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阀体阀盖和闸板阀瓣的材质

阀体、阀盖和闸板（阀瓣）的材料

阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门的主要零件之一，直接承受介质压力。

其中阀体、阀盖是承压件，闸板（阀瓣）是控压件。

承压件的定义是：

一旦它们被破坏，其所包容的介质或流体会释放到大气中的零件。

因此，所用的材料必须具有能在规定介质温度和压力作用下达到的机械性能和良好的冷、热加工工艺性。

大多数阀门的阀体、阀盖和闸板（阀瓣）形状都比较复杂，因此一般采用铸件较多。

只有某些小口径或特殊工况要求的阀门采用锻件。

一、碳素钢

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-29~425℃

1、碳素铸钢

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》，材较牌号为WCA、WCB、WCC。

该标准是参照美国材料试验协会标准ASTMA216-77《高温用可熔焊碳钢铸件标准规范》制定的。

这个标准至少已修改过两次，而我们GB12229-89仍在使用，目前见到的较新的版本是ASTMA216-2001。

它与ASTMA216-77的区别（也即与GB12229-89的区别）在于以下三个方面。

A：

2001年的标准对WCB钢增加了一条规定，即含碳量最大限值每低0.01%含猛量最大限值可增加0.10%直到最大值为1.28%.

WCA、WCB、WCC三个牌号的杂质元素Cu：

77年为0.40%,2001修改为0.50%;Mo:

77年为0.25%,2001年修改为0.20%.

杂质元素的总含应≤1.0%,2001年加上了当有碳当量要求时此条不适用,并规定三个牌号的碳当量最大值为0.5以及碳当量的计算式。

注意事项:

合格的铸件必须是化学成份合格,力学性能也合格,并且全面达到标准要求，特别是杂质元素的控制,否则将影响焊接性能。

B：

标准中规定的化学成份是最大值。

在制造过程中为了获得良好的焊接性能又能达到标准中规定的力学性能必须制订化学成分的内控制标准和对铸件、试棒进行正确的热处理。

否则制造不出合格的铸件。

例如WCB钢的含碳量标准规定≤“出口”，有的外商会提出含碳量的控制要求。

C：

关于碳素钢阀门的温度范围

（a）JB/T5300-91<通用阀的材料>规定碳钢制阀门的适用温度为-30℃至450℃.

（b）SH3064-9《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》规定碳素钢制阀的适用温度为-20℃至425℃（使用下限规定为-20℃是为了与GB150钢制压力容器统一）

（c）ANSIB16·34《法兰和对焊端阀门》压力——温度额定值基准中规定WCBA105（碳素钢）适用温度范围为-29℃至425℃，不允许在425℃以上长期使用。

固碳素钢在425℃以上有石墨化倾向。

2、碳素钢锻材

JB/T7746——95《缩径锻钢阀门》执行GB12228-89《通用阀门碳素钢锻件技术条件》。

JB/T450——92《PN16.0~32.0MPa锻造角式高压阀门、管件、紧固件技术条件》中执行的JB755——85《压力容器技术条件》已废止，由JB4726——94《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》代替。

阀门主要承压件、阀体、阀盖的材料最常用的牌号是GB699《优质碳素结构钢技术条件》中的20、25、30、35、40以及25Mm。

a2.0MPa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号钢以下包括25号采用正火处理。

30、35、40根据产品设计需要的力学性能采用正火或调质处理。

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ASTMA10《管道部件用碳钢锻件》；

其主要化学成分（%）CMnSiPS

≤0.350.60~1.05≤≤≤0.05

力学性能：

Ob（Mpa）Os（Mpa）￡%￥%HB

≥485≥250≥22≥30≤187

注意事项：

A：

ASTMA105并不是我国的25号钢或25Mn,虽然其主要化学成分相当于我国的25Mn，但ASTMA105对其杂质元素Cu、Ni、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的关系都有控制要求。

B：

锻钢阀门是否还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份合格，正火的热处理工艺正确的，他的力学性能就是一定的，不像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.

