[发明专利]一种合金增强型高碳基碳素钢铸件材料及其铸造方法

说明书

本发明公开了一种合金增强改性的高碳基碳素钢铸件材料，所述高碳基碳素钢铸件材料由高碳基碳素钢、掺杂微颗粒SiC的高镍基奥氏体不锈钢预处理料、大颗粒碳化硅以及金属锰经高温熔炼制得。所述铸件在0至‑26℃尤其是‑20℃左右具有优良的低温韧性性能和抗压强度，尤其适用于制造流体管道类低温阀体铸件。

技术领域

本发明属于铸件材料领域，具体涉及一种可在轻度低温环境中应用的合金增强改进型高碳基碳素钢阀体铸件材料及其制造方法。

背景技术

在阀体铸造领域，随着石油化工企业快速发展，对轻低温环境(0至-46℃尤其是-20℃左右)阀体产生了大量市场需求。特别地，在类流体(例如油，气，水，及化工溶液)管道系统，阀体往往涉及高速流速及截流，对材料的强度和韧性都存在较高要求。该类流体用途阀体由于流体性质所限，其普遍的低温环境在零下20℃左右。

目前，市场上超低温环境(例如零下100℃以下)通常采用不锈钢例如奥氏体不锈钢为主要阀体材料。然而，考虑到机械强度及生产成本等因素，对于一般低温例如零度至零下46℃左右通常采用低碳钢作为阀体铸件主要材料。例如，0至-46℃范围内通常采用LCB和LCC作为低温阀门的铁素体类钢,以符合ASTM A352/A352M的规范要求。

对于该范围温度，现有技术中通常不采用中高类型碳钢(该类碳钢C含量通常在0.3％以上，甚至高达1％)；即使采用较高碳含量的钢，后续加工中也需要进行降低碳含量的相应处理。

这是由于低碳钢由于具有较好的塑性与韧性，能够在低温下一定程度上克服脆化问题。而高碳钢(C含量通常在0.3％以上)虽然具有较好的硬度等机械强度，但是无法确保低温下具有足够的塑性与韧性，影响阀体材料的延伸率和低温冲击功等参数。直接采用该类材料生产铸件时，容易出现材质缺陷尤其是抗拉强度及低温冲击功不合格，达不到使用标准的要求。

但是，对于零下二十度左右的使用环境，采用低碳钢的弊端在于，一方面大规模使用时低碳钢的原材料相对成本高，或者后续需要降碳处理，增加工序和成本；另一方面相对低碳钢例如LCB/LCC钢的C含量通常在0.3％以下，该类亚共析钢热处理后的金相组织为珠光体和铁素体，由于原料中C含量较低，导致热处理后的组织中珠光体的比例也较少，因此其塑性虽然较好但是强度较低。

现有技术中，CN105385802A公开了低温高韧性球墨铸铁蝶阀体的铸造工艺，其工艺步骤繁琐，且采用大颗粒碳化硅，以及各类孕育剂、球化剂，使得才能满足力学性能。而专利申请202010741430则采用了成本较高的低碳钢材料，并添加了过多的合金添加材料组分，导致成本过高，制备工艺复杂，且在零下二十度左右的环境下性能严重过剩。

因此，如何避免或降低轻度低温(零至零下二十六度，尤其是零下二十度左右)下高碳钢铸件材料的脆性，使材料在不经过降低碳含量处理且无需添加过多合金组分的情况下也能确保阀体铸件具有足够的塑性与韧性，是现有技术中需要解决的难题之一。

发明内容

为实现上述发明目的，本发明提供一种合金增强改性的高碳基碳素钢铸件材料及其制备方法，所述铸件在0至-26℃尤其是-20℃±5℃具有优良的塑性和韧性，具有较好的低温冲击性能，尤其适用于制造流体管道类低温阀体铸件。

所述高碳基碳素钢铸件材料基于特定合金掺杂改性的碳基碳素钢原料制得，通过掺杂合金和碳化硅、锰等改性组分以及特定的热处理工艺调整铸件整体性能，并控制组织中的铁素体等组分与含量分布比例来提升低温冲击性能，优化了塑性和韧性及细化晶粒的目的(由于高碳基碳素钢原料C含量较高使得材料强度较高，一般无需优化硬度)。

具体地，本发明提供一种合金增强改性的高碳基碳素钢铸件材料，所述高碳基碳素钢铸件材料由高碳基碳素钢、掺杂微颗粒SiC的高镍基奥氏体不锈钢预处理料、大颗粒碳化硅以及金属锰经1400℃以上高温熔炼制得。

优选地，高碳基碳素钢在原料总重中比例优选不低于90wt％。