鑄鋼閥門主體常用材料 上海申弘閥門有限公司 前言 閥門是管路附件中十分重要的裝置,根據(jù)不同的閥門類型和結(jié)構(gòu),它的功能是接通或截?cái)嗔黧w通路、改變流體方向、調(diào)節(jié)流體的流量和壓力、阻止流體倒流以及釋放過剩壓力等。為了保證閥門能有效的實(shí)現(xiàn)這些功能,必須滿足許多條件。例如選擇合適的閥門類型、結(jié)構(gòu)、材料等。其中材料的選擇是保證閥門使用功能的關(guān)鍵因素之一。由于各工業(yè)領(lǐng)域的特性不同,至使流體的溫度、壓力、物理化學(xué)性質(zhì)等均有各自的特點(diǎn),從而使閥門材料的選擇十分復(fù)雜??晒┲圃扉y門零件的材料,包括各種鑄鐵、鋼材、有色金屬及其合金,各種非金屬材料等等。為了減少供應(yīng)和儲(chǔ)備上的困難,在一定范圍內(nèi)使用的通用閥門材料已有了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定。例如JB/T 5300《通用閥門 材料》、SH 3064《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》中對(duì)通用閥門的主要零件應(yīng)選用何種牌號(hào)材料作了具體規(guī)定,某些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)產(chǎn)品的適用條件對(duì)一些閥門零件應(yīng)選用何種類型的材料作了原則的規(guī)定。但是工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域其工況條件、介質(zhì)特性十分復(fù)雜,對(duì)于特殊工況條件,閥門材料的選擇還必須與用戶的使用經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合或通過試驗(yàn)、驗(yàn)證,確定合適的材料。 由于各工業(yè)領(lǐng)域的特殊性以及考慮流體的溫度、壓力、特性、腐蝕以及材料的資源、制造的工藝性等情況,所以材料的選擇原則總的有三個(gè)方面,即:滿足使用功能的要求,有良好的工藝性(冷、熱加工性能),有良好的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性即是要用盡可能低的成本制造出符合閥門功能的產(chǎn)品。上海申弘閥門有限公司主營閥門有:減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應(yīng)用在礦山井下供水系統(tǒng)中。以上三個(gè)原則中滿足使用功能要求是主要的,也就是說工藝性和經(jīng)濟(jì)性要服從使用功能的要求,在保證使用功能的前題下力求有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。十全十美的材料是沒有的。因此,選擇材料要根據(jù)具體情況綜合考慮,解決主要矛盾。 *章 鋼制閥門主體和內(nèi)件材料 閥門的主體是指承受介質(zhì)壓力的閥體、閥蓋(或端蓋)、閘板(或閥瓣)。其中,閥體和閥蓋(端蓋)是承受介質(zhì)壓力的承壓件,閘板(閥瓣)是控制介質(zhì)流動(dòng)的控壓件。 內(nèi)件是指接觸介質(zhì)的閥桿和閘板(閥瓣)、閥座兩者的密封面。 承壓件的定義是:一旦它們失效,其所包容的介質(zhì)會(huì)釋放到大氣中的零件。因此,所用的材料必須能在規(guī)定的介質(zhì)溫度、壓力作用下達(dá)到相應(yīng)的力學(xué)性能、耐腐蝕性和良好的冷、熱加工工藝性。 大多數(shù)閥門的閥體、閥蓋(端蓋)、閘板(閥瓣)形狀比較復(fù)雜,因此采用鑄件較多,只有某些小口徑閥門根據(jù)閥類的不同或特殊工況的要求采用鍛件。 *節(jié) 鋼制閥門的主體材料 1、碳素鋼 碳素鋼適用于非腐蝕性介質(zhì),在某些特定的條件下,例如某些有腐蝕性的介質(zhì)在一定范圍內(nèi)的溫度濃度條件下也可采用碳素鋼。 碳素鋼的適用溫度范圍:-29~425℃。中石化標(biāo)準(zhǔn)SH 3064《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》規(guī)定碳素鋼制閥門的適用溫度范圍為-20~425℃,其下限定為-20℃的依據(jù)是GB 150《鋼制壓力容器》。但當(dāng)以WCB、WCC這兩種鋼作閥體、閥蓋、閘板(閥瓣)、支架時(shí),這兩種鋼的適用溫度下限為-29℃。 常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料見表1-1。 常用的碳素鋼鑄件、鍛件材料 表1-1 材料狀態(tài) | 國別 | 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 材料牌號(hào) | 鑄件 | 中國 | GB/T 12229 | WCA | WCB | WCC | ZG 205-415 | ZG 250-485 | ZG 275-485 | 美國 | ASTM A 216 | WCA | WCB | WCC | UNS J02502 | UNS J03002 | UNS J02503 | 鍛件 | 中國 | GB/T 699 | 25 25Mn 35 40 | 美國 | ASTM A105 |
