一种用于LNG超低温阀门的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于LNG超低温阀门的复合材料及其制备方法，制备用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.2％～1.8％，Cr：16.8％～18.5％，Ni：10.5％～13.8％，Mo：2.5％～3.5％，Nb：0.6％～1.0％，P：≤0.015，Si：0.42％～0.82％，C：0.10～0.22％，Ca：0.015％～0.032％，Te：0.012％～0.025％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术制备的用于LNG超低温阀门的复合材料的在‑196℃的低温环境中仍能保持较大的硬度、较高的冲击韧性，并且制备方法简单，制备工艺易操作，适合规模化生产。

A composite material for LNG cryogenic valve and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于LNG超低温阀门的复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料加工
，具体涉及一种用于LNG超低温阀门的复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业的发展人民生活水平的提高，天然气特别是液化天然气已经成为生产生活最不可或缺的优质清洁能源。液化天然气的消费量目前增长迅速，正成为全球增长最迅速的能源市场之一，是国家调整能源结构重点推广工作。与传统的汽油柴油相比，液化天然的价格更优异，不会产生、等空气污染物更环保，而且作为车用燃料时行驶里程更远，排出尾气更少。由此我们预言必将代替汽油、柴油、煤等传统材料才成为一种新型的能源燃料。无论是在液化天然气旳生产、存和运输过程中，超低温阀门都是关键性部位，只有在超低温下具有良好的抗拉强度和硬度，较高的塑性以及冲击朝性的阀门，才能避免液化天然气泄漏，保证安全使用。中国专利CN109877274A公开了一种超低温阀门铸件的铸造工艺，包括、生产准备、冶炼、浇筑、清砂、精整等步骤，采用降低铬/镍当量比来降低奥氏体中铁素体的含量，从而避免或降低奥氏体不锈钢的铁素体脆化与马氏体变态，加入氮元素来降低有害元素硫、磷的含量，在钢水脱氧时加入了硅钙合金和稀土元素，降低氧含量与夹杂物比例外，采用停电造渣工艺等措施以提高铸件的耐低温冲击的性能。但该工艺制备的超低温阀门铸件的耐低温性能不佳。中国专利CN105619027A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，并具体公开了制备方法。但该专利制备的低温球阀的低温抗冲击性能不佳。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种用于LNG超低温阀门的复合材料及其制备方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于LNG超低温阀门的复合材料，制备用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.2％～1.8％，Cr：16.8％～18.5％，Ni：10.5％～13.8％，Mo：2.5％～3.5％，Nb：0.6％～1.0％，P：≤0.015，Si：0.42％～0.82％，C：0.10～0.22％，Ca：0.015％～0.032％，Te：0.012％～0.025％，余量为铁和不可避免的杂质。其中，Mn作为固溶强化元素，可以降低奥氏体-铁素体相变温度，提高淬透性，但添加过多会促进晶粒长大，故将其含量控制在1.2～1.8％之间；Cr作为核心的元素之一，添加含量大于12％可以使材料具有良好的耐磨性和硬度，综合成本与性能因素，将其含量控制在16.8～18.5％之间；Ni元素的加入可以提高材料的强度和韧性；添加适量Mo和Nb可促进Cr-Ni晶相的形成，消除回火脆性，提高强度和硬度；Ca和Te元素的添加可以改善晶界结构状态和组织形态，提高材料的致密度，提高抗拉强度。进一步的，制备上述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.3％～1.7％，Cr：17.0％～18.0％，Ni：11％～13.0％，Mo：2.8％～3.2％，Nb：0.7％～0.9％，P：≤0.015，Si：0.50％～0.75％，C：0.12～0.20％，Ca：0.018％～0.030％，Te：0.015％～0.020％，余量为铁和不可避免的杂质。进一步的，制备上述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.5％，Cr：17.7％，Ni：12.1％，Mo：3.0％，Nb：0.8％，P：≤0.010，Si：0.62％，C：0.16％，Ca：0.022％，Te：0.018％，余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术的另一专利技术目的在于提供一种用于LNG超低温阀门的复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A，按上述重量百分数称取制备用于LNG超低温阀门的复合材料的原料；步骤B，将原料放到真空感应炉中，控制炉内温度为1800～1890℃，进行初炼，随后采用VOD炉精炼、LF炉外精炼工艺进行处理，再下注法浇铸得到钢锭；步骤C，将步骤B得到的钢锭放到720～750℃的加热炉中处理2小时，50℃冷却油中冷却后，再采用等离子堆焊机表面堆焊镍基粉末，得到预处理钢锭；步骤D，将预处理钢锭先升温至600～630℃，保温30分钟～60分钟，升温至880℃～940℃，保温40分钟～80分钟，再升温至1140℃～1160℃，保温2小时，空冷至室温；步骤E，将步骤D处理后的钢锭放到加热炉中，620～650℃加热处理3小时，然后在50℃的冷却油中冷却；步骤F，将步骤E处理后的钢锭放到深冷处理装置中，深冷处理2～4小时，再放到180～220℃的加热炉内，加热4小时，空冷至室温，得到用于LNG超低温阀门的复合材料。