阀门常用材料及配件的选择.docx
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阀门常用材料及配件的选择
阀门常用材料及配件的选择
1主体材料2
一、概述:
2
二、材料大类:
2
三、阀门常用主体材料3
四、其它材料8
2常见零件材料9
一、概述9
二、密封面材料9
三、阀杆13
四、阀杆螺母14
3焊材15
一、概述:
15
二、对焊工的要求15
三、对焊条的保管要求16
4垫片17
一、概述:
17
二、各种垫片使用温度范围17
5填料19
一.对填料自身的要求19
二.常用填料品种19
三.注意事项20
6紧固件21
1主体材料
一、概述:
按使用工况分,现行国内外钢制阀门常用的主体材料按工况条件:
•普通碳钢(WCBWC(等)
•普通低温钢(LCB、LC2LC3等)
•高温钢(WC6WC9ZG15Cr1M等
•不锈钢(CF8、CF8MCF3CF3M等)。
按成型方法分,一般情况下采用铸件的形式较多。
但由于有些工况条件要求不允许采用铸件或采用其他类毛坯更为合理等情况下,便应根据具体情况选用锻件、锻焊或板焊等结构,就需要采用铸件的变形合金。
其变形合金与铸件的性能要求一般相同,但其化学成分略有差别,其原因是在保证性能的前提下,铸件需要有较好的铸造性能,其他的变形合金材料应有较好的塑性以便加工。
阀门主体材料的变形合金主要有锻件、板材和管材。
这样按材料的成型工艺不同,其主体材料又可分为铸件、锻件、板材和管材
二、材料大类:
阀体、阀盖和闸板(阀瓣)是阀门主要零件之一,直接承受介质压力,所用材料必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。
常用材料有下面几种:
1、灰铸铁:
灰铸铁适用于公称压力PNCI.OMPa温度为—10C〜200r的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。
灰铸铁常用牌号为:
HT200、HT250、HT300、HT350。
2、可锻铸铁:
适用于公称压力PNC2.5MPa,温度为—30〜300E的水、蒸
汽、空气及油介质,常用牌号有:
KTH300—06、KTH330—08、KTH350—10。
3、球墨铸铁:
适用于PNC4.0MPa,温度为—30〜350E的水、蒸汽、空气及油品等介质。
常用牌号有:
QT40—15、QT45—10、QT500-7。
鉴于目前国内工艺水平,各厂参差不齐,用户又往往不易检验。
根据经验,建议PNC2.5MPa,阀门还是采用钢制阀门为安全。
4、耐酸高硅球墨铸铁:
适用于公称压力PNC0.25MPa,温度低于120C的腐蚀性介质。
5、碳素钢:
适用于公称压力PNC32.0MPa温度为—30〜425C的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。
常用牌号有WC1WCBZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn。
6铜合金:
适用于PNC2.5MPa的水、海水、氧气、空气、油品等介质,以及温度—40〜250C的蒸汽介质,常用牌号为ZCuSn10Zn2锡青铜),H62、Hpb59—1(黄铜)、QAZ1—2、QA1—4(铝青铜)。
7、高温钢:
适用于公称压力PNC17.0MPA温度C570E的蒸汽及石油产品。
常用牌号有ZGCr5Mo,1Cr5M0.ZG20CrMoV,ZG15Gr1Mo1V,12CrMoV,WC6等牌号。
具体选用必须按照阀门压力与温度规范的规定。
8、低温钢,适用于公称压力PNC6.4Mpa,温度》一196°C乙烯,丙烯,液态天然气,液氮等介质,常用牌号)有ZG1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni9
