一種燃氣閥門用高強度防腐鋼及其熱處理工藝的製作方法

2023-06-05 14:04:01 1

本發明涉及一種防腐鋼及其熱處理方法，具體的說是一種燃氣閥門用高強度防腐鋼及其熱處理工藝，屬於金屬冶煉及處理技術領域。

背景技術：

閥門是燃氣管道中非常重要的組成部分，也是燃氣管道中技術含量較高的產品之一。目前國內外燃氣管道中的閥門從材質上一般分兩大類，一類是PE球閥，一類是金屬球閥，兩者各有顯著的優缺點，其中PE球閥雖然具有不少優點，但由於其材料性質的局限，存在不少缺點，如產品剛性不足，在地質沉降，或熱脹冷縮過程中，容易導致啟閉扭矩和密封性能不太穩定；塑料材質的球芯在管路吹掃不徹底，有沙土等雜物殘留堆積的情況下，球芯易受損，導緻密封性能下降；在長時間靜置或較長時間關閉受壓的狀態下，操作扭矩容易明顯上升，易造成操作帽等配件的損傷，影響長期使用性能。金屬球閥同樣具有獨特的優點，但在PE燃氣管道中應用卻不盡人意，如防腐性能不理想，若不進行合理處理，使用壽命較短，不能與PE管道50年的使用壽命相匹配。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，針對以上現有技術的缺點，提出一種燃氣閥門用高強度防腐鋼及其熱處理工藝，不僅能夠提供閥門的足夠強度，而且在長期惡劣環境下使用具有耐腐蝕、耐磨損以及熱脹冷縮係數小的特點。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是通過以下方式實現的：提供一種燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.02-0.04%，Cr:10.5-11.7%，Si：0.15-0.19%，Mn：0.62-0.73%，Ni：0.45-0.52%，Re：0.15-0.17%，Nb：0.27-0.38%，Al:0.31-0.33%，Y:0.11-0.13%，Ti：0.13-0.15%，Ca：0.75-0.77%，B：0.82-0.88%，Co：0.41-0.45%，Mo ：0.23-0.31%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.23-0.36%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：13-18%，Lu：8-11%，Dy：3-6%，Gd：0.8-2.4%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.6-3.8%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為5.7-6.1%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.2-4.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為3.8-4.0μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.2-5.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.1-7.5μm。

本發明進一步限定的技術方案是：前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.02%，Cr:10.5%，Si：0.15%，Mn：0.62%，Ni：0.45%，Re：0.15%，Nb：0.27%，Al:0.31%，Y:0.11%，Ti：0.13%，Ca：0.75%，B：0.82%，Co：0.41%，Mo：0.23%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.23%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：13%，Lu：8%，Dy：3%，Gd：0.8%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.6%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為5.7%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.2μm，馬氏體平均晶粒直徑為3.8μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.2μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.1μm。

前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.03%，Cr:10.8%，Si：0.17%，Mn：0.68%，Ni：0.49%，Re：0.16%，Nb：0.32%，Al:0.32%，Y:0.12%，Ti：0.14%，Ca：0.76%，B：0.85%，Co：0.43%，Mo ：0.27%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.29%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：16%，Lu：10%，Dy：5%，Gd：1.5%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.7%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為5.9%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.3μm，馬氏體平均晶粒直徑為3.9μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.4μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.3μm。

前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.04%，Cr:11.7%，Si：0.19%，Mn：0.73%，Ni：0.52%，Re：0.17%，Nb：0.38%，Al:0.33%，Y: 0.13%，Ti：0.15%，Ca：0.77%，B：0.88%，Co：0.45%，Mo ：0.31%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.36%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：18%，Lu：11%，Dy：6%，Gd：2.4%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.8%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為6.1%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為4.0μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.5μm。

一種燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至580-610℃，並保溫35-40min，然後用霧化冷卻以10-15℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到830-850℃，用油冷以8-10℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至980-990℃，保溫1-3小時，然後採用水冷，以20-25℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以5-8℃/s的速度加熱至650-670℃，保溫5-8小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至545-565℃，回火30-40min後，保溫2-3min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以23-25℃/s的冷卻速率冷卻至380-390℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至710-720℃，回火1-3小時，然後空冷至室溫即可。

前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至580℃，並保溫35min，然後用霧化冷卻以10℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到830℃，用油冷以8℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至980℃，保溫1小時，然後採用水冷，以20℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以5℃/s的速度加熱至650℃，保溫5小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至545℃，回火30min後，保溫2min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以23℃/s的冷卻速率冷卻至380℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至710℃，回火1小時，然後空冷至室溫即可。

前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至595℃，並保溫38min，然後用霧化冷卻以12℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到840℃，用油冷以9℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至980℃，保溫2小時，然後採用水冷，以22℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以7℃/s的速度加熱至660℃，保溫7小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至550℃，回火35min後，保溫3min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以24℃/s的冷卻速率冷卻至385℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至715℃，回火2小時，然後空冷至室溫即可。

