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材質在調節閥中的應用
發布時間: 18年07月20日 被閱覽數: 次 來源: 作者:admin

 

广西快3介绍 www.huweq.com   閥門是管路附件中十分重要的裝置, 其中材料的選擇是保證閥門安全使用的關鍵因素之一。由于各工業領域的特性不同,至使流體的溫度、壓力、物理化學性質等均有各自的特點,所用的材料必須具有能在規定介質溫度和壓力作用下,達到力學性能和良好的冷熱加工工藝性,從而使閥門材料的選擇十分復雜。這篇文章就材質在Masoneilan調節閥中的應用做個簡單的介紹。因Masoneilan是美國公司,該篇文章中的材質介紹是基于ASTM( American Society of Testing Materials)美國材料實驗協會的標準。

ASTM A 216---本標準適用于高溫并能與其他鑄鋼件或鍛鋼件熔焊組成的閥門、法蘭、管件或其它承壓部件碳鋼鑄件。

   國際上常用的為ASTM A216中的WCA、WCB、WCC , 其牌號的基本含義是: W 表示可焊接的, C 表示為鑄造的, A、B、C 則表示碳素鑄鋼的強度等級, 其中A 為較低強度的, B 為中等強度的, C為較高強度的。碳素鋼適用于無腐蝕性和氧化作用的應用環境。在某些特定條件下,如在一定溫度范圍內、一定濃度條件下,也可用于某些腐蝕性介質(如發煙硫酸等)。適用溫度-29℃~427℃(碳素鋼在427℃以上有石墨化傾向)。

 

材質表示

碳Max

錳Max

抗拉強度

屈服強度

WCA

0.25

0.7

60(415)

30(207)

WCB

0.3

1

70(485)

36(248)

WCC

0.25

1.2

70(485)

40(276)

ASTM A216 WCC具有如下優點超過ASTM A216 WCB:

•低碳含量(0.25%比0.30%),因為較低的碳含量具有更好的抗發生脆性破壞和焊接性能。

•高錳含量(1.2%比1%),因為較高的錳含量提高了強化作用,具有更高的屈服強度。

•WCC的溫壓曲線較WCB更高一些。

基于如上三點,所以Masoneilan調節閥采用ASTM A216 WCC牌號的可焊接的碳素鑄鋼作為標準的碳鋼材質。

另兩種碳素鋼ASTM牌號如下:

1、ASTM A105 ---管道部件用碳素鋼鍛件。A代表的是普通碳素結構鋼。因為這個標準里只規定了一種碳鋼鍛件,A105也就算一種鍛件碳鋼牌號。
ASTM A106--- 高溫用無縫碳素鋼管。 A106包括A106-A,A106-B。前者相當于國內的10#材質,后者相當于國內的20#材質。

2、 ASTM A352--低溫承壓用鐵素體和馬氏體鑄鋼件標準規范

ASTM A 352中共有十個低溫鑄鋼牌號(見如下表格),其中最常用的三個牌號分別是用于-46℃的LCB、LCC,用于的-101℃的LC3。對于低于-101℃以下至-196℃的工況條件下一般采用奧氏體鋼鑄件,如CF8、CF8M。

低溫鑄鋼件材料牌號和適用溫度

 

類型

C

C

C-Mn

C-Mo

2.5Ni

C-Cr-Mo

3.5Ni

4.5Ni

9Ni

Cr-Ni-Mo

牌號

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

LCB和LCC的適用溫度: -46℃~343℃

LCB的和WCB的化學成分相同

LCC和WCC的化學成分相同.

相比較,LCC同樣優于LCB. Masoneilan調節閥采用LCC牌號做為標準的低溫碳鋼材質。

LC3的適用溫度:-101℃~343℃。但因該材質是非標準的,而不銹鋼(例如CF8M)可以用于-198℃,并且無需沖擊測試,所以在-101°C低溫下運用CF8M不銹鋼會更加經濟,因此在調節閥行業中很少用到LC3這種材質。

ASTM A350管道部件用要求切口韌性試驗的碳素鋼與低合金鋼鍛件。最常用的兩個牌號分別是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。但對于-101℃以下至-196℃工況條件下一般采用奧氏體鋼鍛件,如F304、F316。

鉻-鉬鋼

鉻鉬鋼是指加入Cr和Mo等合金元素以顯著提高高溫強度極限和蠕變極限的鋼種,同時具有良好的抗氫腐蝕和耐高溫的性能,可以用于593C的高溫,因此被廣泛地運用于電廠、煉油、化工等高溫和含氫工況中。

ASTM A217 高溫用承壓部件馬氏體不銹鋼和合金鋼鑄件標準規范

ASTM A182  高溫用鍛制或軋制合金鋼和不銹鋼管法蘭、鍛制配件、閥門與零部件標準規范

國際上常用的鑄造鉻-鉬鋼為ASTM A217 中的WC6、WC9、C12A,相對應的鍛件為ASTMA182 中的F11、F22、F91.