注: (1)表1中WCA、WCB、WCC是按美國標(biāo)準(zhǔn)表示的牌號(hào),ZG 205-415、ZG 250-485、ZG 275-485是按GB/T 5631鑄鋼牌號(hào)表示方法分別對(duì)應(yīng)WCA、WCB、WCC的牌號(hào)。UNS J02502、UNS J03002、UNS J02503是以美國金屬與合金統(tǒng)一系統(tǒng)編號(hào)方法,分別對(duì)應(yīng)WCA、WCB、WCC的牌號(hào)。 (2)表1中常用的是WCB鋼,其標(biāo)準(zhǔn)含碳量≤0.30%,但為了獲得優(yōu)良的焊接性能和力學(xué)性能,其含碳量應(yīng)控制在0.25%左右。 (3)殘留元素Cr、Ni、Mo、V、Cu也是必須控制并達(dá)標(biāo),其殘留元素總量應(yīng)≤1%,但有碳當(dāng)量(CE)要求時(shí)此條不適用。 (4)當(dāng)閥門的連接端為焊連接時(shí)必須控制碳總量。ASTM A 216補(bǔ)充要求中規(guī)定了使用于不同場(chǎng)合的碳素鋼鑄件碳當(dāng)量的要求。但不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其工況條件,對(duì)碳當(dāng)量的要求也不同,如API 6D則要求爐前分析CE≤0.43,成品分析CE≤0.45。同樣為了保證焊接性能API 6D對(duì)焊接端的碳素鋼鑄件含碳量也作了規(guī)定,爐前分析CE≤0.23%,成品分析CE≤0.25%,硫磷含量≤0.035。碳當(dāng)量CE=C%+Mn%/6+(Cr+Mo+V)%/5+(Ni+Cu)%/15。 (5)ASTM A 105并不是我國的25號(hào)鋼或25Mn鋼,雖然其主要化學(xué)成分相當(dāng)于我國的25Mn鋼,但ASTM A 105對(duì)雜質(zhì)元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的關(guān)系和材料的熱處理都有控制要求。 (6)鍛鋼閥門是否需要進(jìn)行材料的力學(xué)性能檢測(cè)是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求決定的,對(duì)于低碳鋼只要化學(xué)成分合格,正火的熱處理工藝正確,其力學(xué)性能就是一定的,不像中碳鋼和高碳鋼可以按淬火后的不同回火溫度得到不同的力學(xué)性能。對(duì)于鍛造高壓閥門如PN16.0MPa、PN32.0MPa或更高壓力的鍛鋼閥由設(shè)計(jì)決定采用的材料應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能。根據(jù)所要求的力學(xué)性能確定回火溫度以達(dá)到材料的性能符合設(shè)計(jì)要求。 2、不銹鋼 2.1奧氏體不銹鋼 閥門中常用的不銹鋼是奧氏體不銹鋼,適用溫度范圍很廣,低溫可用于-296℃(液氦),高溫可達(dá)到816℃,常用的溫度范圍為-196℃(液氮)至700℃。 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。因此,奧氏體不銹鋼廣泛用于制作耐腐蝕閥門、高溫閥門和低溫閥門。 奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性是相對(duì)的,不是什么樣的腐蝕介質(zhì)它都能承受。金屬的腐蝕現(xiàn)象或所謂的耐腐蝕性是根據(jù)腐蝕性介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流速等環(huán)境條件,以及金屬本身的性質(zhì),即含有成分、加工性、熱處理等諸因素的差異而分別有不同的腐蝕狀態(tài)和腐蝕速度。例如不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,可是因?yàn)楦g環(huán)境或使用條件的不同,也可能發(fā)生意想不到的腐蝕破壞事故。因此,應(yīng)充分地了解腐蝕介質(zhì)和耐腐蝕材料,才能選擇合適的耐腐蝕材料。 2.1.1金屬的腐蝕形態(tài) 金屬的腐蝕形態(tài)可分為兩大類:均勻(全面)腐蝕和局部腐蝕,均勻(全面)腐蝕包括全面成膜腐蝕和無膜腐蝕。 (1)全面成膜腐蝕:腐蝕在金屬的全部或大部分面積上進(jìn)行,而且生成保護(hù)膜,具有保護(hù)性。