CN111334714B - 超低温不锈钢管件材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低温不锈钢管件材料及其制备方法,所述不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:54‑78份,Cr:23‑26份,Ni:8‑10份,Mn:2‑5份,Eu:0.3‑0.5份,La:0.1‑0.3份,Ce:0.2‑0.5份,Nd:0.2‑0.3份,Ag:0.12‑0.16份,Cu:0.15‑0.22份,Si:0.2‑0.7份,C:0.01‑0.03份,B:0.004‑0.007份,S:0.005‑0.009份,Cl:0.012‑0.018份;所述不锈钢管件材料是经过原料熔融、混合、浇铸、轧制、去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤等步骤制成的。本发明制得的不锈钢管件材料在超低温下具有良好的韧性性能,可广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明属于管件材料制备技术领域,具体涉及一种超低温不锈钢管件材料及其制备方法。
背景技术
由于液化天然气(LNG)运输所用的超低温不锈钢容器和设备的应用,对奥氏体不锈钢钢管件材料提出了很高的要求。
目前大量使用的镍5钢只能在-156℃的条件下使用,不能满足天然气贮存***在-196℃条件下使用,甚至更低的温度条件下使用要求,因此如何开发一种性能更高的不锈钢材料,以满足应用需求,成为了新的研究方向。
发明内容
本发明提供一种超低温不锈钢管件材料及其制备方法,以解决目前大量使用的镍5钢只能在-156℃的条件下使用,不能满足天然气贮存***在-196℃条件下使用,甚至更低的温度条件下使用要求的问题。
为了解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:54-78份,Cr:23-26份,Ni:8-10份,Mn:2-5份,Eu:0.3-0.5份,La:0.1-0.3份,Ce:0.2-0.5份,Nd:0.2-0.3份,Ag:0.12-0.16份,Cu:0.15-0.22份,Si:0.2-0.7份,C:0.01-0.03份,B:0.004-0.007份,S:0.005-0.009份,Cl:0.012-0.018份。
进一步地,所述的超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:65份,Cr:25份,Ni:9份,Mn:4份,Eu:0.4份,La:0.2份,Ce:0.4份,Nd:0.2份,Ag:0.15份,Cu:0.18份,Si:0.5份,C:0.02份,B:0.006份,S:0.008份,Cl:0.017份。
本发明还提供一种超低温不锈钢管件材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b混合均匀,降温,接着加入Si,混合均匀,加入步骤(3)制得的熔融液c,降温,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,进行固溶处理,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
进一步地,步骤(1)中将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1600-1650℃,制得熔融液a。
进一步地,步骤(2)中将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1300-1400℃,制得熔融液b。
进一步地,步骤(3)中将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1750-1850℃,制得熔融液c。
进一步地,步骤(4)中降温至900-1000℃,接着加入Si。
进一步地,步骤(4)中降温至1600-1620℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭。
进一步地,步骤(6)中进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1200-1250℃,始锻温度为1150-1180℃,终锻温度为900-1000℃。
进一步地,步骤(6)中固溶处理温度为1030-1080℃,保温时间为0.5-0.8h。
本发明的技术原理:
本发明中通过同时加入Cu、Ni,Ag,La,Nd,使五者与在高温下形成Cu-Ni-Ag-La-Nd合金相,形成的合金相弥散均匀,具有抗超低温效应,不会发生表面原子的氧化。
本发明还加入了B,S,Cl,Si的无机原子体系,可以作为抗氧化剂,提高了不锈钢管件材料的抗氧化性能,元素B在合金表面富集生成致密保护膜隔离Fe与氧的直接接触,S的加入提高合金的韧性,减少合金中的气体和夹杂,Cl的加入能够显著提高抗腐蚀效果,Si能够作为形成大量的异质核心,起到了变质细化主要合金相的作用,从而增强了耐腐蚀性能,该四者无机原子的加入可以有效提高不锈钢管件材料的抗氧化性能、韧性性能和耐腐蚀性能。
本发明通过C,Cl,Fe,Eu合金化,B,S,Cr,Mn,Ce合金化,Cu、Ni,Ag,La,Nd合金化,能够对Fe、Cr通过不同的组分先进行变质改性,同时通过Cu-Ni-Ag-La-Nd形成无限固熔体,然后混合后形成中间态合金,由于无限固熔体的在Fe、Cr中分散性更好,分布更加均匀,具有更好的稳定效果,同时使晶体结构更加有序化排布,导致合金相更加细化,不同相态分散更加均匀,提高致密性,从而提高韧性性能。
本发明通过添加稀土元素Eu,Ce,La,Nd,可实现提高超低温不锈钢管件材料的韧性和耐腐蚀性。
本发明具有以下有益效果:
本发明制得的不锈钢管件材料在-196℃下的冲击功达到109.8-121.6J,而根据GB150-2011规定的不锈钢在-100℃下的冲击功≥31J,可见本发明制得的不锈钢管件材料在超低温下具有良好的韧性性能,可广泛推广应用。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明,通过以下实例加以说明,这些实例属于本发明的保护范围,但不限制本发明的保护范围。