二、不锈钢

常用的不锈钢是奥氏体不锈钢，用于腐蚀性介适用温度范围极广，低温可用于-269℃（液氦），高温可达816℃，常用的温度范围为-196℃（液氮）至650℃

奥氏体不锈钢的耐蚀性是相对的，不是什么样的腐蚀介质它都能承受。

金属的腐蚀现象或所谓的耐腐蚀性是根据腐蚀性介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境条件，以及金属本身的性质、即含有成分、加工性、热处理等诸因素的差异而分成有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。

例如不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，可是因为腐蚀环境或使用条件的不同，也可能发生意想不到的腐蚀破坏事故。

因此，应充分地了解腐蚀介质和耐腐蚀材料，才能选择合适的耐腐蚀材料。

金属的腐蚀形态可分为两大类：

均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀，均匀（全面）腐蚀包括全面成膜腐蚀和无膜腐蚀。

全面成膜腐蚀：

腐蚀在金属的全部或大部面积上进行，而且生成保护膜，

具有保护性。

例如：

碳素钢在稀硫酸中腐蚀很快，当硫酸浓度大于50%时，腐

蚀率达到最大值，此候浓度再继续增大腐蚀率反而下降。

这是由于浓硫酸的强氧化性，在铁的表面生成一层组织致密的钝化膜，这种钝化膜不溶于浓硫酸，从而起到了阴碍腐蚀作用。

无膜腐蚀：

无膜全面腐蚀很危险，因为它保持一定速度全面进行。

局部腐蚀：

局部腐蚀的形态有十三种如缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀等等。

据调查，化工装置中局部腐蚀约占70%。

在诸多局部腐蚀的形态中与阀门制造有关且常见的是晶间腐蚀。

一般对均匀腐蚀的程度用腐蚀率表示。

但如何评价则有不同规定。

按石油化工企业管道设计器材选用通则》规定，介质对金属材料的腐蚀速率，管道金属材料的耐腐蚀能力可分为下列四类：

年腐蚀速率不超过mm的材料为充分耐腐蚀材料;

年腐蚀速率在0.05~的材料为耐腐材料:

年腐蚀速率0.1~的材料为尚耐腐蚀性材料;

年腐蚀速率超过的材料为不耐腐蚀材料的.

《腐蚀数据手册》对均匀（全面）腐蚀的耐腐蚀性用均匀腐蚀来评价，如表1所示。

表1耐蚀性能的评价

腐蚀率mm/a

评价

＜0．05

0．05~0.5

优良

良好

可用,但腐蚀较重

不适用，腐蚀严重

据《金属防腐蚀手册》（中国腐蚀与防护学会）规定如表2所示。

表2金属材料耐腐蚀性的10级标准

耐蚀等级

腐蚀率mm/a

＜0．001

0．001～

0.005～

5.0～10

＞10

耐蚀性类别

完全耐蚀

很耐蚀

耐蚀

尚耐蚀

欠耐蚀

不耐蚀

按日本《配管》《装置用配管材料及其选定法》规定如表3所示。

表3耐蚀性能的评价

腐蚀率，mm/a

评价

0．05

可充分使用

可使用

尽量不要使用

不使用

晶间腐蚀:

局部地沿着结晶粒子边界向深度方向腐蚀的形式称晶间腐蚀。

这种腐蚀，外表看不出腐蚀迹象。

严重的晶间腐蚀可以穿过整个机体厚度。

产生晶间腐蚀的原因是由于沿晶粒边界析出碳化Cr23C6或FeCr化合物——称O相使晶界周围贫铬，在适合的腐蚀介质（产生晶间腐蚀的介质）中，就形成碳化铬（阴极）——贫铬区（阳极）电池。

