CN105619027A - 一种楔顶式超低温球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种楔顶式超低温球阀以及制备方法，确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02-0.5％，硅：0.10-0.15％，锰：0.7-1.1％，镍：0.5％，铬：15-19％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe。本发明的楔顶式超低温球阀具有意料不到的耐低温性能。阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值。焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为小于0.25mm。

Description

一种楔顶式超低温球阀
技术领域
本发明涉及一种楔顶式超低温球阀及其生产方法，属于机械领域。
背景技术
液化天然气(LNG)作为一种清洁燃料，已成为城市管道供气、分布式能源系统、汽车及飞机等交通工具的主要能源之一。LNG是天然气在经净化及超低温状态下(-162℃、一个大气压)冷却液化的产物。液化后的天然气体积约为天然气体积的1/600(0℃、1个大气压时)。LNG无色无味，主要成分为甲烷，很少有其他杂质。其液体密度约426kg/m3，此时气体密度约1.5kg/m3。爆炸极限为5％～15％(体积％)，燃点为450℃。天然气液化、运输、储存和汽化等工艺配套设备的建设，给超低温阀门的发展带来了契机。中国多仪阀门主要的低温截断阀类有超低温球阀、超低温闸阀、超低温截止阀和超低温蝶阀，其中超低温球阀用量较多。
石化行业中对低温阀门的定义是按照输送介质的设计温度来定义的，一般将应用在介质温度-40℃以下的阀门称作低温阀，应用在介质温度-101℃以下的阀门称作超低温阀门。超低温球阀主要应用于液化天然气、液化石油气以及空分行业的装置上，输出的液态低温介质有：液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等。这些介质不但易燃易爆，而且在升温或者闪蒸时会发生气化，气化时体积急剧膨胀，如果输送这些流体的阀门中有密闭阀腔且结构设计不合理，则会造成阀腔超压，从而导致介质泄漏，甚至阀门开裂造成事故。
低温阀门的阀盖均采用加长阀盖的设计。加长阀盖的设计要使阀门操作手柄和填料安装位置远离低温区，既可以避免介质的低温导致阀门操作者的冷灼伤，也可以使阀门的填料在正常的温度下工作，保证填料不会受到霜冻的侵害而导致填料断裂失效。另外，由于一般超低温阀门保冷层会比较厚，加长的阀盖也保证了保冷施工的空间，并使填料压盖位于保冷层外，添加填料及紧固压盖螺栓时，无须损坏保冷层。
本发明旨在提供一种楔顶式超低温球阀及其生产方法，其由不锈钢材料制作而成，所述具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值。焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为小于0.25mm。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提供一种楔顶式超低温球阀及其生产方法，其由不锈钢材料制作而成，所述具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值。焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为小于0.25mm。
本发明在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，从而生产得到的楔顶式超低温球阀具有意料不到地的耐低温性能。阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值。焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为小于0.25mm。
本发明的技术方案如下：
一种楔顶式超低温固定球阀，其包括阀体、加长阀盖、阀座圈、密封圈、球体、加长阀杆、下固定轴、板簧、衬套、LIPSEAL组合件、垫圈、组合填料、平面轴承、径向轴承、连接盘、手柄、T型三通、键等组成。
球体及阀内件均由阀体上部中腔装入，可在线维修。
球体的两侧装有二只倾斜放置的楔式阀座，阀座为径向双向密封圈，密封面为偏心的圆弧面，二个阀座与球体可自动对中，球体上部有一板簧，在弹簧力的作用下，阀座密封面与球体紧密贴合，形成可靠的密封。
球体转动，楔式阀座能清洁残留在球体上的杂质。
阀杆设计成台阶，具有防吹出结构，采用双重密封设计。
本发明还提供楔顶式超低温球阀的制备方法：
一种楔顶式超低温球阀，其由如下方法制备而成：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02-0.05％，硅：0.10-0.15％，锰：0.7-1.1％，镍：0.5％，铬：15-19％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1700-1850℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1400-1450℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
本发明的有益之处在于：
1、本发明在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，从而生产得到的的楔顶式超低温球阀具有意料不到地的耐低温性能。阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值。焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为小于0.25mm。
2、三种细化变质剂对不锈钢冶炼都有积极作用，但是单独使用时存在一定的局限性，如单独加入Sr作变质处理，合金吸气倾向加剧，降低合金的致密性，易形成严重的柱状晶组织，导致力学性能反而下降，稀土容易氧化，变质效果维持时间短等；而Al-5Ti-B细化剂的抗衰减性能仍不能令人满意，而且易受Zr原子的毒化而失去细化晶粒的能力，无法充分发挥其各自的优点。而将三者结合使用在克服其本身具有的缺陷的同时可充分发挥各自的优点。
3、不锈钢在一定振幅下超声振动受压延伸，可减少轧制过程中受到的摩擦力，从而降低摩擦力对不锈钢板材表面的影响，相对于静态冷轧，超声振动冷轧的不锈钢表面更加光滑，有利于进行下一步骤的操作。
6、将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，能有效地使不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，不锈钢板材表面形成纳米级的凹坑，增加不锈钢板材的表面积，提高摩擦力的同时使得下一步骤的十八烷基三氯硅烷溶液更容易进入不锈钢板材表面，在不锈钢表面形成多种形貌的微结构，然后在表面上自组装具备防腐耐磨性能的硅烷膜，从而改变不锈钢板材的表面性质，而不锈钢板材表面形成的C-V覆膜可有效地提高不锈钢板材在高温下的抗氧化性能，改变不锈钢板材的表面性质。
具体实施方式
实施例1