9、不锈耐酸钢,适用于公称压力PNC6.4Mpa、温度C200C硝酸,醋酸等介质,常用牌号有ZG0Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni10<耐硝酸>,ZG0Cr18Ni12Mo2T、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti耐酸和尿素>。
三、阀门常用主体材料
1、碳素钢
1)碳素钢铸件适用于非腐蚀性介质,在某些特定条件下,如在一定范围内的温度,浓度条件下也可用于某些腐蚀性介质。
适用温度-29C~425C。
(常用于水、蒸气、油等非腐蚀介质)
目前国内采用的现行标准是GB12229-89《通用阀门碳素钢铸件技术条件》,材料牌号为WCAWCBWCC该标准是参照美国材料实验协会标准ASTMA216高温用可熔焊碳钢铸件标准规范》制定的。
另外国内还常用ZG230-450ZG25等,常用WC代替。
国外一般都制定了用于阀门主体材料的碳钢铸件标准。
国际上常用的为
ASTMA216/A216M中的WCAWCBWCC其牌号的基本含义是:
W表示可焊接的,C表示为铸造的,A、BC则表示碳素铸钢的强度等级,其中A为较低强度的,B为中等强度的,C为较高强度的。
一般最常用的为中等强度的WCB卑号的可焊接的碳素铸钢。
当强度要求较高时,应采用WCC因为WC(中的Mn的含量较高,对钢的强化作用提高,cs值也随之提高。
2)碳素钢锻件我国根据需要也制定了适用于阀门主体材料要求的碳钢锻件标准。
其常用
的有GB12228和JB472&
制造锻造阀门主要承压件、阀体、阀盖的材料最常用的牌号是GB69《优质碳素钢结构钢技术条件》中的20.25.30.35.40以及25Mn.—般习惯上中压锻钢阀采用25号钢制作承压件,35号40号用于制作PN16.0MpaPN32.0Mpa锻造角式高压阀承压件。
PN14.0Mpa的缩径锻钢阀承压件常用25或25Mn制作。
应注意锻件锻造后必须进行热处理,25号钢(包括25号)以下采用正火处理。
国内阀门主体常用碳钢锻件材料化学成分及力学性能引进装置进入我国后,国外进口的锻造碳素钢阀门如800磅级锻钢阀采用的材料是ASTMA105注意事项:
⑴ASTMA10并不是我国的25号钢或25Mn钢,虽然其主要化学成分相当于我国的25Mn但ASTMA10对其杂质元素CuNi、Cr、MoV、Nb的控制以及CMn的含量的关系都有控制要求。
⑵锻钢阀门是否需要进行材料的力学性能检测是根据产品设计要求决定的,对于低碳钢只要化学成分合格,正火的热处理工艺正确,他的力学性能就是一定的,不象中碳钢和高碳钢可以按淬火后的不同回火温度得到不同的力学性能。
对于锻造高压阀门如PN16.0Mpa.PN32.0Mpa或更高压力的锻钢阀由设计决定采用的材料应达到的机械性能。
根据所要求的机械性能确定回火温度,以达到材料的性能符合设计要求。
ASTMA10为适用于阀门主体材料的碳钢锻件标准。
标准中对材料的化学成
分和力学性能进行了规定,同时还对钢材的冶炼方法,制造要求、热处理方式和化学成分及力学性能的执行标准都作出了规定。
2、普通低温钢
1)低温钢铸件:
一般低温系指小于-29C至-196C范围内。
小于-196C至-269C为超低温范围。
石化企业规定低于-20C就算低温。
一般碳素钢、低合金钢、铁素体钢在低温下韧性急剧下降,脆性上升,这种现象叫材料的冷脆现象。
ASTMA352/352M标准中规定了适用于低温工况条件下阀门主体材料的马氏体和铁素体钢的铸件。
该标准中共有LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC2-1、LC3、LC4LC9和CA6NM等9种低温钢铸件牌号,其适用的低温等级从-32(LCA)〜-196C(LC9)。