例如:碳素鋼在稀硫酸中腐蝕很快,當(dāng)硫酸濃度大于50%時(shí),腐蝕率達(dá)到大值,此后濃度再繼續(xù)增大腐蝕率反而下降。這是由于濃硫酸的強(qiáng)氧化性,在鋼鐵的表面生成一層組織致密的鈍化膜,這種鈍化膜不溶于濃硫酸,從而起到了阻礙腐蝕作用。 (2)無膜腐蝕:無膜全面腐蝕很危險(xiǎn),因?yàn)樗3忠欢ㄋ俣热孢M(jìn)行腐蝕。 (3)局部腐蝕:局部腐蝕的形態(tài)有十三種,如縫隙腐蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕等等。據(jù)調(diào)查,化工裝置中局部腐蝕約占70%。在諸多局部腐蝕的形態(tài)中與閥門制造有關(guān)且常見的是晶間腐蝕。 一般對(duì)均勻腐蝕的程度用腐蝕率表示,但如何評(píng)價(jià)則有不同規(guī)定。 按《石油化工企業(yè)管道設(shè)計(jì)器材選用通則》規(guī)定,介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率,管道金屬材料的耐腐蝕能力可分為下列四類: 年腐蝕率不超過0.05mm的材料為充分耐腐蝕性材料; 年腐蝕率在0.05~0.1mm的材料為耐腐蝕性材料; 年腐蝕率在0.1~0.5mm的材料為尚耐腐蝕性材料; 年腐蝕率超過0. 5mm的材料為不耐腐蝕性材料。 《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》對(duì)均勻(全面)腐蝕的耐蝕性用均勻腐蝕率來評(píng)價(jià),見表1-2。 耐蝕性能的評(píng)價(jià) 表1-2 腐蝕率,mm/a | 評(píng) 價(jià) | <0.05 | 優(yōu)良 | 0.05~0.5 | 良好 | 0.5~1.5 | 可用,但腐蝕較重 | >1.5 | 不適用,腐蝕嚴(yán)重 |
據(jù)《金屬防腐蝕手冊(cè)》(中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì))對(duì)金屬材料耐腐蝕性規(guī)定見表1-3。 金屬材料耐腐蝕性的10級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 表1-3 耐蝕等級(jí) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 腐蝕率,mm/a | <0.001 | 0.001 ~ 0.005 | 0.005 ~ 0.01 | 0.01 ~ 0.05 | 0.05 ~ 0.1 | 0.1 ~ 0.5 | 0.5 ~ 1.0 | 1.0~5.0 | 5.0 ~ 10.0 | >10 | 耐蝕性類別 | *耐蝕 | 很耐蝕 | 耐蝕 | 尚耐蝕 | 欠耐蝕 | 不耐蝕 |
(4)晶間腐蝕:局部地沿著結(jié)晶粒子邊界向深度方向腐蝕的形式稱晶間腐蝕。這種腐蝕,外面看不出腐蝕跡象。嚴(yán)重的晶間腐蝕可以穿過整個(gè)機(jī)體厚度。 產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于沿晶粒邊界析出碳化鉻Cr23C6或FeCr化合物——稱σ相,使晶界周圍貧格,在適合的腐蝕介質(zhì)(產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì))中,就形成碳化鉻(陰極)——貧鉻區(qū)(陽級(jí))電池,使晶界貧鉻區(qū)產(chǎn)生腐蝕。 由上述可看出晶間腐蝕是有條件的。其內(nèi)因是必須有碳化鉻或σ相沿晶界析出使晶界貧鉻。其外因是必須有腐蝕貧鉻區(qū)的介質(zhì)。水和一些中性溶液并不腐蝕貧鉻區(qū),所以即使存在貧鉻區(qū)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。如果晶界不貧鉻,即使有產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的內(nèi)因、外因缺一不可。 產(chǎn)生貧鉻的原因:一是鋼水化學(xué)成分不合格,如碳高、鉻低或含鈦、鈮的不銹鋼中碳鈦比或碳鈮比不夠。二是熱處理工藝不正確或焊接或加工時(shí)加熱至碳化物析出溫度,而在900℃至400℃冷卻速度不夠快而析出碳化物造成貧鉻。 2.1.2控制晶間腐蝕的方法 控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕有三種方法: (1)執(zhí)行正確的熱處理工藝,將鋼加熱至1100℃水淬(急冷)使碳化物向固溶體中溶解。但是, 不同牌號(hào)的奧氏體不銹鋼其淬火加熱溫度不完全都是1100℃,執(zhí)行中要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 (2)加入固定碳的元素鈦或鈮; (3)采用含碳量≤0.03%的超低碳不銹鋼。 