在实施例中,所述超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:54-78份,Cr:23-26份,Ni:8-10份,Mn:2-5份,Eu:0.3-0.5份,La:0.1-0.3份,Ce:0.2-0.5份,Nd:0.2-0.3份,Ag:0.12-0.16份,Cu:0.15-0.22份,Si:0.2-0.7份,C:0.01-0.03份,B:0.004-0.007份,S:0.005-0.009份,Cl:0.012-0.018份;
所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1600-1650℃,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1300-1400℃,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1750-1850℃,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b在1600-1700℃下混合均匀,降温至900-1000℃,接着加入Si,加热至1750-1850℃,混合均匀,保温1.5-2h,加入步骤(3)制得的熔融液c,保温1.2-1.5h,降温至1600-1620℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温至1200-1250℃,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1200-1250℃,始锻温度为1150-1180℃,终锻温度为900-1000℃,进行固溶处理,固溶处理温度为1030-1080℃,保温时间为0.5-0.8h,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:56份,Cr:24份,Ni:8份,Mn:2份,Eu:0.3份,La:0.1份,Ce:0.2份,Nd:0.2份,Ag:0.12份,Cu:0.15份,Si:0.2份,C:0.01份,B:0.005份,S:0.006份,Cl:0.013份;
所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1620℃,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1330℃,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1750℃,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b在1620℃下混合均匀,降温至900℃,接着加入Si,加热至1760℃,混合均匀,保温2h,加入步骤(3)制得的熔融液c,保温1.2h,降温至1600℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温至1200℃,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1210℃,始锻温度为1160℃,终锻温度为900℃,进行固溶处理,固溶处理温度为1030℃,保温时间为0.7h,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
实施例2
一种超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:65份,Cr:25份,Ni:9份,Mn:4份,Eu:0.4份,La:0.2份,Ce:0.4份,Nd:0.2份,Ag:0.15份,Cu:0.18份,Si:0.5份,C:0.02份,B:0.006份,S:0.008份,Cl:0.017份;
所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1630℃,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1380℃,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1790℃,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b在1620℃下混合均匀,降温至980℃,接着加入Si,加热至1820℃,混合均匀,保温1.8h,加入步骤(3)制得的熔融液c,保温1.4h,降温至1610℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温至1220℃,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1230℃,始锻温度为1160℃,终锻温度为920℃,进行固溶处理,固溶处理温度为1060℃,保温时间为0.6h,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
实施例3
一种超低温不锈钢管件材料,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:75份,Cr:24份,Ni:10份,Mn:3份,Eu:0.5份,La:0.3份,Ce:0.4份,Nd:0.3份,Ag:0.16份,Cu:0.2份,Si:0.6份,C:0.03份,B:0.006份,S:0.008份,Cl:0.017份;
所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1650℃,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1390℃,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1850℃,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b在1700℃下混合均匀,降温至1000℃,接着加入Si,加热至1820℃,混合均匀,保温1.5h,加入步骤(3)制得的熔融液c,保温1.4h,降温至1620℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温至1230℃,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1240℃,始锻温度为1170℃,终锻温度为970℃,进行固溶处理,固溶处理温度为1060℃,保温时间为0.6h,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