钢号中的L表示低温用钢,C表示材料的类型为铸件,后面的A、B、C表示属于碳钢类系列,是按钢适用温度的高低排列,越排后的其力学性能越好、低温性能越好及冲击试验的温度越低,分别是LCA(-32C)>LCB和LCC(-46C)。
虽然LCB与LCC的冲击试验温度都是-46C,但3个试样的平均值和3个试样中的最小值LCC都大于LCB
第3位用阿拉伯数字表示的表明其是属于合金钢类,数字越大表明其低温性能越好,低温冲击试验的温度越低。
分别是LC1(-59C)>LC2和LC2-1(-73C)>LC3(-101C)>LC4(-115C)>LC9(-196C)。
其中常用的LCBLC1、LC2和LC3已被转化为我国的阀门用低温钢铸件标准JB/T7248,按其主要化学元素依次被称为低温碳钢、0.5MO钢、2.5Ni钢、3.5Ni钢。
注:
低温冲击试验
用铁素体钢如LCALCBLCCLC1、LC2LC3制造的低温阀们主要零件特别是铸件,在低温下有明显的低温脆性,在低温下使用时必须达到一定的韧性,在低温下使用必须达到一定的韧性指标才能使用。
因此,这些材料要进行最低使用温度下的冲击试验。
其方法是把试块放在冷却介质中浸15分钟,然后在5秒钟内迅速试验完毕。
冲击试样为夏氏V形缺口冲击试样(10mM10mrh。
上述各种材料的冲击能量指标即为夏氏V形缺口冲击试样(10mm<10mr)i指标。
ASTMA352/A352及JB/T7248中常用低温钢铸件化学成分和力学性能
2)低温钢锻件:
ASTMA350/350I中的LF1、LF2、LF3.JB4727为我国低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件标准,阀门主体材料可以选用。
在该标准中列出了20D16MnD16MnMo、09Mn2VD09MnNiD20MnMoD08MnNiCrMoV和10Ni3MoVD等8种钢号。
4、高温铬钼钢:
高温情况下金属材料的力学性能与常温下的力学性能存在很大差异,其总的特点是温度越高,强度越低。
而且在一定应力的作用下,变形量随着时间的增加而增大。
这种现象就是金属的蠕变现象。
1)高温钢铸件:
ASTMA217/A217中的高温承压用马氏体不锈钢和合金钢铸件适用于高温工况条件的阀门主体材料。
在该标准中共包括1个牌号的马氏体不锈钢和9个牌号的铁素体合金钢,按钢种可分碳钼钢(WC1)镍铬钼钢(WC4WC5)铬钼钢(WC6WC9WC11C5C12)和铬钼钒钢(CA12、CA15)。
钢中的W表示为可焊接性,说明其具有较良好的焊接性能。
C表示为铸钢,后面的数值表示高温合金钢适用工作温度高低的排列顺序。
数值越大,表示其适用温度越高。
以介质为水和蒸气为例。
其可焊性的几种高温钢的最高使用温度分别是:
WC1(W450C)在ASMEB1613中规定,当连接形式采用法兰连接时,使用温度的最高限额为540C,当超过540C时,适用的最高温度只适用于对焊连接的阀门。
在这些钢种及钢的牌号中,使用最广泛的应属铬钼钢中的WC6WC9WC5WC6和WC旷泛应用于电力和热力系统等介质为水和蒸气的高温高压状态中,虽
然这两个钢号我国没有正式转化为国内标准,但在JB/T3595电站阀门的技术条件中,已列入其选用的材料,并对其压力2温度等级做出了具体规定。
C5适用于含S热态石油介质,同时还具有抗氢腐蚀能力,因此广泛应用于石油炼制及乙烯生产含硫介质的高温中。
用于介质为蒸汽和油品的阀门,应有足够的安全可靠性,通常规定的工作温度是WCI6540C,WC9C570,C5<550C。
2)高温钢锻件:
国际上应用于阀门主体材料高温铬钼钢锻件标准最具有代表性的应为
ASTMA182/A182中的低合金钢种。