使晶界贫铬区产生腐蚀。

由上述可看出晶间腐蚀是有条件的。

其内因是必须有碳化铬或O相沿晶界析出使晶界贫铬。

其外因是必须有腐蚀贫铬区的介质。

水和一些中性溶液并不腐蚀贫铬区，所以即使存在贫铬区也不会产生晶间腐蚀。

如果晶界不贫铬，即使有产生晶间腐蚀的介质也不会产生晶间腐蚀。

所以产生晶间腐蚀的内因、外因缺一不可。

产生贫铬的原因：

一是钢水化学成分不合格，如碳高、铬低或仿钛、铌的不锈钢中碳钛比或碳铌比不够。

二是热处理工艺不正确或焊接或加工时加热至碳化物析出温度，而在900℃至400℃冷却速充不够快而析出碳化物造成贫铬。

控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法：

（1）执行正确的热处工艺将钢加热至1100℃水淬（急冷）使碳化物向固融体中溶解；

（2）加入固定碳的元素钛或铌：

（3）采用含碳量≤0.03的超低碳不锈钢。

奥氏体不锈钢作高温钢用：

高温是指温度超过350℃以上。

高温用钢是指在高温下具有较高强度的钢材。

在石油化工装置里，高温并伴有腐蚀的场合就必须使用既耐高温又耐腐蚀的材料。

不锈钢18Cr

—8Ni～25Cr--20Ni的高温强度高，特别是18—8Ti18—8Mb等合金元素影响更为优越。

一般在没有耐腐蚀性问题的场合，在规定范围内，含碳量高的不锈钢，其高温强度也高。

若在18—8钢内添加Mo、Nb、Ti、Mo可强基体，Nb、Ti则形成碳化物，从而可改善高温强度。

具体什么牌号的不锈钢最高使用温度多少要查材料的温压表。

1、不锈铸钢

制造阀体、阀盖、闸板（阀瓣）当采用铸件时常用的铸钢牌号为GB12230《通用阀门奥氏体铸钢技术条件》和GB2100《不锈钢耐酸铸件技术条件》中的ZGOOCr18Ni10、ZGOCr18Ni9、ZG1Cr18Ni9、ZGOCr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、ZGoCr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti；GB2100中的ZG1Cr13、ZG2Cr13、ASTMA217《高温承压件用马氏体不锈钢和合金钢铸件标准规范》中的CA15（相当我国ZG1Cr13）以及GB12230中的CF3、CF8、CF3M、CF8M、CF8C（这五个牌号选自ASTMA351《承压件用奥氏体、奥氏体一铁素体（双相）钢铸件标准规范》）

60年代初至70年代末我国的不锈钢阀的牌号只有两个，而且这两个牌号一直延用至今，即ZG1Cr18Ni9Ti（材料代号为P）和ZG1Cr18Ni12Mo2Ti（材料代号为R），引进装置出现后，CF3、CF8、CF3M、CF8M才在阀门制造中使用。

目前不锈钢阀最常用的不锈钢牌号为ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF8、CF3M、CF8M,此外，ZG1Cr13、ZG2Cr13和CA15一般只作关闭件（闸板或阀瓣）用。

关于不锈钢使用中的注意事项；

（1）GB12230不适用于带焊接法兰的铸件，该标准中并没有说明为什么不适用，笔者认为主要是该标准中没有涉及有关焊接法兰铸件应有的有关焊接件的技术要求，焊接热处理等条款。

（2）GB12230中没有提到晶间腐蚀检验问题，该标准中的CF3、CF8、CF3M、CF8M、CF8C来自ASTMA351，而ASTMA351中也没有提到晶间腐蚀检验问题，这是因为ASTMA351中的钢号没有或不适于恶劣的腐蚀环境。

美国标准分的很细，在恶劣条件下使用的不锈钢另有标准，即ASTMA744《恶劣条件下用耐蚀铁、铬、镍铸件标准规范》，在这个标准中就规定了CF3、CF3M、CF8C要在敏化试片上作晶间腐蚀检验，其余牌号的铬—镍不锈钢在交

货产品的试样上作晶间腐蚀检验。

GB2100中关于晶间腐检验是按合同规定。

（3）间腐蚀检验：

晶间腐蚀检验用的试片是个80×18×3（长×宽×厚）上下两面平面磨至的薄片。

敏化：

将试片在650℃加热、保温2小时（压力加工件）或1小时（铸件）空冷。

之所以在650℃下加热是因为奥氏体不锈钢在500～700℃碳化铬最易沿晶界析出造成晶界贫铬从而在产生晶间腐蚀的介质中产生晶间腐蚀。

交货产品试片：

即试片经固溶处理，实际上是和铸件一同处理的试样上取下来的试片。

判别：

试片在酸中浸泡后弯曲90°（铸件）或180°（铸件）若有裂纹则不合格,不合格时铸件要重新热处理,但重复处理的次数不超过两次.

什么情况下要在敏化试片上作晶间腐蚀检验?

含碳量≤≤C≤—镍不锈钢要在敏化试片上进行晶间腐蚀检验。

因为不敏化不易发现晶间腐蚀倾向。

什么情况下可不敏化？

—镍不锈钢若不作焊接接件可不敏化。

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题是很严重的问题，因此，一定要根据客户要求，执

行标准来生产。

（4）使用马氏体不锈钢铸件时一定要进行正确的热处理，马氏体不锈钢ZG1Cr13、ZG2Cr13CA15如果不作热处理一摔就碎，很脆，特别作止回阀阀瓣不处理很容易破坏，处理的方法可以退火，然后密封面高频淬火；也可以调质。

调质即淬火后高温回火，ASTMA217规定CA15的最低回火温度为595℃。

（5）奥氏体铬—镍不锈钢采用固溶处理即1100℃加热保温后水淬，其作用的去除焊接应力，回复冲进值（勒性）、改善耐蚀性。

（6）含碳量≤%的超低碳不锈铸钢的温度限制:

CF3≤800℉（℃）CF3M≤858℉（℃）

（7）含碳量≥%的不锈铸钢的最高使用温度按温压表确定。

2不锈钢棒材和锻件

国内牌号的不锈钢棒执行标准是GB1220《不锈钢棒》常用牌号为：

1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、oCr18Ni9、ooCr19Ni10、oCr17Ni12Mo2、ooCr17Ni14Mo2、锻件的牌号与棒材相同，执行标准为JB4728《压力容器用不锈钢锻件》。

美国牌号的不锈钢棒材和锻材分别执行ASTMA276《不锈与耐用热钢棒材和型材》和ASTMA182《高温用锻制或轧制合金钢法兰、锻制管件、阀门和部件》。

常用棒材牌号为ASTMA276304304L316316L

常用锻材牌号为ASTMA182F304F304LF316F316L

关于不锈钢棒材和锻材使用中的注意事项：

（1）ASTMA276304不等于ASTMA182F304。

304含Ni8.0～10.5%F304含Ni8～11%。

304L不等于F304L304L含碳≤0.03含Ni8～12%,F304L含碳≤0.035含Ni8～13%

316L不等于F316L,316L含碳≤0.03含Ni10～14%,F316L含碳≤0.035含Ni10～15%

（2）不要认为铸材与相应牌号的棒材化学成份是相同的。

例如：

316L含Cr量16～18%含Ni量10～14%

CF3M含Cr量17～21%，含Ni量9～13%

316含Cr量16～18%含Ni量10～14%

CF8M含Cr量18～21%含Ni量9～12%

304含Cr量18～20%含Ni量8～10.5%

CF8含Cr量18～21%含Ni量8～11%

304L含Cr量18～20%含Ni量8～12%

CF3含Cr量17～21%含Ni量8～12%

由以上看出如果用316或316L重熔变成CF8或CF8M往往Cr含量不够.

（3）GB1220《不锈钢棒》中有一种牌号Y1Cr18Ni9含C≤≤0.15这是一种易切削钢,各1Cr18Ni19是不一样的,前者不能用于耐酸的场合.

（4）其余注意事项同不锈钢

这里说的高温阀是指用于火力发电,介质为高温、高压蒸汽的阀门和用于炼油厂催化系统，介质为有硫化物氢腐蚀的石油介质阀门。

1、用于高温、高压蒸汽的阀门主体的铸钢材料采用以下两个标准：

（1）ZBJ9805—89《锅炉管道附件承压件技术条件》，材料牌号如下：

材料牌号适用温度范围

ZG20CrMo≤510℃

ZG20CrMoV≤540℃

ZG15Cr1Mo1V≤570℃

（2）JB/T5263—）—1Mo）这三个牌号来自ASTMA217《高温承压件用马氏体不锈钢和合金钢铸件标准规范》。

这三种钢的适用温度范围从ANSIB16.34温压表中查得的结果以及各阀门制造厂根据自己产品的特点和使用场合推荐的使用温度限制列于下表:

牌号

推荐适用温度范围℃

美国费希尔

日本岗野

国内某厂

WC6

593

450～540以下

552

WC9

593

540～580以下

593

WC1

455

425～450以下

454

注:

WC1在468℃以上温度区域使用时要考虑高温下石墨化的可能性

WC6WC9在℃以上区域要考虑生成氧化皮的可能性

2、用于炼催化系统工作温度≤550℃的铸钢材料。

～ZG2Cr5Mo,中石化在制订SH3064—94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》标准时参照JISG5151中的SCPH61、BS3100中的B5、ASTMA217中的C5以及我国GB1221中的1Cr5Mo的化学成份特为这种材料订为ZG1Cr5Mo，但同样只有个牌号并无标准规定它的化学成份、力学性能、热处理规范等等。

70年代末引进装置中这类阀门的材料为ASTMA217C5，从成份上看相当铸钢1铬5钼。

笔者建议采用

ASTMA217C5来制造这类阀门。

上述的钢号也叫5铬0.5钼钢。

这种钢具有良好的抗石油裂化过程介质腐蚀的性能。

对含有硫化物的热石油介质耐蚀性良好，有抗氢腐蚀的能力。

并有良好的热强性。

该钢种工艺性能较差易发生铸造裂纹，焊接时，热影响区会出现马氏体组织而产生明显的脆化，所以该种焊前需预热，焊后要热处理，一般预热温度300～400℃焊后处理温度740～760℃。