2.1.3晶間腐蝕檢驗(yàn) 晶間腐蝕檢驗(yàn)的前題是試樣的化學(xué)成分合格并經(jīng)固溶處理。晶間腐蝕檢驗(yàn)用的試片是80×18×3(長×寬×厚),上下兩平面磨至Ra0.8的薄片,并分為敏化狀態(tài)試片和交貨產(chǎn)品狀態(tài)試片兩種。 敏化試片:將試片在650℃下加熱,保溫2小時(shí)(壓力加工件)或1小時(shí)(鑄件)空冷。之所以在650℃加熱是因?yàn)閵W氏體不銹鋼在500~700℃碳化鉻易沿晶界析出造成晶界貧鉻從而在產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)中發(fā)生晶間腐蝕。 交貨產(chǎn)品試片:即試片經(jīng)固溶處理,實(shí)際上是和鑄件一同處理的試樣上取下來的試片。 判別:試片在酸中浸泡后彎曲90°(鑄件)或180°(鍛件)若有裂紋則不合格。不合格時(shí)鑄件要重新處理,然后再作試驗(yàn),但固溶處理的次數(shù)不得超過兩次。 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是很嚴(yán)重的,因此一定要按合同要求或按執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)不銹鋼閥門。 常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-4。 2.1.4奧氏體不銹鋼作高溫鋼用 高溫是指溫度超過350℃以上,高溫用鋼是指在高溫下具有較高強(qiáng)度的鋼材。在石油化工裝置里,高溫并伴有腐蝕的場(chǎng)合就必須使用既耐高溫又耐腐蝕的材料。不銹鋼18Cr—8Ni、25Cr—20Ni的高溫強(qiáng)度高,特別是18—8Ti、18—8Nb等合金元素影響使耐高溫性能更為*。一般在沒有耐腐蝕性問題的場(chǎng)合,在規(guī)定范圍內(nèi),含碳量高的不銹鋼,其高溫強(qiáng)度也高。若在18—8鋼內(nèi)添加Mo、Nb、Ti等元素可強(qiáng)化基體,Nb、Ti則形成碳化物,從而可改善高溫強(qiáng)度。具體何種牌號(hào)的不銹鋼其高使用的溫度值,要查材料的溫壓表。 2.2馬氏體不銹鋼 馬氏體不銹鋼是一種鉻不銹鋼,其金相組織為馬氏體,可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化,具有良好的力學(xué)性能和高溫抗氧化性。該鋼種在大氣、水和弱腐蝕介質(zhì)如加鹽水溶液、稀硝酸及某些濃度不高的有機(jī)酸,在溫度不高的情況下均有良好的耐腐蝕性。但該鋼種不耐強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸、濃硝酸等的腐蝕,常用于水、蒸汽、油品等弱腐蝕性介質(zhì)。由于鉻不銹鋼可通過熱處理強(qiáng)化,因此為了避免強(qiáng)度過高產(chǎn)生脆性,應(yīng)采用正確的熱處理工藝。如ASTM A 217 CA15規(guī)定其低回火溫度為595℃。 常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-5。 2.3奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼 雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕破壞性好,適用于含氯離子環(huán)境的腐蝕,并具有較高的強(qiáng)度,常用于化肥、煉油、海上采油、海水淡化等工況條件。 目前制造閥門主體(承壓件)的雙相不銹鋼材料大多采用美國材料,常用的奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-6。 3、鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼 鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼主要用在高溫、高壓的場(chǎng)合,要求鋼在高溫下具有較好的抗蠕變強(qiáng)度和抗高溫氧化性,適用溫度-29~650℃,主要用于火力發(fā)電的高溫、高壓蒸汽,煉油企業(yè)的石油裂解、催化裂化、加氫等含有硫化物、氫腐蝕的石油介質(zhì)。例如催化系統(tǒng)采用5Cr—0.5Mo鋼,加氫系統(tǒng)溫度較低的采用1.25Cr—0.5Mo鋼,溫度較高的加氫裂化、加氫脫硫煤液化等裝置中采用2.25Cr—1Mo鋼。 