其中的F11.2级和F11.3级、F22.1级和F22.3级、F5和F5a分别为常用铸件WC6WC爭口C5的变形合金。
5、奥氏体不锈钢:
Cr是决定不锈钢抗腐蚀性的主要元素。
Cr可以使不锈钢在腐蚀介质中产生钝化现象,即表面上形成一层很薄的保护膜。
同时Cr能有效地提高电极电位。
当含Cr量达12.5%时,合金电极电位由负变正,因此不锈钢一般含Cr量均需达13%以上。
钢中含Cr量越高,抗腐蚀性能越好。
此外,Cr对钢的力学性能和工艺性能都有很好的作用。
1)不锈钢铸件:
目前国际上推荐使用的阀门主体材料用不锈钢很多。
ASTMA351/A351中就有20余种,其中大多数为奥氏体不锈钢,最常用的有CF3CF8CF3MCF8M和CF8C等。
其基型为18Cr-8Ni奥氏体不锈钢。
牌号中的C表示为使用温度在650E以下的不锈钢铸件,第2个字母表示不锈钢中含Ni量,其英文字母越靠后,含Ni量越高,F的含Ni量为8.0%〜12.0%,数字代表含C量的最大值(以万分之几表示),后面的M和C等表示在铬镍含量为18-8的基础上添加其他的不同合金元素,M表示Mo,C表示Nb等。
加Me是提高再结晶温度,增加了高温下抗蠕变的性能进而改善其耐热性,加Nb是使Cr的碳化物减少,增加晶间含钼量,提高抗晶间腐蚀的性能。
CF8==304
CF8M==316
CF3=304L
CF3M==316L
口决:
带M的是316型,带3的后面加L。
带L的为低碳型不锈钢,例:
304L比304的碳量要低,主要用防晶间腐蚀场合中。
2)不锈钢锻件:
ASTMA182/A182标准中列出的34种奥氏体不锈钢锻件中,与前面提到的常用5种铸件相对应的变形合金牌号为F304F316、F304L、F316L和F347。
牌号中的F表示制造工艺为锻造或轧制,3表示为奥氏体不锈耐酸钢系列,304为常用的含碳较低的18Cr-8Ni类奥氏体不锈钢(通用型为302),316为304的基础上加Mo用以改善钢的耐热性;后面加L表示为低碳的304或316,用来改善其耐蚀性能。
F347是在F304的基础上加Nb而增加奥氏体化进一步减小晶间腐蚀倾向。
标准中对补焊要求做出了具体规定,如焊条牌号,焊后最低热处理温度等。
在我国的JB4728压力容器用不锈钢锻件标准中,有6种为奥氏体不锈钢,其中前面提到的铸件变形合金有4种,分别为0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2和Cr17Ni14Mo2,而还有一种0Cr18Ni10Ti则与A182/A182M中的F321相当,F321是在F304的基础上加Ti而改善晶间腐蚀倾向,其作用与Nb相同。
四、其它材料
1、17-4PH:
此合金是由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢,具有强度高、硬度高和抗腐蚀等特点。
经过热处理后,机械性能更加好。
2、INCONEIL英科镍):
如:
lnconel800
3、Monel(蒙乃尔):
蒙乃尔的耐蚀性容一般情况下比镍铜更优越,它比纯镍更耐还原性介质的腐蚀,比纯铜耐氧化性介质的腐蚀对硫酸、磷酸、碳的耐蚀性非常好,特别是耐氢氯酸的腐蚀,对热浓碱也有优良的耐腐性。
此外,还耐中性溶液、高温卤素、海水、大气及多种有机化合物的腐蚀。
其典型的成分70%Ni和30%的Cu,
如:
Monel400
4、20号合金:
5、哈氏合金:
2常见零件材料
一、概述
内件是指密封面、阀杆、衬套(上密封座)等,不同的阀类,内件的名称要求也不尽相同。
内件材料的选用原则是根据主体材料的情况,介质特性,结构特点,零件所起的作用以及受力情况综合考虑的。
有些通用阀门标准规定了内件材料。
有的对某种零件规定了几种材料,设计者根据具体情况选用。