ASTM A217 WC6 --- ASTM A182 F11 (1.25Cr-0.5Mo),適用于工作溫度在-29~595℃之間的非腐蝕性介質的高溫高壓。

ASTM A217 WC9 --- ASTM A182 F22 (2.25Cr- 1Mo) ,WC6和WC9都是鑄鋼件,兩個的機械性能基本相同,常溫下具有相同的拉伸強度,屈服強度和延展率。和WC6相比,WC9含有更多的鉻和鉬,因此其在高溫工況下的機械強度會更好一些,另外WC9抗沖刷的能力也會更好一些。

ASTM A217 C12A --- ASTM A182 F91 (9Cr-1Mo), C12A具有良好的抗高溫氧化性能和高溫蠕變強度以及良好的塑性和加工性能。適用于工作溫度在-29~650℃之間的腐蝕性介質的高溫高壓閥門。C12A多用于超臨界電站閥門的鑄鋼材料。

不銹鋼:

  調節閥中常用的不銹鋼材料為馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。

馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼是其中鉻含量不低于12%(一般在12%~18%),碳含量較高,使用態組織為馬氏體的不銹鋼。通過熱處理可以調整其力學性能,通俗地說,是一類可硬化的不銹鋼。馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量,而鋼中的碳由于與鉻形成穩定的碳化鉻,又間接的影響了鋼的耐蝕性。在調節閥中馬氏體不銹鋼多用來作為閥內件材質,運用于腐蝕性不高的工況下。常用于調節閥的馬氏體不銹鋼有: 410、416、和440C,。

410型不銹鋼(ASTMA276等級 S41000)—馬氏體(高強度鉻鋼),耐磨性好,但抗腐蝕性較差。相對應的鑄件是ASTM A217 CA15。 ASTM A743 CA6NM是CA15的改進版,通常用在既需要高強度又需要高硬度,同時具有中等腐蝕環境的場合,在Masoneilan閥中用于碳鋼閥體的標配閥內件材質。

416型不銹鋼(ASTMA582 S41600)—416是一個免加工的 410版本。添加了硫改善了材料的加工性能。416用于需要高強度和一些耐腐蝕性能的工況。由416制成的零件不能焊接或硬面堆焊。拉伸性能是低于410,尤其是在橫向方向上的延性是遠遠低于410的。

440C型不銹鋼(ASTM A276 S44004)—高強度刃具鋼,含碳稍高,經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度,硬度可以達到58HRC,屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應用例子就是“剃須刀片”。在調節閥中多用于加工成導向套環或消氣蝕的閥籠。

  馬氏體沉淀硬化不銹鋼,是碳含量低于0.1%,加入銅、鉬、鈦、鋁等元素使之沉淀析出碳化物和金屬間化合物而進一步強化的馬氏體不銹鋼。

   17-4PH型不銹鋼(ASTMA564 630)—最常用的沉淀硬化不銹鋼,17%Cr,4%Ni, 它是由銅、鈮/鈳構成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼。這個等級具有高強度、硬度和抗腐蝕等特性。經過熱處后,產品的機械性能更加完善,它對大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力,它的抗腐蝕能力與304一樣。正因為由于其耐磨性和耐腐蝕性都好,多用來加工成調節閥的閥桿、閥芯、閥籠等。由于在升高的溫度下,馬氏體沉淀硬化材料會發生脆化。脆化的程度取決于溫度和時間,因此在溫度高于316°C避免使用該材質。

奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼,是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時,具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性,但強度較低,不可能通過相變使之強化,僅能通過冷加工進行強化,如加入S,Ca,Se,Te等元素,則具有良好的易切削性。由于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,廣泛運用于制作耐腐蝕調節閥、高溫調節閥和低溫調節閥。

如下是調節閥中常用的奧氏體不銹鋼。

304型不銹鋼(ASTMA351 CF8):通用型號;即18/8不銹鋼。標準成分是 18 % 鉻加8 %鎳。

·  304L型不銹鋼(ASTMA351 CF3):與 304相同特性,但低碳故更耐蝕、易熱處理,但機械性較差,適用焊接及不易熱處理之產品。對于硝酸工況,較304,316,316L,317等不銹鋼,304L的抗腐蝕性是最好的。

·  316型不銹鋼(ASTM A351 CF8M):繼 304之后,第二個得到最廣泛應用的鋼種,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構,由于較304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。316 SST 在除了氮酸之外的幾乎所有場合比 304SST 具有更好的耐腐蝕性能。