在Cr—Mo鋼中需要說明的是ZG1Cr5Mo,過去稱鑄鋼鉻5鉬(ZGCr5Mo)用該鋼制作的閥門習(xí)慣上都稱鉻5鉬閥,可是鑄鋼鉻5鉬這個(gè)牌號(hào)在1999年以前即無國家標(biāo)準(zhǔn)也無專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以來各制造廠均參照前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)來制訂自己的工廠標(biāo)準(zhǔn)其牌號(hào)為ZGCr5Mo,其含碳量為0.15~0.25%,因此實(shí)際牌號(hào)應(yīng)定為ZG2Cr5Mo。中石化在制訂SH 3064-94《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照J(rèn)IS G 5151中的SCPH61、BS 3100中的B5、ASTM A 217中的C5及我國GB/T 1221中的1Cr5Mo的化學(xué)成分將這種材料定為ZG1Cr5Mo,但同樣只有牌號(hào)并無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它的化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱處理規(guī)范等。70年代末引進(jìn)裝置中這類閥門的材料為ASTM A 217 C5,從化學(xué)成分上看相當(dāng)鑄鋼1鉻5鉬,故建議用ASTM A 217 C5來制造這類閥門,一直到1999年在制訂JB/T 9625《鍋爐管道附件承壓鑄鋼件 技術(shù)條件》時(shí)才將ZG1Cr5Mo納入該標(biāo)準(zhǔn)中。 ZG1Cr5Mo稱5Cr—0.5Mo鋼,這種鋼具有良好的抗石油裂化過程介質(zhì)腐蝕的性能,對(duì)含有硫化物的熱石油介質(zhì)耐蝕性良好,具有抗氫腐蝕的能力,并有良好的熱強(qiáng)性。 ZG1Cr5Mo制造工藝性較差,易產(chǎn)生鑄造裂紋,焊接時(shí)熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織而產(chǎn)生明顯的脆化,所以要制訂正確的焊接工藝,焊前需進(jìn)行預(yù)熱,焊后需進(jìn)行熱處理,一般預(yù)熱溫度300~400℃,焊后熱處理溫度740~760℃。 常用的鉻—鉬、鉻—鉬—釩鋼鑄件、鍛件材料見表1-7。 表1-4 常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料 材料狀態(tài) | 國別 | 標(biāo)準(zhǔn) | 材料牌號(hào) | 適用溫度℃ | 備注 | 鑄件 | 中國 | GB/T 12230 | GB/T 12230-89牌號(hào) | GB/T 12230-2005牌號(hào) | 1.適用溫度范圍參照HG 2063管法蘭技術(shù)條件 2.GB 12224-2005規(guī)定的適用溫度如下: CF3≤427℃ CF3M≤454℃ CF8、CF8M溫度大于538℃時(shí)只能用 C≥0.04%的材料 CF8C≤538℃ | ZG00Cr18Ni10 | ZG03Cr18Ni10 | -196~425 | ZG0Cr18Ni9 | ZG08Cr18Ni9 | -196~700 | ZG0Cr18Ni9 Ti | ZG08Cr18Ni9Ti | ZG1Cr18Ni9Ti | ZG12Cr18Ni9Ti | ZG0Cr18Ni12Mo2Ti | ZG08Cr18Ni12Mo2Ti | ZG1Cr18Ni12Mo2Ti | ZG12Cr18Ni12Mo2Ti | CF3 | CF3 | -196~425 | CF3M | CF3M | CF8 | CF8 | -196~700 | CF8M | CF8M | CF8C | CF8C | 美國 | ASTM A 351 | ASTM牌號(hào) | UNS編號(hào) | 適用溫度℃ | 適用溫度范圍參照ASME B16.34 | CF3 | J92500 | ≤425 | CF3M | J92800 | ≤455 | CF8 | J92600 | ≤816 | a.溫度超過538℃時(shí),僅當(dāng)C≥0.04%時(shí)才使用 b.CL150法蘭端閥門適用溫度≤538℃ c.適用溫度參照ASME B16.34 | CF8M | J92900 | CF8C | J92710 | CG8M | J93000 | ≤538 | | CF10 | J92950 | ≤816 | ASME B16.34材料組中無此牌號(hào),適用溫度類比于CF8、CF8M得出供參考 | CF10M | J92901 |