一种楔顶式超低温球阀，其由如下方法制备而成：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02％，硅：0.15％，锰：0.7％，镍：0.5％，铬：19％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1700℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1450℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
结果：本发明制得的楔顶式超低温球阀及具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值合格。在焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为0.12mm。
实施例2
一种楔顶式超低温球阀，其由如下方法制备而成：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.05％，硅：0.10％，锰：1.1％，镍：0.5％，铬：15％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1850℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1400℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
结果：本发明制得的楔顶式超低温球阀及具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值合格。在焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为0.25mm。
实施例3
一种楔顶式超低温球阀，其由如下方法制备而成：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.03％，硅：0.14％，锰：0.8％，镍：0.5％，铬：18％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1750℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1449℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
结果：本发明制得的楔顶式超低温球阀及具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值合格。在焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为0.13mm。
实施例4
一种楔顶式超低温球阀，其由如下方法制备而成：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.04％，硅：0.11％，锰：1.0％，镍：0.5％，铬：16％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1800℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1401℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
结果：本发明制得的楔顶式超低温球阀及具有能在-285℃的超低温的情况下，仍然具有很高的强度和韧性。本发明的楔顶式超低温球阀评定：阀体对焊端和短管的焊缝-285℃下的冲击值合格。在焊接工艺评定报告应参考ASMEB31.3标准要求，进行-285℃夏比V型冲击试验，标准试样测试横向膨胀值为0.24mm。
实施例5
此外，经检测，本发明的不锈钢材质的楔顶式超低温球阀具有意料不到地的高强度(比普通奥氏体不锈钢的抗拉强度提升35％以上)，伸长率提高15％以上，超长寿命(耐酸耐碱耐盐水)，在超低温环境下性能稳定，寿命长等显著的优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种楔顶式超低温球阀的制备方法，其步骤如下：
(1)确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02-0.05％，硅：0.10-0.15％，锰：0.7-1.1％，镍：0.5％，铬：15-19％，钼：4％，铜：0.5％，硼：0.05％，磷：0.05％，氮：0.3％，其余为Fe；
(2)冶炼：用上述比例的原料投放至真空感应炉内，在1700-1850℃下熔炼熔化后，待熔化结束后，取样分析，并脱氧造渣，脱氧造渣时降低钢温，钢温控制在1400-1450℃，待分析结果符合要求后，加入Al-5Ti-B、Al-10Sr和RE三种金属细化变质剂，三者加入的重量百分比比例为8∶2∶1，精炼至渣白，提高出钢温度至1650℃，并浇注出钢至钢包，钢水浇注温度控制在1580℃，得到电渣棒；
(3)在电渣炉内加入制备的电渣棒，装好结晶器，加好引弧剂，通入电压42V，电流为2200A，引弧和加入上述还原渣或氧化渣，将还原渣或氧化渣熔化在电炉中，待还原渣或氧化渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电渣棒熔化，等结晶器钢液到设定区域后停电，自然冷却2小时后，熔炼好的金属液浇注到已经预热至300℃的坩埚中在80MPa的条件下静置2h，形成铸锭；
(4)所述铸锭切割成合适尺寸后于600℃的条件下进行12小时的均匀化退火，炉冷至室温；
(5)所述铸锭升温至520℃后保温3小时，进行三个道次的热轧，每个道次热轧完后在580℃保温35min；
(6)热轧后进行三个道次的冷轧，不锈钢一端相对固定并连接超声波振动装置，另一端进入轧机中，激振频率为15kHz，不锈钢超声振动受压延伸，冷轧后对不锈钢在220℃下进行2个小时的退火处理，得到一定厚度的不锈钢板材；
(7)对不锈钢板材在550℃下进行半小时的固溶处理，然后水淬；
(8)不锈钢板材进行双级时效：
在200℃下进行4小时的人工时效；
在280℃下进行30min的人工时效；
(9)将混合粉末C和V均匀涂抹于不锈钢板材的表面，使用横流连续波Cq激光器对不锈钢板材进行激光处理改性，使得不锈钢板材表面形成纳米级压痕的同时将混合粉末C和V熔融覆盖于不锈钢板材的表面，处理过程中使用氩气进行保护，其激光器工艺参数范围为：激光功率1.7kw，扫描速率13mn/s，束斑直径均为4mm；
(10)配置盐酸体积与去离子水体积比为2∶1的盐酸溶液，以乙醇为溶质配置5mM的十八烷基三氯硅烷溶液，将得到的不锈钢放入盐酸溶液中处理2min，处理完后用大量去离子水冲洗不锈钢表面以去除多余的盐酸，随后将样品放置于十八烷基三氯硅烷溶液中浸泡12h，制备的样品在80℃下干燥30min；
(11)根据需要冲压塑型；
(12)焊接组装制作成为楔顶式超低温球阀：用上述步骤制得的不锈钢做成阀体、阀盖、球体，在超低温工作温度下，为保持材料的组织结构稳定，防止材料相变而引起体积变化，并降低机械加工对零件变形的影响。对超低温阀门，其和介质接触的主要零部件均须进行深冷处理。将阀体、阀盖、球体、阀座和阀杆等零件在粗加工后、精加工前浸放在液氮箱中进行冷却，当零件温度达到-285℃时，开始保温1～2h，然后取出箱外自然处理到常温，重复循环2次，零件在焊接后也进行深冷处理以消除应力和变形。
2.权利要求1所述的制备方法生产得到的楔顶式超低温球阀。
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