LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造及热处理探究

LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造及热处理探究

王然

纽威工业材料（大丰）有限公司 江苏省盐城市 224142

摘要：本文首先对LCB低温钢阀门铸件的特点和化学成分简要分析，然后从选定浇注系统、制作铸造模具、选定阀体出品率、铸造质量缺陷等方面阐述LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造工艺，从LCB低温钢阀门铸件化学成分比较、热处理工艺比较、LCB低温钢阀门铸件性能比较等方面阐述不同LCB低温钢阀门铸件的热处理工艺的优劣势，为LCB低温钢阀门铸件铸造人员提供参考。

关键词：LCB；低温；阀门铸件；熔炼铸造；热处理

引言：LCB低温钢指的是美国ASTMA352标准中的一种低温碳素钢，主要在炼油化工装置的阀体、阀盖及阀板等阀门铸件中使用。我国过去主要使用WCB材料铸造阀门，LCB低温钢阀门铸件铸造工艺体系不够成熟，无法保障炼油化工装置阀体、阀盖及阀板的质量符合要求，因此对LCB低温钢阀门铸件化学成份进行分析，并阐述不同铸造工艺下LCB低温钢阀门铸件的力学性能和低温性能差异，这样才能尽量掌握LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造及热处理工艺。

一、LCB低温钢阀门铸件的特点

LCB低温钢阀门铸件的特点是低温性能良好，传统阀门铸件材料使用的碳钢虽然能够让阀门铸件力学性能达到要求，但是低温状态下传统阀门铸件材料脆性上升容易出现脆性断裂风险。而阀门铸件主要应用在炼油化工领域中，一旦阀门铸件出现质量问题，势必会引发安全事故。因此阀门铸件必须应用LCB低温钢材质，利用其低温状态下塑性、韧性、力学性能强的特点，减少安全事故发生几率^[1]。

二、LCB低温钢阀门铸件的化学成分分析

美国材料与试验学会ASTM A352/A352M中对LCB低温钢的力学性能和化学成分具有明确要求，其中力学性能具体要求如下：65ksi＜抗拉强度＜90ksi、屈服强度为35ksi、伸长率为25%、断面收缩率为35%、平均-46℃冲击值和最小值分别为18J、14J，同时需采用热处理工艺；化学成分具体要求如下：C≤0.30%、Si≤0.60%、Mn≤1.00%、S≤0.045%、P≤0.04%、Ni≤0.50%、Cr≤0.50%、Mo≤0.20%，大部分厂家在生产LCB低温钢阀门铸件时更愿意选择0.14%≤C≤0.18%、Mn≥1.2%、0.3%≤Ni≤0.4%且S、P含量尽可能低的铸件^[2]。

三、LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造工艺

（一）选定浇注系统

LCB低温钢阀门铸件熔炼铸造工艺一般选择内浇道通过冒口的顶注式浇注系统，该浇注系统可以实现无缩孔并尽量减少缩松缺陷，在顺序凝固原则下能够铸造出组织致密的精密模具。

（二）制作铸造模具

正常情况下LCB低温钢阀门铸件熔炼铸造工艺为了提高开模后取模方便性，会将铸造线收缩率控制在1.8%到2.0%之间，具体在铸造模具中开出内浇道即可。但是考虑到LCB低温钢阀门铸件熔炼铸造工艺下容易出现阀体壁厚组织疏松而泄漏问题，会对内浇道的位置、宽度、厚度进行严格控制，其中内浇道位置应该尽可能选取阀体端法兰和中法兰上、内浇道宽度应该尽量控制在法兰直径的1/4到1/3之间、内浇道厚度应该尽量控制在法兰厚度的1.2倍到1.5倍之间^[3]。

（三）选定阀体出品率

LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造工艺在确定阀门结构长度之后也可以确定横浇道长度，标准化阀门铸件的各项参数均是确定的。为了防止熔炼铸造工艺下出现掉件、断裂情况，必须保障横浇道的强度符合要求，而且横浇道的厚度要超过常规砂型铸造中横浇道的厚度。这样横浇道厚度控制在30~50mm下，即可将阀体的出品率选取在60~65%之间。