續(xù)表1-4 常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料 材料狀態(tài) | 國別 | 標(biāo)準(zhǔn) | 材料牌號(hào) | 適用溫度℃ | 備注 | 鍛件 | 中國 | JB/T 4728 GB/T 1220 | JB/T 4728牌號(hào) | GB/T 1220牌號(hào) | | 00Cr19Ni10 | 00Cr19Ni10 | -196~425 | 00Cr17Ni14Mo2 | 00Cr17Ni14Mo2 | -196~700 | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni10Ti | 0Cr18Ni10Ti | | 0Cr18Ni11Nb | 1Cr18Ni9Ti | 1Cr18Ni9Ti | 0Cr17Ni12Mo2 | 0Cr17Ni12Mo2 | | 0Cr18Ni12Mo2Ti | | 1Cr18Ni12Mo2Ti | 美國 | ASTM A 182 | ASTM牌號(hào) | UNS編號(hào) | 適用溫度℃ | a.F304、F316當(dāng)溫度超過538℃時(shí),僅當(dāng)C≥0.04%時(shí)才使用,且對(duì)于CL150法蘭端閥門適用溫度≤538℃ b. 適用溫度參照ASME B16.34 | F304 | S30400 | ≤816 | F316 | S31600 | F304L | S30403 | ≤425 | F316L | S31603 | ≤450 | F321 | S32100 | ≤528 | F347 | S34700 | F317 | S31700 | ≤816 | 溫度超過538℃時(shí)僅當(dāng)C≥0.04%才使用 | F304H | S30409 | | F316H | S31609 |
表1-5 常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料 材料狀態(tài) | 國 別 | 標(biāo) 準(zhǔn) | 材 料 牌 號(hào) | 適用溫度℃ | 備 注 | 鑄件 | 中 國 | GB/T 2100 | ZG1Cr13 | -45~350 | 按JIS 8243許用應(yīng)力表溫度范圍確定 | ZG2Cr13 | | | 美 國 | ASTM A 217 | ASTM 牌號(hào) | UNS編號(hào) | -29~649 | CA15 | J91150 | 按ASME許用應(yīng)力表確定 | ASTM A 743 | CA40 | J91153 | | 棒 材 | 中 國 | GB/T 1220 | 1Cr13 | ≤450 | 2Cr13 | 鍛 件 | 美 國 | ASTM A182 | ASTM 牌號(hào) | UNS編號(hào) | 適用溫度℃ | F6a | S41000 | -29~649 | 按ASME 許用應(yīng)力表確定 | 棒 材 | ASTM A 276 | 410 | S41000 | 420 | S42000 | |
表1-6 常用奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料 材料狀態(tài) | 國 別 | 標(biāo) 準(zhǔn) | 材 料 牌 號(hào) | 適用溫度℃ | 備 注 | 鑄 件 | 美 國 | ASTM A 995 | CD3MWCuN CD4MCu | ≤315 | | ASTM A 890 | 4A | 鍛 件 | ASTM A 182 | ASTM 牌號(hào) | UNS編號(hào) | F51 | UNS S 31803 | F53 | UNS S 32750 | F55 | UNS S 32760 | ≤400 |
表1-7 常用鉻-鉬鋼、鉻鉬釩鋼鑄件、鍛件材料 材料狀態(tài) | 國別 | 標(biāo)準(zhǔn) | 材料牌號(hào) | 適用溫度℃ | 備注 | 鑄件 | 中國 | JB/T 9625 | ZG20CrMo | ≤510 | | ZG20CrMoV | ≤540 | ZG15Cr1Mo1V | ≤570 | ZG1Cr5Mo | ≤550 | JB/T 5263 | WC1 | ≤468 | 鑄件回火溫度不應(yīng)低于595℃ | WC6 | ≤593 | WC9 | 鑄件回火溫度應(yīng)不低于675℃ | C12A | ≤648 | 鑄件回火溫度應(yīng)不低于730℃ | 美國 | ASTM A 217 | ASTM牌號(hào) | UNS編號(hào) | 適用溫度℃ | CL150法蘭端閥門適用溫度≤538℃,其中WC1、WC6、WC9、C5、C12僅使用經(jīng)正火和回火的材料。 日本電力標(biāo)準(zhǔn)E101規(guī)定1.25Cr-0.5Mo(WC6),2.25Cr-1Mo(WC9)高使用溫度為593℃,另WC6、WC9在高于566℃溫度區(qū)域使用時(shí)要考慮發(fā)生過氧化作用即生成氧化皮的可能性。 | WC1 | | ≤468 | WC6 | J12072 | -29~648 | WC9 | J21890 | C5 | J42045 | C12 | J82090 | C12A | J84090 | 鍛件 | 中國 | JB/T 9626 | 15CrMo | ≤550 | | 1Cr5Mo | ≤570 | 12Cr1MoV | 15Cr1Mo1V | 美國 | ASTM A182 | ASTM牌號(hào) | UNS編號(hào) | 適用溫度℃ | CL150法蘭端閥門適用溫度≤538℃,其中F11僅使用經(jīng)正火和回火的材料 | F11 Class1 | K11597 | -29~593 | F22 Class1 | K21590 | F1 | K12822 | -29~468 | | F5 | K41545 | -29~648 | F9 | K90941 | F91 | K90901 | F92 | K92460 |