其中，深冷处理可以稳定材料的金相组织，消除部分低温变形，使材料在使用过程中不会出现突然失效的现象，还可以大大提高复合材料的硬度和耐磨性；深冷处理后再次进行低温回火处理可以提高耐低温性能，使材料的金相组织得到充分变形和转变。进一步的，步骤C中，上述等离子堆焊机的工作参数为：送粉速度为25～32g/min，保护气速度为10L/min，焊接速度为30mm/min。其中，采用该工艺参数在钢锭表面堆焊镍基粉末，镍基粉末与钢锭的结合完好，熔合线处不会出现开裂等现象，堆焊镍基粉末可以提高材料的耐磨性能。进一步的，步骤C中，上述镍基粉末为Ni-Cr-B-Si系合金粉末。更进一步的，上述Ni-Cr-Mo-Si系合金粉末的化学成分为：Cr：15.2～16.2％，B：3.5～3.8％，Si：4.0～4.5％，Fe：10.2～12.4％，C：0.3～0.8％，余量为Ni。更进一步的，上述Ni-Cr-Mo-Si系合金粉末的化学成分为：Cr：15.2％，B：3.5％，Si：4.0％，Fe：10.2％，C：0.6％，余量为Ni。进一步的，步骤F中，上述深冷处理的具体过程为：先将钢锭降温至-80～-65℃，再将液氮通入深冷装置内使温度降温至-190～-165℃，进行深冷处理2～4小时。本专利技术的优点是：(1)本专利技术制备的用于LNG超低温阀门的复合材料针对液化天然气对材料低温性能的要求，通过调整、优化化学成分，以及控制材料中杂质含量，提高材料的塑韧性；通过表面堆焊镍基粉末来提高材料的硬度和冲击韧性，并经深冷处理来提高材料的硬度、强度、冲击韧性和低温稳定性；(2)本专利技术制备的用于LNG超低温阀门的复合材料经过深冷处理，稳定了材料的晶相组织，改善了材料的表面晶相组合和表面硬度，消除可能存在的低温变形，使材料在使用过程中不会出现突然失效的现象；经过多次加热、冷却处理，大大提高了材料的韧性、抗冲击性能和抗疲劳强度，提高了材料的使用寿命；(3)本专利技术制备的用于LNG超低温阀门的复合材料的在-196℃的低温环境中仍能保持较大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于LNG超低温阀门的复合材料，其特征在于，制备所述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.2％～1.8％，Cr：16.8％～18.5％，Ni：10.5％～13.8％，Mo：2.5％～3.5％，Nb：0.6％～1.0％，P：/n≤0.015，Si：0.42％～0.82％，C：0.10～0.22％，Ca：0.015％～0.032％，Te：0.012％～0.025％，余量为铁和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于LNG超低温阀门的复合材料，其特征在于，制备所述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.2％～1.8％，Cr：16.8％～18.5％，Ni：10.5％～13.8％，Mo：2.5％～3.5％，Nb：0.6％～1.0％，P：
≤0.015，Si：0.42％～0.82％，C：0.10～0.22％，Ca：0.015％～0.032％，Te：0.012％～0.025％，余量为铁和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的用于LNG超低温阀门的复合材料，其特征在于，制备所述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.3％～1.7％，Cr：17.0％～18.0％，Ni：11％～13.0％，Mo：2.8％～3.2％，Nb：0.7％～0.9％，P：≤0.015，Si：0.50％～0.75％，C：0.12～0.20％，Ca：0.018％～0.030％，Te：0.015％～0.020％，余量为铁和不可避免的杂质。


3.根据权利要求1所述的用于LNG超低温阀门的复合材料，其特征在于，制备所述用于LNG超低温阀门的复合材料的原料按其重量百分数包括：Mn：1.5％，Cr：17.7％，Ni：12.1％，Mo：3.0％，Nb：0.8％，P：≤0.010，Si：0.62％，C：0.16％，Ca：0.022％，Te：0.018％，余量为铁和不可避免的杂质。


4.一种根据权利要求1～3中任一项所述用于LNG超低温阀门的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，按所述重量百分数称取制备用于LNG超低温阀门的复合材料的原料；
步骤B，将原料放到真空感应炉中，控制炉内温度为1800～1890℃，进行初炼，随后采用VOD炉精炼、LF炉外精炼工艺进行处理，再下注法浇铸得到钢锭；

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓晔，张晓东，
申请(专利权)人：杭州科技职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33