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商品详细描述
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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P和ZG1Cr18Ni12Mo2Ti材料代号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铸钢牌号为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。
关于不锈铸钢使用中的注意事项:
1GB 12230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。
2GB 12230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ASTM A351,而ASTM A351中也没提到晶间腐蚀检验问题,这是因为ASTM A351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ASTM A744《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。GB 2100中关于晶间腐蚀检验是按合同规定。
3晶间腐蚀检验:
晶间腐蚀检验用的试片是个80×18×3长×宽×厚上下两平面磨至的薄片。
敏化:将试片在650℃下加热、保温2小时压力加工件或1小时铸件空冷。之所以在650℃加热是因为奥氏体不锈钢在500~700℃碳化铬最易沿晶界折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°锻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≤0.03或添加了稳定化元素Ti、Nb以及0.03≤C≤0.08不含稳定化元素用于焊接的奥氏体铬—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?
含碳量大于0.03不含稳定化元素的奥氏体铬—镍不锈钢若不作焊接件可不敏化。
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、ZG2Cr13、CA15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,ASTM A217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℃加热保后水淬,其作用是消除焊接应力、恢复冲击值勒性、改善耐蚀性。
1℃=°F-32×5/9
6含碳量≤0.03的超低碳不锈铸钢的温度限制
CF3≤
7含碳量≥0.03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GB 1220《不锈钢棒》常用牌号为:1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2锻件的牌号与棒材相同,执行标准为JB 4728《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ASTM A276《不锈钢与耐热钢棒材和型材》和ASTM A182《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ASTM A276 304、304L、316、316L
常用锻材牌号为ASTM A182 F304、F304L、F316、F316L
关于不锈钢棒材和锻材使用中的注意事项
1ASTM A276 304不等于ASTM A182 F304。304含Ni 8.0~10.5%,F304含Ni 8~11%。
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
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
3GB 1220《不锈钢棒》中有一种牌号Y1Cr18Ni9含C≤0.15含S≤0.15这是一种易切削钢和1Cr18Ni9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铸钢
三、高温阀用钢
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煤油厂催化系统,介质为有硫化物氢腐蚀的石油介质的阀门。
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:
1ZB J 98015-89《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 ≤
ZG20CrMoV ≤
ZG15Cr1Mo1V ≤
2JB/T 5263-91《电站阀门铸钢件技术条件》材料牌号为WC10.5Mo、WC61Cr-0.5Mo、WC92.5Cr-1Mo这三个牌号来自ASTM A217《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ANST B16.34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 ℃
ANSI B16.34
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
WC6、WC9在
2. 用于炼厂催化系统工作温度≤550℃的铸钢材料