4、低溫鋼 一般低溫指小于-29~-196℃范圍內(nèi),小于-196~-269℃為超低溫范圍。石化企業(yè)規(guī)定低于-20℃就算低溫。一般碳素鋼、低合金鋼、鐵素體鋼在低溫下韌性急劇下降,脆性上升,這種現(xiàn)象稱材料的冷脆現(xiàn)象。為了保證材料的使用性能,不僅要求材料在常溫時(shí)有足夠的強(qiáng)度、韌性、加工性能以及良好的焊接性能,而且要求材料在低溫下也具有抗脆化的能力。另外材料在低溫時(shí)會(huì)發(fā)生收縮,各個(gè)零件收縮率不同是致使某些密封部位發(fā)生泄漏的原因。此外,奧氏體不銹鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí),部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體而引起體積變化導(dǎo)致閥門泄漏也是一個(gè)重要原因。因此,要研究閥門各部位零件的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以防止低溫時(shí)產(chǎn)生間隙而泄漏。 4.1常用氣體的液化溫度 幾種常用氣體的液化溫度(一個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn))見表1-8 表1-8 常用氣體的液化溫度 液化氣體 | 沸點(diǎn)℃ | 液化氣體 | 沸點(diǎn)℃ | 氨 | -33.4 | 液化天然氣 | -161.2 | 丙 烷 | -45 | 甲 烷 | -163 | 丙 烯 | -47.7 | 氧 | -183 | 硫化碳酰 | -50 | 氬 | -186 | 硫化氫 | -59.5 | 氟 | -187 | 二氧化碳 | -78.5 | 氮 | -195.8 | 乙 炔 | -84 | 氖 | -246 | 乙 烷 | -83.3 | 氘 | -249.6 | 乙 烯 | -104 | 氫 | -252.8 | 氪 | -151 | 氦 | -269 |
4.2美國標(biāo)準(zhǔn)的低溫鑄鋼、鍛鋼 適用于低溫下的鋼材要求在低溫下有足夠的韌性,衡量其韌性的指標(biāo)是在低溫下的沖擊能量,不同類型(或牌號(hào))的低溫鋼適用于不同的低溫溫度。低溫閥門按適用的溫度劃分,分為-46℃、-70℃、-101℃、-196℃四個(gè)等級(jí),不同溫度等級(jí)的閥門所選用的鋼材必須在其所適用的溫度下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖擊能量才是安全可靠的。 4.2.1 美國標(biāo)準(zhǔn)的低溫鑄鋼(鑄件) 美國低溫鑄鋼采用的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A 352《低溫受壓零件用鐵素體和馬氏體鑄件技術(shù)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料牌號(hào)、適用溫度及沖擊能量要求見表1-8和表1-9。 表1-8 低溫鑄鋼件材料牌號(hào)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(hào) | 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 |
表1-9 低溫鑄鋼件材料夏比V型切口沖擊能量要求 牌號(hào) | LCA | LCB | LCC | LC1 | LC2 | LC2-1 | LC3 | LC4 | LC9 | CA6NM | 試驗(yàn)溫度℃ | -32 | -46 | -46 | -59 | -73 | -73 | -101 | -115 | -196 | -73 | 兩個(gè)試樣的小值和三個(gè)試樣的小平均值 英尺每磅(焦耳) | 13 (18) | 13 (18) | 15 (20) | 13 (18) | 15 (20) | 30 (41) | 15(20) | 15 (20) | 20 (27) | 20 (27) | 單個(gè)試樣小值 英尺每磅(焦耳) | 10 (14) | 10 (14) | 12 (16) | 10 (14) | 12 (16) | 25 (34) | 12 (16) | 12 (16) | 15 (20) | 15 (20) |