·  316L型不銹鋼(ASTMA351 CF3M):含碳量低,低碳故更耐蝕、易熱處理,

   316H型不銹鋼(ASTM A351 CF10M):含碳量高,抗脫碳性更高,故適于高溫條件使用。耐溫范圍:538℃-816℃.,缺點焊接性能差,抗晶間腐蝕差。

   317型不銹鋼(ASTM A351 CG8M):是鉻和鉬含量各增加1%的316, 從而比316具有更大的抗點蝕的能力。它對于蒸煮液、干二氧化氯和很多其它紙漿與造紙環境有優良的抵抗性能。因此多用于造紙行業。

Nitronic 50型不銹鋼(ASTMA479 S20910):是氮強化奧氏體不銹鋼,屬于合金金屬。又稱為S20910 / XM-19。其抗腐蝕性能優于316、316L、317和317L,且室溫下屈服強度幾乎是它們的兩倍。該鋼種在高溫及零下的溫度中都具有非常好的機械性能。該鋼種在抗硫化物應力腐蝕開裂及耐晶間腐蝕方面都有非常杰出的表現。這種高度防銹蝕及高強度的NITRONICS50不銹鋼常用來加工酸性或高壓工況下調節閥的閥桿。

660型不銹鋼(ASTMA638 660):是一種時效硬化奧氏體。它是具有良好耐腐蝕性的鐵基高溫合金,由于其在高溫下優良的強度,在調節閥中主要加工閥桿可用在高達704℃的高溫的工況下。

高溫穩定性鋼。釩、鈦、鈮是強碳化物形成元素,能形成細小彌散的碳化物,提高鋼的高溫強度。鈦、鈮與碳結合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產生晶間腐蝕。多用于石化煉油行業的高溫含硫工況。

321型不銹鋼(ASTMA479 321):高溫穩定性鋼,添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險。

·  347型不銹鋼(ASTM A351 CF8C):高溫穩定性鋼,添加穩定化元素鈮,提高耐晶間腐蝕性能,在酸、堿、鹽腐蝕介質中的耐腐蝕性同321不銹鋼。焊接性能良好。對于歐美的閥門廠家,更傾向于采用347不銹鋼。

雙相不銹鋼

所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半,一般量少相的含量也需要達到30%。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能,也是一種節鎳不銹鋼。

雙相鋼一般可以分成如下四類:
低合金型━代表牌號是UNS S32304(23Cr-4Ni-0.1N)PREN值24~25,是不含鉬的低級雙相不銹鋼。
中合金型代表牌號是UNS S31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN 值32~ 33,主要的雙相不銹鋼鋼種,占雙相鋼總量的80%以上。
高合金型標準牌號有UNS S32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN 值38~39
超級雙相不銹鋼型標準牌號有UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),PREN值>40。含25%一26%Cr,與含25%Cr的雙相不銹鋼相比,鉬和氮的含量增加。

(※PREN 耐孔蝕指數 PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%)

雙相鋼的應用:

石油和天然氣工業:煉油主要用于常減壓裝置、催化裂化裝置、加氫裂化、加氫處理裝置、冷卻系統等;油氣輸送管線。

石油化學和化學工業:氯乙烯生產裝置、低壓合成甲醇反應器的觸媒管、物料/流出物熱交換器、海水冷卻管。

化肥工業:尿素和磷肥工業中甲胺泵泵體、中氣提塔、甲胺冷凝器和高壓分解塔泵和閥。

造紙和制鹽輕工業:真空制鹽和鹽硝聯產裝置,蒸煮漂白設備

其中在調節閥中,最常用的兩種雙相鋼的牌號為UNS S31803和UNS S32550.

UNSS31803 (鑄CD3MN), 因含22%的Cr和5%的鎳,又被稱為2205. 與 S32550 相比由于其低合金含量,S31803價格較低。然而,實驗室試驗結果顯示S31803的性能較S32550低,因此通常都建議 S32550 用于閥內件,而不是S31803。

UNS S32550又被稱為Ferralum255, 與S31803相比,它的強度好,韌性好,具有更好的綜合力學性能。

閥內件常用的加硬辦法

非電鍍鎳涂層:這種化學鍍層非常均勻, 結合力要普遍高于電鍍層,表面硬度可以達到600HV

硬鉻涂層:  金屬表面鍍硬鉻的作用有兩個,一是耐磨,二是防銹。硬鉻的表面硬度可以達到800HV以上,硬鉻鍍層耐磨性很好;因為硬鉻的鍍層比原材料致密,所有具有一定的防銹能力,但是和鍍鎳相比,防銹性能大大不如。

堆焊Stellite:  Stellite是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金,即通常所說的鈷基合金,表面硬度可達HRC40

