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各種材質(zhì)在閥門中的應(yīng)用   發(fā)布時間:22-07-06

各種材質(zhì)在閥門中的應(yīng)用

它是管道附件中非常重要的裝置,材料的選擇是保證閥門安全使用的關(guān)鍵因素之一。由于各個工業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)不同,流體的溫度、壓力、物理化學(xué)性質(zhì)都有各自的特點(diǎn)。所用材料必須在規(guī)定的介質(zhì)溫度和壓力下具有機(jī)械性能和良好的冷熱加工工藝性,這使得閥門材料的選擇非常復(fù)雜。本文簡要介紹了材料在馬森耐蘭調(diào)節(jié)閥中的應(yīng)用。由于Masoneilan是一家美國公司,本文中的材料介紹基于ASTM美國材料試驗協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)。
 ASTM A216-本標(biāo)準(zhǔn)適用于能與其它鑄鋼件或鍛鋼件在高溫下焊接的閥門、法蘭、管件或其它承壓部件的碳鋼鑄件。
世界上常用的是WCA、WCB和ASTM A216的WCC。它們品牌的基本含義是:W是可焊的,C是鑄造的,A、B、C是碳鑄鋼的強(qiáng)度等級,其中A是低強(qiáng)度,B是中強(qiáng)度,C是高強(qiáng)度。碳鋼適用于非腐蝕性和氧化性應(yīng)用。在某些特定的條件下,如一定的溫度范圍和一定的濃度,也
可用于發(fā)煙硫酸等腐蝕性介質(zhì)中。適用溫度-29℃~427℃碳鋼在427℃以上有石墨化傾向。

材質(zhì)表示

碳Max

錳Max

抗拉強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度

WCA

0.25

0.7

60(415)

30(207)

WCB

0.3

1

70(485)

36(248)

WCC

0.25

1.2

70(485)

40(276)

ASTM A216 WCC具有如下優(yōu)點(diǎn)超過ASTM A216 WCB:
低碳含量(0.25%比0.30%),因為較低的碳含量具有更好的抗發(fā)生脆性破壞和焊接性能。
高錳含量(1.2%比1%),因為較高的錳含量提高了強(qiáng)化作用,具有更高的屈服強(qiáng)度。
WCC的溫壓曲線較WCB更高一些。
基于如上三點(diǎn),所以Masoneilan調(diào)節(jié)閥采用ASTM A216 WCC牌號的可焊接的碳素鑄鋼作為標(biāo)準(zhǔn)的碳鋼材質(zhì)。
另兩種碳素鋼ASTM牌號如下:
1、ASTM A105 ---管道部件用碳素鋼鍛件。A代表的是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。因為這個標(biāo)準(zhǔn)里只規(guī)定了一種碳鋼鍛件,A105也就算一種鍛件碳鋼牌號。
ASTM A106--- 高溫用無縫碳素鋼管。 A106包括A106-A,A106-B。前者相當(dāng)于國內(nèi)的10#材質(zhì),后者相當(dāng)于國內(nèi)的20#材質(zhì)。
2、 ASTM A352--低溫承壓用鐵素體和馬氏體鑄鋼件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
ASTM A 352中共有十個低溫鑄鋼牌號(見如下表格),其中常用的三個牌號分別是用于-46℃的LCB、LCC,用于的-101℃的LC3。對于低于-101℃以下至-196℃的工況條件下一般采用奧氏體鋼鑄件,如CF8、CF8M。

低溫鑄鋼件材料牌號和適用溫度

類型    

C

C

C-Mn

C-Mo

2.5Ni

C-Cr-Mo

3.5Ni

4.5Ni

9Ni

Cr-Ni-Mo

牌號

LCA

LCB

LCC

LC1

LC2

LC2-1

LC3

LC4

LC9

CA6NM

適用溫度℃

-32

-46

-46

-59

-73

-73

-101

-115

-196

-73


LCB和LCC的適用溫度: -46℃~343℃
LCB的和WCB的化學(xué)成分相同
LCC和WCC的化學(xué)成分相同.
緊急切斷閥相比較,LCC同樣優(yōu)于LCB. Masoneilan調(diào)節(jié)閥采用LCC牌號做為標(biāo)準(zhǔn)的低溫碳鋼材質(zhì)。
LC3的適用溫度:-101℃~343℃。但因該材質(zhì)是非標(biāo)準(zhǔn)的,而不銹鋼(例如CF8M)可以用于-198℃,并且無需沖擊測試,所以在-101°C低溫下運(yùn)用CF8M不銹鋼會更加經(jīng)濟(jì),因此在調(diào)節(jié)閥行業(yè)中很少用到LC3這種材質(zhì)。
ASTM A350管道部件用要求切口韌性試驗的碳素鋼與低合金鋼鍛件。常用的兩個牌號分別是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。但對于-101℃以下至-196℃工況條件下一般采用奧氏體鋼鍛件,如F304、F316。

