[发明专利]用于超低温往复式压缩机中活塞杆的材料及其表面强化方法

说明书

本发明公开了一种用于超低温往复式压缩机中活塞杆的材料及其表面强化方法，属于装备制造业中超低温运动零部件的材料和表面强化技术领域。活塞杆材料是以1Ni9钢锻件为原材料，依次经性能热处理、精加工和稳定处理后获得；性能热处理过程：正火处理(890‑910℃)，一次淬火(810‑830℃)，二次淬火(660‑680℃)，回火处理(570‑590℃)。采用超音速火焰喷涂技术在活塞杆材料表面喷涂WC‑Co涂层。本发明活塞杆材料和涂层质量满足超低温下零件的性能要求，解决了超低温往复压缩机设备活塞杆等主要零件材料及表面强化方法选用难题，为今后我国天然气及烃类液化、储存、输送装置设备更好更快的发展奠定了基础。

技术领域

本发明涉及装备制造业中超低温运动零部件的材料和表面强化技术领域，具体涉及一种用于超低温往复式压缩机中活塞杆的材料及其表面强化方法，该活塞杆作为超低温往复式压缩机中的关键零件使用，所述超低温往复式压缩机的使用温度为-160～-180℃。

背景技术

在LNG(liquefied natural gas液化天然气)接收站中，低温压缩机用于抽取LNG储罐中的蒸发气(简称BOG)并输送到其它处理设备，从而避免储罐内压力过高。超低温往复式的压缩机可以直接从LNG储罐中吸入BOG，吸入温度通常是-160～-180℃。所以，超低温压缩机的设计需要考虑的因素很多，其中重要零件活塞杆的材料选择是重要环节之一。

室温与超低温下活塞杆材料的强度要求与20Cr13材料相当，这对材料的选择有了一定的限制。一般情况下，金属材料在低温下的机械强度比常温下高。在4K时，金属的强度是室温下的2-5倍。在20K时，面心立方和密排六方金属的屈服强度是室温下的1-3倍，体心立方金属在低温下的屈服强度增加得更多，一般超过其断裂强度，所以这些材料在低温下达到其屈服点之前就可能断裂了。这是因为：金属材料中合金元素的原子小于基体材料的原子，则较小的原子会移到接近位错的区域，结果，位错周围存在的较小原子取向将位错“锁住”或“钉扎”在一个位置或使位错的运动十分困难。当外加应力大到足以使合金中许多位错离开它们原来的位置时，该合金产生了屈服过程，材料中由于通过位错的总移动，而产生了变形或屈服。当温度降低时，材料中原子的振动大为减小，由于原子热运动的减低，将位错从其原始位置推移需要更大的应力。由此推理，合金的屈服强度将随着温度的下降而增大，这对大多数工程材料是正确的。

因此，作为低温条件下应用的活塞杆其材料选择，要保证使用温度范围内的强度与韧性同时满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超低温往复式压缩机中活塞杆的材料及其表面强化方法，本发明活塞杆材料和涂层质量满足超低温下零件的性能要求，解决了超低温往复压缩机设备活塞杆等主要零件材料及表面强化方法选用难题。

本发明的技术解决方案是：

一种用于超低温往复式压缩机中活塞杆的材料，该材料是以1Ni9钢锻件为原材料，依次经性能热处理、精加工和稳定处理后获得；其中：所述性能热处理工艺过程如下：

(1)正火处理：处理温度890-910℃，处理时间3-4小时，空冷；

(2)一次淬火：温度810-830℃，时间2-3小时，油淬；

(3)二次淬火：温度660-680℃，时间2-3小时，水淬；

(4)回火处理：处理温度570-590℃，处理时间3-4小时，空冷。

所述稳定处理的温度为540-560℃，处理时间为3-4小时，稳定处理后空冷。

该材料在-160～-180℃温度范围内使用时，屈服强度大于740MPa，抗拉强度大于820MPa，断后伸长率大于24％，断面收缩率大于75％。