噴涂碳化鎢:碳化鎢噴涂后涂層硬度與厚薄沒大的關聯性,只是與它在高溫區間停留的時間長短有直接關系。碳化鎢噴涂的涂層最高硬度為HRC65

滲氮處理:氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經氮化處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。表面硬度可達HRC60~60

滲硼處理:滲硼作為一種熱化學表面處理技術,是一個在金屬表面使硼原子滲入、擴散并與基體反應而形成由一個或多個金屬間化合物相組成的硼化物層的過程。滲硼層具有高的硬度、耐磨性、熱硬性及良好的抗腐蝕性與抗氧化性等優點,對金屬及合金材料表面進行滲硼處理可以大大改善其表面性質,增強材料的使用性能及應用范圍。但滲硼層脆性大,在沖擊載荷作用下,滲硼層容易產生裂紋和剝落,從而影響材料的使用壽命和產品的加工質量。滲硼層的硬度可達1300-2000HV。

美國腐蝕工程師協會(NACE)標準

NACE MR0175:用于油田設備的抗硫化應力腐蝕裂紋金屬材料,本標準規定了應用于含硫氣體的油和氣作業中使用的金屬的材料要求

NACE MR0103:在腐蝕性石油精煉環境中的材料抗硫化應力裂紋能力。本標準規定了含H2S(氣相或溶解于含水液相)的酸性石油煉制環境和相關的加工環境中(不管是否存在烴)抗硫化物應力開裂(SSC)的金屬材料要求

NACE MR0175規定所有容許使用的低合金鋼要求硬度≤22 HRC,且滿足鎳含量小于1%。因為硫化氫中的氫原子能進入晶格間,在壓力的應力作用下,產生微裂紋。如果硬度高于HRC22,微裂紋會擴展,材料脆性開裂。如硬度小于HRC22,材料塑性變形,微裂紋不會擴展。所以對于碳鋼和低合金鋼NACEMR0175有22 HRC硬度最大的要求,在此硬度下具有較好的耐SSC的能力。并且MR0175也要求低碳合金鋼中鎳的含量小于1%,這樣LC2 ,LC3和LF3等低溫鋼在NACE標準中禁止使用。

馬氏體不銹鋼UNS S41000奧氏體化并油冷或空冷,在不低于621第一次回火,然后冷卻到環境溫度。在略低于第一次回火溫度進行第二次回火,然后冷卻到環境溫度。硬度≤22 HRC,則滿足NACE材質的要求。

馬氏體沉淀硬化不銹鋼UNS S17400在1150F下做兩次熱處理并滿足硬度≤33HRC,也寫做S17400 H1150 DBL . 在1993年末,cb7cu-1鑄件H1150DBL條件被添加到MR0175非承壓部件材質中,如,籠子,插頭,座環和其他內部,閥門、調節閥組件,但要求的最大硬度極限是30HRC(310 HB)。

大多數的奧氏體不銹鋼只要經過退火并且硬度低于22 HRC都是滿足NACE MR0175材質標準的。例如S30200,S30400,S30403,s31008,S31600,S31603,s31700,S32100,和S34700,以及它們對應的鑄件(如CF8,CF8M,CF3,and CF3M),連同其它一些不常用的300系列不銹鋼都是這樣的。

Nitronic 50氮強化奧氏體不銹鋼,又被稱為S20910 (XM-19),在硬度低于35 HRC下滿足NACE

MR0175材質標準的,并且在類似的硬度級別下它抗硫化應力裂紋SSC的能力遠遠優于S17400 或其他奧氏體不銹鋼。在相同強度級別下,具有類似抗硫化應力裂紋性能的材質只有鎳基合金,當然鎳基合金的價格貴得多。

調節閥常用的符合NACE的材質  

  硬度

r       WCC/LCC         22HRC

r       WC9/WC6         22HRC

r           304/304L,316/316L,317,321,347等     22HRC

r       Nitronic50     35HRC

R           17-4H1150/DHT /H1150M   33HRC

r       S31800,S32500         28HRC

r       涂層 :  ENC, 鍍鉻,司鈦萊堆焊,碳化鎢和陶瓷等

r       螺栓/螺母:   A193 B7/B7M, A194 2H/2HM

由于各種材質的硬度以及耐腐蝕性都是相對而言的,金屬的腐蝕現象或耐腐蝕性,是根據介質的種類、溫度、壓力、流速等環境條件,以及金屬本身的性質、加工工藝、熱處理等諸因素的差異,分別有不同的腐蝕狀態和腐蝕速度。材質沒有好還是不好之分,只有適不適合之說。因此,應充分的了解介質和材料的特性,才能選擇合適的材質。



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