国外标准规定的比较细,不仅规定材料还规定硬度,如API600《螺栓和压力密圭寸式阀盖的法兰和对焊连接的钢闸阀》规定Cr13的内件密圭寸面最低硬度HE>250,两密圭寸面间最小硬度差HB50阀杆硬度HB200-275,上密封座硬度HB>250。
有些产品没有标准规定,就要根据具体情况来进行选择。
二、密圭面材料
1、材料:
关闭件的密圭面是阀门的主要工作面之一,选材是否合理以及它的质量状况直接影响阀门的功能。
1)阀门密圭面的工作条件由于阀门用途十分广泛,因此阀门密圭面的工作条件差异很大。
压力可以从真空到超高压,温度可以从-269C到816C、有些工作温度可达1200C。
工作介质从非腐蚀介质到各种酸、碱等强酸腐蚀性介质。
从密圭面的受力情况来看它受挤压、剪切。
从摩擦学的角度来看有摩擦磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损冲蚀等等。
因此,应该根据不同的工作条件选择相应的密圭材料。
a.磨粒磨损这是粗糙的硬表面在软表面上滑动时出现的磨损。
硬材料压入较软的材料表面,在接触表面就会划出一条微小的沟槽,此沟槽所脱落的材料碎屑或疏松粒子的形式被推离物体的表面。
b.腐蚀磨损金属表面腐蚀时产生一层氧化物,这层氧化物通常覆盖在受到腐蚀作用的部位上,这样就能减慢对金属的进一步腐蚀。
但是,如果发生滑动的话,就会清除掉表面的氧化物,使裸露出来的金属表面受到进一步的腐蚀。
C.表面疲劳腐蚀
反复循环加载和卸载会使表面或表面下层产生疲劳裂纹,在表面形成碎片和凹坑,最终导致表面的破坏。
d.冲蚀
材料损坏是由锐利的粒子冲撞物体而产生的。
它与磨粒磨损相似,但表面很粗糙。
e.擦伤:
擦伤是指密封面相对运动的过程中,材料因摩擦引起的破坏能和寿命。
2)对密封面材料的要求
理想的密封面要耐腐蚀、抗擦伤、耐冲蚀、有足够的挤压强度、在高温下有足够的抗氧化性和抗热疲劳性,密封面材料与本体有相近似的线膨胀系数,有良好的焊接性能,加工性能。
上述的这些要求是理想状态,不可能有这样十全十美的材料,因此,选材是要视具体情况解决主要矛盾。
3)密封面材料的种类
常用密封面材料分为两大类,软质材料和硬质材料。
1•软件材料
1
天然橡胶
NRC85
盐类.盐酸.金属的涂层溶液.水.湿氯气.
2
氯丁橡胶
CRC85
动物油植物油无机润滑油及PH值变化很大的腐蚀性泥浆
3
丁基橡胶
IIR<100
抗腐蚀.抗磨损.能耐绝大多数无机酸和酸液
4
丁腈橡胶
NBRC85
水.油品.废液等
5
乙丙橡胶(三元乙丙)
EPDM/EPIW120
盐水.40%硼水.5%〜15%硝酸及氯化钠等
6
氯磺化聚乙烯合成橡胶
CSMC100
耐酸性好
7
硅橡胶
SI<200
耐高温.低温.电绝缘性好.化学惰性大
8
氟橡胶
FPM/VITONC200
耐介质腐蚀优于其他橡胶.抗辐射.耐酸
9
聚四氟乙烯
PTFE/TFEW150
耐热.耐寒性优.耐一般化学药品溶剂和几乎所有液体
10
聚醛乙丙烯
FEP/F46<150
高温下有极好的耐化学性.耐阳光.耐候性
11
可熔性聚四氟乙烯
PFA/Fs-4100w180
多种浓度硫酸.氢氟酸.王水.高温浓硝酸.各种有机酸.强碱
12
对位聚苯
PPLW300
基本同聚四氟乙烯
13
尼龙(聚酰氨)
NYLONS80
耐碱.氨
2•硬材料
硬质材料的密封面主要是各种金属,如铜合金、不锈钢、硬质合金等
⑴铜合金:
JB/T5300《通用阀门材料》中规定的灰铸铁阀、可锻铸铁阀、
球墨铸钢阀的铜合金密封面材料牌号有:
铸铝黄铜ZCuZn25AI6Fe3Mn3铸锰黄
铜ZCuZn38Mn2Pb2铸铝青铜ZCuAL9Mn2ZuAI9Fe4Ni4Mn2.当然还有其他牌号如H64巴氏合金(ZChPbSb16-16-2铝锑轴承合金)等。