这种阀门过去习惯上都叫铬5钼阀。可是铸钢铬5钼这个牌号的铸钢既无国家标准也无专业标准。长期以来各阀门制造厂均参照原苏联标准来制订自己的工厂标准。其牌号为ZGCr5Mo,其含碳量为0.15~0.25%。因此实际牌号应定为ZG2Cr5Mo,阀门设计手册给出的牌号就是ZG2Cr5Mo。中石化在制订SH 3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》标准时参照JIS G5151中的SCPH61、BS3100中的B5、ASTM A217中的C5以及我国GB 1221中1Cr5Mo的化学成份将这种材料订为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ASTM A217 C5从成份上看相当铸钢1铬5钼。笔者建议采用ASTM A217 C5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产生铸造裂纹,焊接时,热影响区会出现马氏体组织而产生明显的脆化,所以该钢种焊前需予热,焊后要热处理,一般予热温度300~400℃焊后处理温度740~760℃。
ASTM A
3. 高温阀主体材料的棒材或锻材
对应ASTM A217 C5的锻材是ASTM A182 F5 GB 1221 1Cr5Mo
对应ASTM A217 WC6的锻材是ASTM A182 F11 GB 3077 15CrMo
对应ASTM A217 WC9的锻材是ASTM A182 F22 GB 3077 12Cr1MoV
对应ZG20CrMo的棒材或锻材是GB 3077 20CrMo
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。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漏的原因。因此,要研究各部位的材料、结构、防止低温时产生间隙。
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、11.5万吨/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年才制订了机械工业行业标准JB/T 7248-94《阀门用低温铸钢件技术条件》1995年制订了JB/T 7749-1995《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ASTM A352/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:
ASTM A352
类型 C钢 C钢 C-Mn钢 C-Mo 21/2Ni钢 Ni-Cr 31/2Ni 41/2Ni
WCA WCB WCC 钢WC1 Mo钢 钢 钢
钢号 LCA LCB LCC LC1 LC2 LC2-1 LC3 LC4
C
Si 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.50 0.60 0.60
Mn
P 0.04 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
S 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045
Ni … … … … 2.00-3.00 2.50-3.50 3.00-4.00 400-5.00
Cr … … … … … 1.35-1.85 … …
Mo … … … 0.45-0.65 … 0.30-0.60 … …
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
抗拉强度Bδb 屈服强度δ0.2 延伸率δ
合 金 ksiMPa ksi,MPa 2in50 断面 收缩
mm时% 率ψ%
类 型 钢号 热处理A 最小值 最小值 最小值最小值
C LCA NT/QT 60-85 415-58530205 24 35
C LCB NT/QT 65-90 450-62035240 24 35
C-Mn LCC NT/QT 70-95 485-65540275 22 35
C-Mo LC1 NT/QT 65-90 450-62035240 24 35
2.5Ni LC2 NT/QT 70-95 485-65540275 24 35
NiCrMo LC2-1 NT/QT 105-130 725-89530550 18 30
3.5Ni LC3 NT/QT 70-95 485-65540275 24 35
4.5Ni LC4 NT/QT 70-95 485-65540275 24 35
A、QT = 淬火 + 回火 B、强度要求除给出范围者外均为最小值
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 试验温度 冲击能量 单试样
截面尺寸 两试样为最 的最小
inmm °F ℃ 小值三试样 冲击
为最小平均值 能量
C LCA NT/QT — — -25-32 1318 1014
C LCB NT/QT — — -50-46 1318 1014
C-Mn LCC NT/QT — — -50-46 1520 1216
C-Mo LC1 NT/QT — — -75-59 1318 1014
2.5Ni LC2 NT/QT — — -100-73 1520 1216
NiCrMo LC2-1 NT/QT — — -100-73 3041 2534
3.5Ni LC3 NT/QT — — -150-101 1520 1216
4.5Ni LC4 NT/QT — — -175-115 1520 1216
A、在一些钢中,淬透性和残余元素主要是磷和硫可能限制了能达到表中冲击能的最大截面尺寸。
B、QT = 淬火 + 回火 NT = 正火 + 回火 NT/QT表示QT和NT均可
C、要求将由供需双方协议确定
各种材料的最低使用温度就是表中的试验温度。
低于-101~-196℃常用奥氏体钢,如CF8、CF8M,目前笔者没有找到CF8、CF8M在-196℃下的冲击试验的指标,但我国JB/T 7749-94《低温阀门技术条件》中作出了规定。内容为:奥氏体不锈钢铸件的化学成分和力学性能应按GB 12230规定,且冲击试验结果为:
试验温度 三个试样中一个试样最小值 三个试样最小平均值
-196℃ 10~20 N·mJ 20~27 N·mJ
低温锻钢的材料标准是ASTM A350/A350M《要求冲击韧性试验的管件用碳钢及低合金钢锻件标准规范》,其中最常见的三个钢种是LF1、LF2、LF3其低温冲击韧性试验要求如下:
钢 种
试验温度°F℃
三个试样所需
最小平均冲击能量ft-1bfJ
每组一个试样允许
最小冲击能量值
低于-101℃~196℃所使用的棒材或锻材一般采用ASTM A276 304、316棒材或ASTM A182 F304、F316。
b. 国内标准的阀用低温钢
国内低温阀门铸钢件标准为JB/T 7248《阀门用低温铸钢件技术条件》该标准中只列了四种钢号:LCB、LC1、LC2和LC3,其要求完全和ASTM A352相同。
棒材和锻材我国还没有低温阀门用的碳钢及低合金钢锻件和棒材标准规范。
2. 对于低温阀门用钢需要说明或注意的问题
a. LCA、LCB、LCC和WCA、WCB、WCC的化学成分相同,但使用的温度范围不同
WCB:-29~425℃ WCC:-29~425℃
LCB:-46~345℃ LCC:-46~370℃
要注意的是化学成分相同并不是一种钢,LCB是要求低温冲击的钢它和WCB的标准化学成分相同但要达到规定的低温性能必须在化学成分上控制和通过热处理来达到,如果用WCB钢当LCB钢用则会造成事故。如果在-46℃作低温冲击试验WCB钢只能达到4焦耳,而LCB能达到14焦耳单个试样最小。
b. 3.5Ni钢LC3、LF3的焊接:
3.5Ni钢在最初研制时是作为-101℃以上的温度范围使用的。日本从经济观点出发,多用于-104℃沸点的液化乙烯装置上。为此,焊接材料的选用和施焊方法显得更为重要。
c. 根据ASME/ANSI B31.5规定,下列材料可不作深冷处理。
1铝、304或CF8、304L或CF3、316或CF8M和321奥氏体钢、铜、柴铜、铜镍合金和镍铜合金;
2用于温度高于-45℃的A193 B7级螺栓材料;
3用于温度高于-101℃的A320 LT、L10级、温度高于-143℃的A320、L9级的螺栓材料;ASTM A320-93中已无L9、L10级
d. 低温冲击试验
用铁素体钢如LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC3制造的低温阀门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10mm×10mm。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×10mm指标。
e. 深冷处理
定义:将零件浸入低温液氮箱中保温一定时间,以减少其由于温差和金相组织改变而产生的变形,从而提高阀门在低温时的密封性能的一种处理方法。
奥氏体不锈钢在马氏体转变温度时,部分奥氏体变成马氏体而引起体积变化导致零件变形是阀门密封面泄漏的一个重要原因。此外,由于温度降低时零件产生冷缩和温差应力引起阀门零件不规则的变形也是引起低温泄漏的一个原因。为此,零件在精加工前如密封面研磨前对主要零件如阀体、阀盖、闸板阀瓣、阀杆紧固件等进行低于工作温度下的深冷处理。
一般规定,在101℃以下使用的阀门主要零件在精加工前要进深冷处理。但如果用户要求时,高于-101℃工作的低温阀门零件也要进行深冷处理。
深冷处理方法:将要处理的零件浸放在液氮箱内进行冷却,当零件温度达到-196℃时,开始保温1~2小时,然后取出箱外自然处理到常温,重复循环两次。
第二节 内件材料
内件是指密封面、阀焊、衬套上密封座以及内部小零件不同的阀类,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。有些通用阀门标准已规定了内件材料,有的对某种零件规定了几种材料让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API 600《栓接和压力密封式阀盖的法兰和对焊连接的钢闸阀》规定Cr13的内件密封面最低硬度HB≥250两密封面间最小硬度差HB 50,阀杆硬度HB 200~275,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则。
一、密封面材料阀门关闭件密封面
关闭件的密封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和寿命。
1. 阀门密封面的工作条件
由于阀门用途十分广泛,因此阀门密封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-269到816℃,有些工作温度可达1200℃。工作介质从非腐蚀介质到各种酸碱、等强腐蚀性介质。从密封面的受力情况来看它受挤压、剪切。从磨擦学的角度来看有磨拉磨损、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适应的密封面材料。
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以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. 表面疲劳磨损
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
材料损环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。
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。
软质材料为各种橡胶、尼龙、氟塑料等。见表2-1
表2-1
注:1表中的适用温度范围是这类产品的一般范围,每种产品都有多种牌号,适用温度也不尽相同。此外,使用场合不同推荐的使用温度范围也不同。
2表中的名称是这类材料的统称,每种都有几个牌号,性能也不一样如尼龙就有尼龙1010、尼龙6、尼龙66等等。丁腈橡胶有丁腈18、丁腈26、丁腈40等,选用时要注意不同牌号的性能。
3氟塑料具有冷流倾向,即应力达到一定值时开始流动,例如聚四氟乙烯如果在结构上没有考虑保护措施,在一定应力下即会流动、失效。
4表中的推荐适用的介质范围
也是拢统的,应用时要查这些材料与某种介质的相容性数据。
b. 硬
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