（四）铸造质量缺陷

LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造工艺下容易出现试压泄漏、力学性能不合格、分层类缺陷等质量缺陷，其中试压泄漏、力学性能不合格质量缺陷在砂型铸造中也可以见到类似的质量缺陷，采用砂型铸造质量缺陷控制方法即可；而分层类质量缺陷主要包括鼠尾、夹砂、结疤，该质量缺陷出现的原因为熔模精密铸造型壳为多层结构，若多层结构之间镶嵌结合不够紧密则在热膨胀后会出现分层情况，因此可以采用加强制壳工序的工艺减少对此类质量缺陷。

四、LCB低温钢阀门铸件的热处理工艺

（一）LCB低温钢阀门铸件化学成分比较

本文根据实际生产情况选择最为常见两类LCB低温钢阀门铸件，LCB低温钢阀门铸件A化学成份为：C（0.243%）、Si（0.479%）、Mn（0.848%）、Ni（0.102%），为中碳钢；LCB低温钢阀门铸件B化学成份为：C（0.170%）、Si（0.418%）、Mn（1.086%）、Ni（0.319%），为低碳钢但镍含量更高。LCB低温钢阀门铸件A的C元素含量高于B、Si元素含量高于B、Mn含量低于B、Ni含量低于B。

（二）热处理工艺比较

本文根据实际生产情况选择最为常见的两类热处理工艺，热处理工艺Ⅰ先在910±10℃下采用水淬进行正火，然后在650±10℃下采用风冷和空冷进行回火，最后对LCB低温钢阀门铸件的抗压强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、-46℃冲击值（3试样的平均值、最小值）进行测量；热处理工艺Ⅱ先在910±10℃下采用水淬进行淬火，然后在650±10℃下采用风冷和空冷进行回火，最后同样对LCB低温钢阀门铸件的抗压强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、-46℃冲击值（3试样的平均值、最小值）进行测量。热处理工艺Ⅰ与热处理工艺Ⅱ在910±10℃下分别采用正火和淬火进行水淬，其他热处理工艺一致。

（三）LCB低温钢阀门铸件性能比较

LCB低温钢阀门铸件A在热处理工艺Ⅰ下抗压强度为458MPa、屈服强度为262MPa、伸长率为25%、断面收缩率为38%、3试样平均-46℃冲击值、最小值分别为13J和7J；

LCB低温钢阀门铸件A在热处理工艺Ⅱ下抗压强度为465Pa、屈服强度为271MPa、伸长率为26%、断面收缩率为40%、3试样平均-46℃冲击值、最小值分别为15J和9J；

LCB低温钢阀门铸件B在热处理工艺Ⅰ下抗压强度为410MPa、屈服强度为243MPa、伸长率为31%、断面收缩率为39%、3试样平均-46℃冲击值、最小值分别为28J和17J；

LCB低温钢阀门铸件B在热处理工艺Ⅱ下抗压强度为522MPa、屈服强度为318MPa、伸长率为37%、断面收缩率为41%、3试样平均-46℃冲击值、最小值分别为28J和19J；

结论：综上所述，化学成份为C（0.170%）、Si（0.418%）、Mn（1.086%）、Ni（0.319%）的低碳LCB低温钢阀门铸件先在910±10℃下采用水淬进行正火，然后在650±10℃下采用风冷和空冷进行回火，最后LCB低温钢阀门铸件的抗压强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、-46℃冲击值（3试样的平均值、最小值）的参数更加出色。因此，LCB低温钢阀门铸件应该选择低碳、高猛且加有少许镍的材质在淬火和回火工艺下进行热处理，这样才能提高LCB低温钢阀门铸件的低温性能和力学性能，进而减少LCB低温钢阀门铸件的质量缺陷。

参考文献：

[1]刘金旺.双相不锈钢阀门铸件的裂纹缺陷分析及避免措施[J].铸造技术,2021,42(01):34-35.

[2]万响亮,胡锋,成林,等.低温贝氏体转变对中碳钢韧性的影响[J].钢铁研究学报,2019,31(10):928-936.

[3]朱汉红,刘致远,李栋兴,等.LCB低温钢阀门铸件的熔炼铸造及热处理研究[J].热加工工艺,2017,46(19):96-98.