铜合金在水或蒸汽中的乃腐蚀性和耐磨性都较好,但强度低不耐氨和氨水腐蚀,适用于介质温度w250C。
但巴氏合金耐氨及氨水腐蚀,熔点低,强度低,适用于温度w70CPN1.6MPa氨
阀。
⑵铬不锈钢
铬不锈钢有较好的耐腐蚀性,常用于水•蒸汽•油品•等非腐蚀性介质,温度w425C的碳素钢阀门。
但耐擦性能较差,特别是在大比压的情况下使用很易擦伤。
试验表明比压在20MPa下耐擦伤较好。
对于高压小口径阀门常采用棒材或锻件,其牌号为1Cr13.2Cr13.3Cr13制作的整体阀瓣.密封面经表面淬火(或整体淬火)其硬度值对2Cr13.HRC41~473Cr13HRC46~5为宜。
国外标准中如API600BS1873中对ASTMA182F6*寸于大口径阀门其密封面往往采用堆焊下面介绍的几种堆焊焊条:
1.堆507符合GBEDCr-AI-15堆焊金属为1铬13半铁素体高铬钢。
焊层有
空淬特性,一般不需热处理,硬度均匀,亦可在750C~800C退火软化。
当加热
至900C~1000C空冷或油淬后可重新硬化。
焊前须将工件预热至300C以上(也有资料介绍不需预热(阀门堆焊技术))。
焊后空冷HRO40,焊后如进行不同热处理可获得相应硬度。
2.堆507钼符合GBEDCr-A2-15堆焊金属为1铬13半铁素体高铬钢。
有空
淬特性,焊前不预热,焊后不处理,焊后空冷HRO37
3.堆577铬锰型阀门堆焊焊条符合GBEDCrMn-C-1焊前不预热,焊后不处
理抗裂性好,HRO28与堆507钼配合使用
说明
(1)507Mo和D577两种焊条是为代替Cr13型焊条堆焊有硬度差的阀门密圭寸面面配套研制的。
D507MC堆焊金属硬度较高,用于闸板;D577堆焊金属硬度较低,用于堆焊阀体或阀座密封面。
两者组成的密封面可获得良好的抗擦伤性能。
(a)堆焊层的高度加工后应在5mm以上保证硬度和成分稳定。
(b)堆焊要按焊接工艺规定操作,焊接电流不可过大,以防止焊条成分发生变化影响焊接质量。
(3)硬质合金硬质合金中最常用的是钴基硬质合金,也称钴铬钨硬质合金。
它的特点是
耐腐蚀、耐磨、抗擦伤、特别是红硬性好,即在高温下也能保持足够的硬度,此外加工工艺性适中,其许用比压8.0MPa~10.0MPa适用温度范围-196C~650C特殊结合可达816C。
但是,它在硫酸,高温盐酸中不耐腐蚀,在一些氯化物中不耐腐。
常用牌号:
STELLITEN0.6符合AWSECoCr-AGBEDCoCr-A也相当D802(堆802)焊前根据工件大进行250C~400C预热。
焊时控制层间温度250C,焊后600C~750C保温1~2小时后随炉缓冷或将工件置于干燥和预热的沙缸或草灰中缓冷。
其它牌号:
STELLITENO.12符合AWSECoCr-BGBEDCr-B-0也相当堆812,焊后HRO41以上两种是钻基硬质合金电焊条,钻基硬质合金还有焊丝,可以进行氧一乙炔堆焊或钨极氩弧焊牌号:
STELLITENO.&旱丝符合AWSRCoCr-A也相当HS111,常温硬度HRC40~46STELLITENO.12符合AWSECoCr-B也相当HS112常温硬度HRC44~5Q
硬质合金(钻基)焊接都对工件预热,焊时控制层间温度,焊后处理,要根据焊接工艺焊条说明书施焊。
(4)等离子喷焊密圭面等离子喷焊用的是合金粉末,类型有铁基合金粉末,镍基合金粉末和钻基
合金粉末。
喷焊有许多优点,省材料,质量好,但需要大的设备投资。
(5)表面处理后作密圭面。
有些阀类的关闭件不能堆焊如球阀的球体。
如果是Cr不锈钢制的球体可通
过热处理来提高表面硬度,如果是奥氏体钢制作的球体由于其表面很软就要用表面处理的方法来提高表面硬度,在提高硬度的同时还要考虑处理后表面的耐腐蚀。
常用的表面处理办法有:
镀硬铬、化学镀镍、镀镍磷合金、氮化、多元复合氮化等。
(1)不锈钢密封面
不锈钢密封面大多为本体材料做