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鑄鋼閥門主體常用材料

  • 發(fā)布日期:2014/7/29      瀏覽次數(shù):4348
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    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)℃

    -33.4

    液化天然氣

    -161.2

    丙    烷

    -45

    甲    烷

    -163

    丙    烯

    -47.7

    -183

    硫化碳酰

    -50

    -186

    硫化氫

    -59.5

    -187

    二氧化碳

    -78.5

    -195.8

    乙    炔

    -84

    -246

    乙    烷

    -83.3

    -249.6

    乙    烯

    -104

    -252.8

    -151

    -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牛頓米(焦耳),三個(gè)試樣中一個(gè)試樣的小值為10~20牛頓米(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