ASTM A 352中共有十個(gè)低溫鑄鋼牌號(hào),其中常用的三個(gè)牌號(hào)分別是用于-46℃的LCB、LCC,用于的-101℃的LC3。對(duì)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,其低溫沖擊能量要求在JB/T 7749《低溫閥門技術(shù)條件》中規(guī)定,在試驗(yàn)溫度為-196℃條件下夏比V型切口沖擊能量三個(gè)試樣小平均值為20~27牛頓每米(焦耳),三個(gè)試樣中一個(gè)試樣的小值為10~20牛頓每米(焦耳)。 4.2.2 美國標(biāo)準(zhǔn)的低溫鍛鋼(鍛件)材料 美國低溫鍛鋼采用的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A 350《要求進(jìn)行缺口韌性試驗(yàn)的管道部件用碳素鋼與低合金鋼鍛件技術(shù)規(guī)范》,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料牌號(hào),適用溫度及沖擊能量要求見表1-10。 表1-10 低溫鍛件材料牌號(hào)適用溫度、夏比V型切口沖擊能量 牌 號(hào) | LF1 | LF2 | LF3 | LF5 | LF6 | LF9 | LF787 | 適用溫度℃ | -29 | -46 | -101 | -59 | -51 | -73 | -73 | 試驗(yàn)溫度℃ | -29 | -46 | -101 | -59 | -51 | -73 | -73 | 三個(gè)試樣的小平均沖擊能量 英尺每磅(焦耳) | 13 (18) | 15 (20) | 15 (20) | 15 (20) | 15 (20) | 13 (18) | 15 (20) | 單個(gè)試樣的小平均值 英尺每磅(焦耳) | 10 (14) | 12 (16) | 12 (16) | 12 (16) | 12 (16) | 10 (14) | 12 (16) |
ASTM A 350中共有七個(gè)低溫鍛鋼牌號(hào),其中兩個(gè)常用的牌號(hào)分別是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。對(duì)于-101℃以下至-196℃工況條件下一般采用奧氏體鋼鍛件,如F304、F316。 4.3中國低溫閥門用的低溫鋼鑄件和鍛件材料 我國低溫鑄鋼(鑄件)材料采用的標(biāo)準(zhǔn)是JB/T 7248《閥門用低溫鋼鑄件技術(shù)條件》,該標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了LCB、LC1、LC2、LC3四個(gè)牌號(hào),等同采用ASTM A 352中相應(yīng)牌號(hào)與要求。至于低溫鋼鍛件目前尚無閥用低溫鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn),因此鍛造的低溫閥門其材料可直接采用ASTM A 350中的材料及技術(shù)要求。 4.4低溫沖擊試驗(yàn) 由于鋼材在低溫下韌性降低,特別是用鐵素體鋼如LCA、LCB、LCC、LC3等制造的低溫閥門承壓件,在低溫下有明顯的低溫脆性,若在低溫下使用,必須達(dá)到一定的韌性指標(biāo)才能使用。因此,這些材料要進(jìn)行低使用溫度下的沖擊試驗(yàn),其試驗(yàn)方法按GB/T 4159《金屬低溫夏比沖擊試驗(yàn)方法》或ISO 148《鋼-夏比沖擊試驗(yàn)(V型切口)》或ASTM A 370《鋼制品機(jī)械測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》的規(guī)定。有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(如API 6D)所有用于設(shè)計(jì)溫度低于-29℃的碳鋼、低合金鋼承壓部件都應(yīng)按ISO 148 或ASTM A 370進(jìn)行V型切口的沖擊試驗(yàn)。 4.5深冷處理 深冷處理是減少材料由于溫差和在低溫下金相組織改變而產(chǎn)生變形,從而提高閥門在低溫時(shí)的密封性能的一種處理方法。深冷處理的方法是將被處理的零件放入冷卻介質(zhì)中保溫一定時(shí)間,然后取出,當(dāng)零件溫度升至室溫后再重復(fù)進(jìn)行一次處理。一般用于-101℃以下的閥門,主要零件在精加工前(如密封面研磨前)對(duì)閥體、閥蓋、閘板(閥瓣)、閥桿、緊固件等進(jìn)行低于工作溫度下的深冷處理。對(duì)用于-101℃以上的低溫閥門,當(dāng)合同規(guī)定要作深冷處理時(shí)則也應(yīng)按要求作深冷處理。與本文相關(guān)的論文有:水用減壓閥在魯?shù)V集團(tuán)的應(yīng)用 |