進一步的，前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至610℃，並保溫40min，然後用霧化冷卻以15℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到850℃，用油冷以10℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至990℃，保溫3小時，然後採用水冷，以25℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以8℃/s的速度加熱至670℃，保溫8小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至565℃，回火40min後，保溫3min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以25℃/s的冷卻速率冷卻至390℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至720℃，回火3小時，然後空冷至室溫即可。

本發明的有益效果是：本發明中的合金元素Co、Mo、Cr、Ti可提高馬氏體回火抗力，抑制位錯亞結構回復；Ni能提高鐵素體基體的韌性並能使晶粒細化，可改善鋼的塑性和韌性，降低解理傾Co提高Mo2C形核驅動力，促進細小、彌散的含Mo化合物析出；Ni和Co共同作用促進Fe3C和Mo2C形成，進一步增強二次硬化效應；Mo抑制高溫回火脆性。Ni-Co-Mo-Me的合理配合，使鋼獲得良好的強韌性。

耐腐蝕鋼在低pH 和高Cl-含量的酸性溶液腐蝕環境下，具有優良的耐點蝕、均勻腐蝕性能，母材均勻腐蝕速率在0.3 mm/a左右，焊縫熔合線和母材過渡位置腐蝕臺階深度在10μm以下。

具體實施方式

下面對本發明做進一步的詳細說明：

實施例1

本實施例提供的一種前述的燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.02%，Cr:10.5%，Si：0.15%，Mn：0.62%，Ni：0.45%，Re：0.15%，Nb：0.27%，Al:0.31%，Y:0.11%，Ti：0.13%，Ca：0.75%，B：0.82%，Co：0.41%，Mo：0.23%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.23%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：13%，Lu：8%，Dy：3%，Gd：0.8%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.6%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為5.7%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.2μm，馬氏體平均晶粒直徑為3.8μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.2μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.1μm。

本實施例的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至580℃，並保溫35min，然後用霧化冷卻以10℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到830℃，用油冷以8℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至980℃，保溫1小時，然後採用水冷，以20℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以5℃/s的速度加熱至650℃，保溫5小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至545℃，回火30min後，保溫2min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以23℃/s的冷卻速率冷卻至380℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至710℃，回火1小時，然後空冷至室溫即可。

實施例2

本實施例提供的一種燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.03%，Cr:10.8%，Si：0.17%，Mn：0.68%，Ni：0.49%，Re：0.16%，Nb：0.32%，Al:0.32%，Y:0.12%，Ti：0.14%，Ca：0.76%，B：0.85%，Co：0.43%，Mo ：0.27%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.29%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：16%，Lu：10%，Dy：5%，Gd：1.5%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.7%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為5.9%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.3μm，馬氏體平均晶粒直徑為3.9μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.4μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.3μm。

本實施例的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至595℃，並保溫38min，然後用霧化冷卻以12℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到840℃，用油冷以9℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至980℃，保溫2小時，然後採用水冷，以22℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以7℃/s的速度加熱至660℃，保溫7小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至550℃，回火35min後，保溫3min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以24℃/s的冷卻速率冷卻至385℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至715℃，回火2小時，然後空冷至室溫即可。

實施例3

本實施例提供的一種燃氣閥門用高強度防腐鋼，其化學成分的質量百分比為：C：0.04%，Cr:11.7%，Si：0.19%，Mn：0.73%，Ni：0.52%，Re：0.17%，Nb：0.38%，Al:0.33%，Y: 0.13%，Ti：0.15%，Ca：0.77%，B：0.88%，Co：0.45%，Mo ：0.31%，S≤0.03%，P≤0.02%，稀土金屬：0.36%，餘量為Fe；

所述稀土金屬的化學成分質量百分比為：Pm：18%，Lu：11%，Dy：6%，Gd：2.4%，餘量為La；

該防腐鋼中第一相為奧氏體，第二相為馬氏體，在表面至1/4厚度處第二相體積百分數為3.8%，1/4厚度至中心第二相體積百分數為6.1%；該不鏽鋼在表面至1/4厚度處奧氏體平均晶粒直徑為4.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為4.0μm，1/4厚度至中心處奧氏體平均晶粒直徑為5.5μm，馬氏體平均晶粒直徑為7.5μm。

本實施例的燃氣閥門用高強度防腐鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：

步驟1：將鋼材加熱至610℃，並保溫40min，然後用霧化冷卻以15℃/s的速度冷卻到室溫，然後再加熱到850℃，用油冷以10℃/s的冷卻速度冷卻至室溫；

步驟2：將鋼材放入加熱爐中加熱至990℃，保溫3小時，然後採用水冷，以25℃/s的速度冷卻至室溫，然後再以8℃/s的速度加熱至670℃，保溫8小時，然後空冷至室溫；

步驟3：對鋼材進行兩次回火，第一次回火：將拔叉加熱至565℃，回火40min後，保溫3min，使鋼材溫度均勻化，之後採用水冷的方式以25℃/s的冷卻速率冷卻至390℃後，再空冷至室溫；

第二次回火：將鋼材加熱至720℃，回火3小時，然後空冷至室溫即可。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。