          鉻-鉬鋼
          鉻鉬鋼是指加入Cr和Mo等合金元素以顯著提高高溫強(qiáng)度極限和蠕變極限的鋼種,同時具有良好的抗氫腐蝕和耐高溫的性能,可以用于593C的高溫,因此被廣泛地運(yùn)用于電廠、煉油、化工等高溫和含氫工況中。
          ASTM A217 高溫用承壓部件馬氏體不銹鋼和合金鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
          ASTM A182  高溫用鍛制或軋制合金鋼和不銹鋼管法蘭、鍛制配件、閥門與零部件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
          國際上常用的鑄造鉻-鉬鋼為ASTM A217 中的WC6、WC9、C12A,相對應(yīng)的鍛件為ASTMA182 中的F11、F22、F91.
          ASTM A217 WC6 --- ASTM A182 F11 (1.25Cr-0.5Mo),適用于工作溫度在-29~595℃之間的非腐蝕性介質(zhì)的高溫高壓。
          ASTM A217 WC9 --- ASTM A182 F22 (2.25Cr- 1Mo) ,WC6和WC9都是鑄鋼件,兩個的機(jī)械性能基本相同,常溫下具有相同的拉伸強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度和延展率。和WC6相比,WC9含有更多的鉻和鉬,因此其在高溫工況下的機(jī)械強(qiáng)度會更好一些,另外WC9抗沖刷的能力也會更好一些。
          ASTM A217 C12A --- ASTM A182 F91 (9Cr-1Mo), C12A具有良好的抗高溫氧化性能和高溫蠕變強(qiáng)度以及良好的塑性和加工性能。適用于工作溫度在-29~650℃之間的腐蝕性介質(zhì)的高溫高壓閥門。C12A多用于超臨界電站閥門的鑄鋼材料。

