
N：0.2%，
Mo：3.5%，
余量为Fe。
用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，采用FeCa合金对纯Fe进行脱S处理，熔炼前对Cr、Ni、Mn、Mo进行高温真空脱水除气处理；
第二步，按用于阀门的钢材料的组成原料重量份进行配料，将纯Fe加入真空感应炉，然后依次加入Cr、Ni、Mo原料，然后充入氩气作为保护气体，控制压强0.005-0.07MPa，升温至1400-1600℃，然后加入C和Mn；
第三步，将熔炼好的用于阀门的钢材料取出，经热处理和真空浇注得到成品。
优选地，本发明所述第三步中热处理方法为：淬火1000-1100℃，时间为25-35分钟，回火750-800℃，时间为80-100分钟。
优选地，本发明所述第三步中真空浇注温度为1400-1600℃。
实施例2
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.025%，
Cr：22%，
Mn＜1.5%，
Ni：4.5%，
N：0.22%，
Mo：4.0%，
余量为Fe。
其余方法，同实施例1。
实施例3
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.03%，
Cr：25%，
Mn＜1.5%，
Ni：5.5%，
N：0.25%，
Mo：4.5%，
余量为Fe。
其余方法，同实施例1。
实施例4
一种阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.04%，
Cr：28%，
Mn＜1.5%，
Ni：6.5%，
N：0.3%，
Mo：5.5%，
余量为Fe。
其余方法，同实施例1。
本发明所述双相不锈钢材料综合力学性能好，有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值Ak（V型槽口）在100J以上。本发明所述双相不锈钢制造的阀门，有较强的抗硫化氢和氯离子腐蚀的能力。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或” 的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：
所述阀门双相不锈钢材料，成分及其质量百分比为：
C：0.02～0.04%，Cr：18～28%，Mn＜1.5%，Ni：3.5～6.5%，N：0.2～0.3%，Mo：3.5-5.5%，余量为Fe；
所述制备方法包括以下步骤：
第一步，采用FeCa合金对纯Fe进行脱S处理，熔炼前对Cr、Ni、Mn、Mo进行高温真空脱水除气处理；
第二步，按用于阀门的钢材料的组成原料重量份进行配料，将纯Fe加入真空感应炉，然后依次加入Cr、Ni、Mo原料，然后充入氩气作为保护气体，控制压强0.005-0.07MPa，升温至1400-1600℃，然后加入C和Mn；
第三步，将熔炼好的用于阀门的钢材料取出，经热处理和真空浇注得到成品；所述第三步中热处理方法为：淬火1000-1100℃，时间为25-35分钟，回火750-800℃，时间为80-100分钟。
2.根据权利要求1所述的用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述第三步中真空浇注温度为1400-1600℃。
3.根据权利要求1所述的用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.02%，Cr：18%，Mn＜1.5%，Ni：3.5%，N：0.2%，Mo：3.5%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.025%，Cr：22%，Mn＜1.5%，Ni：4.5%，N：0.22%，Mo：4.0%，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.03%，Cr：25%，Mn＜1.5%，Ni：5.5%，N：0.25%，Mo：4.5%，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的用于阀门双相不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述阀门双相不锈钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.04%，Cr：28%，Mn＜1.5%，Ni：6.5%，N：0.3%，Mo：5.5%，余量为Fe。
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| CN102888566A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-01-23 | 重庆材料研究院 | 医用高氮无镍奥氏体不锈钢材料及制备方法 |
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2014
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| CN108048755A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-05-18 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | 一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢 |
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