立项的背景和意义：阀门被广泛应用于矿山、建筑材料、化工、电力和冶金等行业的设备，阀门在所有设备中磨损最为严重、消耗量最大的零部件之一。据统计，中国金属矿山约耗12万t/年，因此，其使用寿命直接影响矿山部门的经济效益；国内耐磨阀门平均使用寿命为6个月，而美国、加拿大平均使用寿命为2年左右，与西方发达国家的差距非常明显。造成这种巨大差距的主要原因有两个方面：一方面，国内阀门的使用企业和制造企业不能根据特定的阀门工作条件来合理的选择阀门材料；另一方面，国内企业的冶金工艺、铸造工艺及热处理工艺落后于发达国家，制造的阀门质量与国外的产品存在着很大的差距。该项目研制低合金高强度的耐磨铸钢，以适应产品更新换代的需求。阀门在工作过程中承受着管道内各种工况介质的磨损作用；在湿态工况下，还会受到酸性或碱性介质的腐蚀作用，工作条件恶劣。更换阀门是一个非常复杂的过程，耗时耗力。因此，提高阀门的硬度延长其使用寿命，减少阀门的更换频率具有重要的经济价值。Nb是一种常用的微合金元素，属于强碳化物形成元素，对碳原子有着强烈的吸引作用，可抑制碳的扩散，在回火过程中能显著提高钢的回火抗力；铌与钢中的碳元素可以形成硬度与稳定性非常高的NbC粒子，具有弥散强化、提高耐磨性的作用。此外，铌与碳元素形成的碳化铌粒子在奥氏体化等温过程中，能够有效的阻止奥氏体晶粒的粗化，添加少量的铌，便可以产生很大的晶粒细化效果。因而，在现有铬钼耐磨铸钢的基础上，通过添加Nb来提高其耐磨性是一种可行的方法。

研究开发内容：

(1)铬钼钢化学成分优化。该项目基本设计思路是在现有的ZG85Cr2MnMo化学成分基础之上，添加一定量的铌元素，来改善铸钢的组织与性能，提高回火抗力并研究铌对组织与性能的影响。

(2)新型含铌铬钼耐磨铸钢的热处理工艺设计该项目通过设计不同的热处理工艺，包括：(a)不同淬火温度时，铌对奥氏体晶粒度的影响；(b)不同回火温度时，铌对铬钼耐磨铸钢组织与硬度的影响；©不同回火时间时，铌对铬钼耐磨铸钢硬度影响。

关键技术：

(1)通过热力学软件计算含铌铬钼耐磨合金钢研究铌对其相图、碳化物析出的影响。

(2)通过正交试验，设计不同的热处理工艺，并研究其对材料组织和机械性能的影响并确定最佳热处理工艺。

主要创新点：

创新点一：采用热力学软件Thermal-Calc计算铌对低合金耐磨铸钢相图和碳化物析出的影响，包括铌含量对铬钼耐磨铸钢液相线温度、固相线温度及碳化铌析出温度的影响，确定铌的添加量。

创新点二：自主设计了新型含铌铬钼耐磨合金钢化学成分和热处理工艺，当合金钢中Nb含量为0.052%时经880℃保温30min后水淬，再经450℃回火60min后空冷，获得的组织为回火板条马氏体+少量残余奥氏体，硬度值为53.9HRC、抗拉强度Rm=1652MPa、屈服强度Rp=1412MPa、断后延长率和10.8%、室温和-40℃冲击功值分别为53.3J和51.3J，达到了低合金高强度耐磨钢的标准要求，并具有优良的冲击軔性，超过了国外厂家生产的同级别耐阀门的冲击韧性。

项目主要技术指标：

(1)壳体试验压力(介质：水)：2.40MPa，持续时间(介质：水)：120s；

(2)密封试验压力(介质：空气)：0.60MPa，持续时间(介质：空气)；

(3)密封试验泄漏量(介质：空气)：0气泡/min；

(4)上密封试验压力(介质：水)：1.76a，试验持续时间(介质：水)：120s；

(5)壳体壁厚：9.5mm，阀杆直径：22.05，结构长度：279.36mm，法兰孔中心距：160.12mm；

(6)硬度：≥53HRC；抗拉强度：≥1650MPa；屈服强度：≥1410MPa；延伸率：≥10%；室温冲击功：≥52J；-40℃冲击功：≥50J。

产业化前景：如今随着中国经济与科技的大发展，阀门的品种也在不断增加，应用阀门的行业也越来越多，如石化行业、炼油行业、核电行业、火电行业等都有广泛的使用。而越来越多的行业应用也对阀门有更多新的要求，对阀门质量与技术要求也越来越高。该项目产品技术成熟，设备配套齐全，原材料供应有保证，质量控制措施有效可行，产品市场巨大，人力资源充沛，具备成熟的投产条件和市场条件，预计可以投入批量化生产。

经济社会效益：该产品投放市场后，计划在正常年销售额240万元，净利润34.5万元，税收50.5万元。随着市场的不断开拓，该产品生产规模的进一步扩大，单位产品的生产成本和管理成本也随之下降，经济效益也将会进一步提高。

试制结论：试制样品经浙江省机电产品质量检测所和江苏大学材料科学与工程实验中心检验，符合产品质量标准，经湖北恒硕化工有限公司、河南华银化工有限公司等用户试用，反映良好。

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