ASTMA217C5适用温度≤593℃

2、高温阀主体材料的棒材或锻材

对应ASTMA217C5的锻材是ASTMA182F5，GB12211Cr5M,

对应ASTMA217WC6的锻材是ASTMA182F11，GB307715CrMo

对应ASTMA217WC9的锻材是ASTMA182F22，GB307712Cr1Mo1V

对应ZG20CrMo的棒材或锻材是GB307720CrMo

注意：

对应的GB牌号只是相当但不等于主体材料的代用要经用户同意。

四、低温阀门用钢

一般低温系指小于-29至-196℃范围内。

小于-196～269℃为超低温范围。

石化企业规定低于-20℃就算低温。

一般碳素钢、低合金钢、铁素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。

为了保证材料的使用性能，不仅要求材料在常温时有足够的强度、韧性、加工性能以及良好的焊接性能，而且要求材料在低温下也具有抗脆化的能力。

另外材料在低温时会有发生收缩，各个零件收缩率不同是至使某些密封部位发生泄露的原因。

因此，要研究各部位的材料、结构、防止低温时产生间隙。

几种常用气体的液化温度（一个大气压下的沸点）

液化气体

沸点℃

液化气体

沸点℃

氨

液化天然气

-160

丙烷

-45

甲烷

-163

丙烯

氧

-183

硫化碳酰

-50

氩

-186

硫化氢

氟

-187

二氧化碳

氮

乙炔

-84

氖

-246

乙烷

氘

乙烯

-104

氢

氪

-151

氦

-269

在引进装置进入我国以前的六十至七十年代间制作低温阀门的材料也就是铜合金、不锈钢也没有低温阀门用钢标准。

1976年行业上第一次召开了低温阀门的交流会，了解了30万吨/年、115万吨/年乙烯工程低温阀门要求，材料等情况。

国家“七五”重大装备攻关项目中就列有低温阀门，直到1994年才制定了机械工

业行业标准JB/T7248—94《阀门用低温铸件技术》，1995年制定了JB/T7749—1995《低温阀门技术条件》。

到目前为止真正能按要求作出低温阀门的厂家也不多。

1、低温阀门主体材料用钢（铸钢和锻材）

a、首先介绍国外标准：

低温铸钢的材料标准是ASTMA352/A352M《低温承压件用铁素体和马氏体铸钢件标准规范》。

其类型、钢号、性能如下：

ASTMA352

类型

C钢WCA

C钢WCB

C-Mn钢

WCB

C-Mo钢WC1

21/2Ni钢

Ni-CrMo钢

31/2Ni钢

4琴1/2Ni钢

钢号

LCA

LCB

LCC

LC1

LC2

LC2-1

LC3

LC4

…

A、在规定的最大含碳量以下，碳每降低0.01%,允许锰含量比规定的上限增加0.04%。

但LCA最大锰含量为1.10%,LCC最大锰含量为1.40%

A352

合金

类型

钢号

热处理A

抗拉强obKsi（Mpa）

si（Mpa）

延伸率§2in（somm%

断面收缩率ψ%

（最小值）

LCA

NT/QT

60-85（415-585）

30（205）

LCB

NT/QT

65-90（450-620）

35（240）

C-Mn

LCC

NT/QT

70-95（485-655）

40（275）

C-Mo

LCI

NT/QT

65-90（450-620）

35（240）

LC2

NT/QT

70-95（485-655）

40（275）

NiCrMo

LC2-1

NT/QT

105-130（485-655）

30（5500

LC3

NT/QT

70-95（485-655）

40（275）

LC4

NT/QT

70-95（485-655）

40（275）

A、QT=淬火+回火B、强度要求除给出范围者外均匀为最小值

NT=正火+回火NT/QT表示NT和QT均可

A352

合金

类型

钢号

热处理B

最大有效截面尺寸in（mm）

实验温度

℉（℃）

冲击能量（两样为最小值三试样为最小平均值）ft-1b（J）

单试样的最小冲击能量ft-1b（J）

LCA

NT/QT

——

-25（-32）

13（18）

10（14）

LCB

NT/QT

——

-50（-46）

13（18）

10（14）

C-Mn

LCC

NT/QT

——

-50（-46）

15（20）

12（16）

C-Mo

LCI

NT/QT

——

-75（-59）

13（18）

10（14）

LC2

NT/QT

——

-100（-73）

15（20）

12（16）

NiCrMo

LC2-1

NT/QT

——

-100（-73）

30（41）

25（34）

LC3

NT/QT

——

-150（-101）

15（20）

12（16）

LC4

NT/QT

——

-175（-115）

15（20）

12（16）

A、在一些钢中，淬透性

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