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各種材質在閥門中的應用   發布時間:22-07-06

各種材質在閥門中的應用

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鍵因素之一。由于各個工業領域的特點不同,流體的溫度、壓力、物理化學性質都有各自的特點。所用材料必須在規定的介質溫度和壓力下具有機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雜。本文簡要介紹了材料在馬森耐蘭調節閥中的應用。由于Masoneilan是一家美國公司,本文中的材料介紹基于ASTM美國材料試驗協會的標準。
 ASTM A216-本標準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是碳鑄鋼的強度等級,其中A是低強度,B是中強度,C是高強度。碳鋼適用于非腐蝕性和氧化性應用。在某些特定的條件下,如一定的溫度范圍和一定的濃度,也
可用于發煙硫酸等腐蝕性介質中。適用溫度-29℃~427℃碳鋼在427℃以上有石墨化傾向。

材質表示

碳Max

錳Max

抗拉強度

屈服強度

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具有如下優點超過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化作用,具有更高的屈服強度。
WCC的溫壓曲線較WCB更高一些。
基于如上三點,所以Masoneilan調節閥采用ASTM A216 WCC牌號的可焊接的碳素鑄鋼作為標準的碳鋼材質。
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構鋼。因為這個標準里只規定了一種碳鋼鍛件,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。前者相當于國內的10#材質,后者相當于國內的20#材質。
2、 ASTM A352--低溫承壓用鐵素體和馬氏體鑄鋼件標準規范
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的化學成分相同
LCC和WCC的化學成分相同.
緊急切斷閥相比較,LCC同樣優于LCB. Masoneilan調節閥采用LCC牌號做為標準的低溫碳鋼材質。
LC3的適用溫度:-101℃~343℃。但因該材質是非標準的,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低溫下運用CF8M不銹鋼會更加經濟,因此在調節閥行業中很少用到LC3這種材質。
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準規范
          ASTM A182  高溫用鍛制或軋制合金鋼和不銹鋼管法蘭、鍛制配件、閥門與零部件標準規范
          國際上常用的鑄造鉻-鉬鋼為ASTM A217 中的WC6、WC9、C12A,相對應的鍛件為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,兩個的機械性能基本相同,常溫下具有相同的拉伸強度,屈服強度和延展率。和WC6相比,WC9含有更多的鉻和鉬,因此其在高溫工況下的機械強度會更好一些,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:
          調節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,使用態組織為馬氏體的不銹鋼。通過熱處理可以調整其力學性能,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定的碳化鉻,又間接的影響了鋼的耐蝕性。在調節閥中馬氏體不銹鋼多用來作為閥內件材質,運用于腐蝕性不高的工況下。常用于調節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(高強度鉻鋼),耐磨性好,但抗腐蝕性較差。相對應的鑄件是ASTM A217 CA15。 ASTM A743 CA6NM是CA15的改進版,通常用在既需要高強度又需要高硬度,同時具有中等腐蝕環境的場合,在Masoneilan閥中用于碳鋼閥體的標配閥內件材質。
          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遠低于410的。
          440C型不銹鋼(ASTM A276 S44004)—高強度刃具鋼,含碳稍高,經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度,硬度可以達到58HRC,屬于比較硬的不銹鋼之列。常見的應用例子就是“剃須刀片”。在調節閥中多用于加工成導向套環或消氣蝕的閥籠。
          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一步強化的馬氏體不銹鋼。
          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/鈳構成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼。這個等級具有高強度、硬度和抗腐蝕等特性。經過熱處后,產品的機械性能更加完善,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,多用來加工成調節閥的閥桿、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。
          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鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性,但強度較低,不可能通過相變使之強化,僅能通過冷加工進行強化,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,廣泛運用于制作耐腐蝕調節閥、高溫調節閥和低溫調節閥。
          如下是調節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。標準成分是 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,但機械性較差,適用焊接及不易熱處理之產品。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,第二個得到廣泛應用的鋼種,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構,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境有優良的抵抗性能。因此多用于造紙行業。
          Nitronic 50型不銹鋼(ASTMA479 S20910):是氮強化奧氏體不銹鋼,屬于合金金屬。又稱為S20910 / XM-19。其抗腐蝕性能優于316、316L、317和317L,且室溫下屈服強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械性能。該鋼種在抗硫化物應力腐蝕開裂及耐晶間腐蝕方面都有非常杰出的表現。這種高度防銹蝕及高強度的NITRONICS50不銹鋼常用來加工酸性或高壓工況下調節閥的閥桿。
          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,由于其在高溫下優良的強度,在調節閥中主要加工閥桿可用在高達704℃的高溫的工況下。
          高溫穩定性鋼。釩、鈦、鈮是強碳化物形成元素,能形成細小彌散的碳化物,提高鋼的高溫強度。鈦、鈮與碳結合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產生晶間腐蝕。多用于石化煉油行業的高溫含硫工況。
          321型不銹鋼(ASTMA479 321):高溫穩定性鋼,添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險。
          347型不銹鋼(ASTM A351 CF8C):高溫穩定性鋼,添加穩定化元素鈮,提高耐晶間腐蝕性能,在酸、堿、鹽腐蝕介質中的耐腐蝕性同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到30%。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,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℃脆性以及導熱系數高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能,也是一種節鎳不銹鋼。
          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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