对比例1
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少Cu、Ni,Ag,La,Nd。
对比例2
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少B,S,Cl,Si。
对比例3
与实施例2的制备工艺基本相同,唯有不同的是制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少Eu,Ce,La,Nd。
对实施例1-3和对比例1-3制得的不锈钢管件材料采用GB150-2011标准检测-196℃下的冲击功,结果如下表所示。
实验项目 | 冲击功(J) |
实施例1 | 109.8 |
实施例2 | 121.6 |
实施例3 | 113.7 |
对比例1 | 85.9 |
对比例2 | 97.1 |
对比例3 | 76.4 |
由上表可知:
(1)实施例1-3制得的不锈钢管件材料在-196℃下的冲击功达到109.8-121.6J,而根据GB150-2011规定的不锈钢在-100℃下的冲击功≥31J,可见本发明制得的不锈钢管件材料在超低温下具有良好的韧性性能。
(2)由实施例2和对比例1的数据可见,制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少Cu、Ni,Ag,La,Nd,降低了冲击功,这可能是通过Cu-Ni-Ag-La-Nd形成无限固熔体,然后混合后形成中间态合金,由于无限固熔体的在Fe、Cr中分散性更好,分布更加均匀,具有更好的稳定效果,同时使晶体结构更加有序化排布,导致合金相更加细化,不同相态分散更加均匀,提高致密性,从而提高韧性性能,进而提高冲击功。
(3)由实施例2和对比例2的数据可见,制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少B,S,Cl,Si,降低了冲击功,这可能是加入了B,S,Cl,Si的无机原子体系,可以作为抗氧化剂,提高了不锈钢管件材料的抗氧化性能,元素B在合金表面富集生成致密保护膜隔离Fe与氧的直接接触,S的加入提高合金的韧性,减少合金中的气体和夹杂,Cl的加入能够显著提高抗腐蚀效果,Si能够作为形成大量的异质核心,起到了变质细化主要合金相的作用,从而增强了耐腐蚀性能,该四者无机原子的加入可以有效提高不锈钢管件材料的抗氧化性能、韧性性能和耐腐蚀性能,进而提高冲击功。
(4)由实施例2和对比例3的数据可见,制备超低温不锈钢管件材料的原料中缺少Eu,Ce,La,Nd,降低了冲击功,这可能是本发明通过添加稀土元素Eu,Ce,La,Nd,可实现提高超低温不锈钢管件材料的韧性和耐腐蚀性,进而提高冲击功。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种超低温不锈钢管件材料,其特征在于,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:54-78份,Cr:23-26份,Ni:8-10份,Mn:2-5份,Eu:0.3-0.5份,La:0.1-0.3份,Ce:0.2-0.5份,Nd:0.2-0.3份,Ag:0.12-0.16份,Cu:0.15-0.22份,Si:0.2-0.7份,C:0.01-0.03份,B:0.004-0.007份,S:0.005-0.009份,Cl:0.012-0.018份。
2.根据权利要求1所述的超低温不锈钢管件材料,其特征在于,以重量份为单位,包括以下原料:Fe:65份,Cr:25份,Ni:9份,Mn:4份,Eu:0.4份,La:0.2份,Ce:0.4份,Nd:0.2份,Ag:0.15份,Cu:0.18份,Si:0.5份,C:0.02份,B:0.006份,S:0.008份,Cl:0.017份。
3.一种根据权利要求1或2所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将C,Cl,Fe,Eu混合,升温,制得熔融液a;
(2)将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温,制得熔融液b;
(3)将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温,制得熔融液c;
(4)将步骤(1)制得的熔融液a和步骤(2)制得的熔融液b混合均匀,降温,接着加入Si,混合均匀,加入步骤(3)制得的熔融液c,降温,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭;
(5)将步骤(4)制得的钢锭升温,锻制成锻件;
(6)将步骤(5)制得的锻件进行轧制加工成管件材,进行固溶处理,进行空冷至室温,制得室温下管件材;
(7)将步骤(6)制得的室温下管件材经机械加工成型后,经去油、矫直、平头、超声波探伤、涡流探伤后,制得超低温不锈钢管件材料。
4.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中将C,Cl,Fe,Eu混合,升温至1600-1650℃,制得熔融液a。
5.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将B,S,Cr,Mn,Ce混合,升温至1300-1400℃,制得熔融液b。
6.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中将Cu、Ni,Ag,La,Nd混合,升温至1750-1850℃,制得熔融液c。
7.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(4)中降温至900-1000℃,接着加入Si。
8.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(4)中降温至1600-1620℃,在真空炉中进行熔炼、浇铸钢锭。
9.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(6)中进行轧制加工成管件材,轧制的温度为1200-1250℃,始锻温度为1150-1180℃,终锻温度为900-1000℃。
10.根据权利要求3所述的超低温不锈钢管件材料的制备方法,其特征在于,步骤(6)中固溶处理温度为1030-1080℃,保温时间为0.5-0.8h。
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