          不銹鋼:
          調(diào)節(jié)閥中常用的不銹鋼材料為馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。
          馬氏體不銹鋼
          馬氏體不銹鋼是其中鉻含量不低于12%(一般在12%~18%),碳含量較高,使用態(tài)組織為馬氏體的不銹鋼。通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能,通俗地說,是一類可硬化的不銹鋼。馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量,而鋼中的碳由于與鉻形成穩(wěn)定的碳化鉻,又間接的影響了鋼的耐蝕性。在調(diào)節(jié)閥中馬氏體不銹鋼多用來作為閥內(nèi)件材質(zhì),運(yùn)用于腐蝕性不高的工況下。常用于調(diào)節(jié)閥的馬氏體不銹鋼有: 410、416、和440C,。
          410型不銹鋼(ASTMA276等級 S41000)—馬氏體(高強(qiáng)度鉻鋼),耐磨性好,但抗腐蝕性較差。相對應(yīng)的鑄件是ASTM A217 CA15。 ASTM A743 CA6NM是CA15的改進(jìn)版,通常用在既需要高強(qiáng)度又需要高硬度,同時具有中等腐蝕環(huán)境的場合,在Masoneilan閥中用于碳鋼閥體的標(biāo)配閥內(nèi)件材質(zhì)。
          416型不銹鋼(ASTMA582 S41600)—416是一個免加工的 410版本。添加了硫改善了材料的加工性能。416用于需要高強(qiáng)度和一些耐腐蝕性能的工況。由416制成的零件不能焊接或硬面堆焊。拉伸性能是低于410,尤其是在橫向方向上的延性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于410的。
          440C型不銹鋼(ASTM A276 S44004)—高強(qiáng)度刃具鋼,含碳稍高,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚磲峥梢垣@得較高屈服強(qiáng)度,硬度可以達(dá)到58HRC,屬于比較硬的不銹鋼之列。常見的應(yīng)用例子就是“剃須刀片”。在調(diào)節(jié)閥中多用于加工成導(dǎo)向套環(huán)或消氣蝕的閥籠。
          馬氏體沉淀硬化不銹鋼,是碳含量低于0.1%,加入銅、鉬、鈦、鋁等元素使之沉淀析出碳化物和金屬間化合物而進(jìn)一步強(qiáng)化的馬氏體不銹鋼。
          17-4PH型不銹鋼(ASTMA564 630)—常用的沉淀硬化不銹鋼,17%Cr,4%Ni, 它是由銅、鈮/鈳構(gòu)成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼。這個等級具有高強(qiáng)度、硬度和抗腐蝕等特性。經(jīng)過熱處后,產(chǎn)品的機(jī)械性能更加完善,它對大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力,它的抗腐蝕能力與304一樣。正因為由于其耐磨性和耐腐蝕性都好,多用來加工成調(diào)節(jié)閥的閥桿、閥芯、閥籠等。由于在升高的溫度下,馬氏體沉淀硬化材料會發(fā)生脆化。脆化的程度取決于溫度和時間,因此在溫度高于316°C避免使用該材質(zhì)。
          奧氏體不銹鋼
          奧氏體不銹鋼,是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時,具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括******的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性,但強(qiáng)度較低,不可能通過相變使之強(qiáng)化,僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化,如加入S,Ca,Se,Te等元素,則具有良好的易切削性。由于奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,高溫抗氧化性和耐低溫性能,廣泛運(yùn)用于制作耐腐蝕調(diào)節(jié)閥、高溫調(diào)節(jié)閥和低溫調(diào)節(jié)閥。
          如下是調(diào)節(jié)閥中常用的奧氏體不銹鋼。
304型不銹鋼(ASTMA351 CF8):通用型號;即18/8不銹鋼。標(biāo)準(zhǔn)成分是 18 % 鉻加8 %鎳。
304L型不銹鋼(ASTMA351 CF3):與 304相同特性,但低碳故更耐蝕、易熱處理,但機(jī)械性較差,適用焊接及不易熱處理之產(chǎn)品。對于硝酸工況,較304,316,316L,317等不銹鋼,304L的抗腐蝕性是特別好的。
316型不銹鋼(ASTM A351 CF8M):繼 304之后,第二個得到廣泛應(yīng)用的鋼種,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu),由于較304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。316 SST 在除了氮酸之外的幾乎所有場合比 304SST 具有更好的耐腐蝕性能。
316L型不銹鋼(ASTMA351 CF3M):含碳量低,低碳故更耐蝕、易熱處理,
          316H型不銹鋼(ASTM A351 CF10M):含碳量高,抗脫碳性更高,故適于高溫條件使用。耐溫范圍:538℃-816℃.,缺點(diǎn)焊接性能差,抗晶間腐蝕差。
          317型不銹鋼(ASTM A351 CG8M):是鉻和鉬含量各增加1%的316, 從而比316具有更大的抗點(diǎn)蝕的能力。它對于蒸煮液、干二氧化氯和很多其它紙漿與造紙環(huán)境有優(yōu)良的抵抗性能。因此多用于造紙行業(yè)。
          Nitronic 50型不銹鋼(ASTMA479 S20910):是氮強(qiáng)化奧氏體不銹鋼,屬于合金金屬。又稱為S20910 / XM-19。其抗腐蝕性能優(yōu)于316、316L、317和317L,且室溫下屈服強(qiáng)度幾乎是它們的兩倍。該鋼種在高溫及零下的溫度中都具有非常好的機(jī)械性能。該鋼種在抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂及耐晶間腐蝕方面都有非常杰出的表現(xiàn)。這種高度防銹蝕及高強(qiáng)度的NITRONICS50不銹鋼常用來加工酸性或高壓工況下調(diào)節(jié)閥的閥桿。
          660型不銹鋼(ASTMA638 660):是一種時效硬化奧氏體。它是具有良好耐腐蝕性的鐵基高溫合金,由于其在高溫下優(yōu)良的強(qiáng)度,在調(diào)節(jié)閥中主要加工閥桿可用在高達(dá)704℃的高溫的工況下。
          高溫穩(wěn)定性鋼。釩、鈦、鈮是強(qiáng)碳化物形成元素,能形成細(xì)小彌散的碳化物,提高鋼的高溫強(qiáng)度。鈦、鈮與碳結(jié)合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產(chǎn)生晶間腐蝕。多用于石化煉油行業(yè)的高溫含硫工況。
          321型不銹鋼(ASTMA479 321):高溫穩(wěn)定性鋼,添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風(fēng)險。
          347型不銹鋼(ASTM A351 CF8C):高溫穩(wěn)定性鋼,添加穩(wěn)定化元素鈮,提高耐晶間腐蝕性能,在酸、堿、鹽腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性同321不銹鋼。焊接性能良好。對于歐美的閥門廠家,更傾向于采用347不銹鋼。
          雙相不銹鋼
          所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半,一般量少相的含量也需要達(dá)到30%。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn),與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高,具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比,強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能,也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
          雙相鋼一般可以分成如下四類:
          低合金型━代表牌號是UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N)PREN值24~25,是不含鉬的低級雙相不銹鋼。
          中合金型代表牌號是UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN 值32~ 33,主要的雙相不銹鋼鋼種,占





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