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阀门设计常用材料
阀体材料
常用的碳素钢铸件、锻件材料 表1-1
材料状态
国别
标准号
材料牌号
铸件
中国
GB/T12229
WCA
WCB
WCC
ZG205-415
ZG250-485
ZG275-485
美国
ASTMA216
WCA
WCB
WCC
UNSJ02502
UNSJ03002
UNSJ02503
锻件
中国
GB/T699
25 25Mn 35 40
美国
ASTMA105
注:
(1)表1中WCA、WCB、WCC是按美国标准表示的牌号,ZG205-415、ZG250-485、ZG275-485是按GB/T5631铸钢牌号表示方法分别对应WCA、WCB、WCC的牌号。
UNSJ02502、UNSJ03002、UNSJ02503是以美国金属与合金统一系统编号方法,分别对应WCA、WCB、WCC的牌号。
(2)表1中最常用的是WCB钢,其标准含碳量≤0.30%,但为了获得优良的焊接性能和力学性能,其含碳量应控制在0.25%左右。
(3)残留元素Cr、Ni、Mo、V、Cu也是必须控制并达标,其残留元素总量应≤1%,但有碳当量(CE)要求时此条不适用。
(4)当阀门的连接端为焊连接时必须控制碳总量。
ASTMA216补充要求中规定了使用于不同场合的碳素钢铸件碳当量的要求。
但不同的产品标准根据其工况条件,对碳当量的要求也不同,如API6D则要求炉前分析CE≤0.43,成品分析CE≤0.45。
同样为了保证焊接性能API6D对焊接端的碳素钢铸件含碳量也作了规定,炉前分析CE≤0.23%,成品分析CE≤0.25%,硫磷含量≤0.035。
碳当量CE=C%+Mn%/6+(Cr+Mo+V)%/5+(Ni+Cu)%/15。
(5)ASTMA105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钢,但ASTMA105对杂质元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的关系和材料的热处理都有控制要求。
(6)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,其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力学性能。
根据所要求的力学性能确定回火温度以达到材料的性能符合设计要求。
常用奥氏体不锈钢铸件、锻件材料
材料状态
国别
标准
材料牌号
适用温度℃
备注
铸件
中国
GB/T12230
GB/T12230-89牌号
GB/T12230-2005牌号
1.适用温度范围参照HG2063管法兰技术条件
2.GB12224-2005规定的适用温度如下:
CF3≤427℃
CF3M≤454℃
CF8、CF8M温度大于538℃时只能用
C≥0.04%的材料
CF8C≤538℃
ZG00Cr18Ni10
ZG03Cr18Ni10
-196~425
ZG0Cr18Ni9
ZG08Cr18Ni9
-196~700
ZG0Cr18Ni9Ti
ZG08Cr18Ni9Ti
ZG1Cr18Ni9Ti
ZG12Cr18Ni9Ti
ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
ZG08Cr18Ni12Mo2Ti
ZG1Cr18Ni12Mo2Ti
ZG12Cr18Ni12Mo2Ti
CF3
CF3
-196~425
CF3M
CF3M
CF8
CF8
-196~700
CF8M
CF8M
CF8C
CF8C
美国
ASTMA351
ASTM牌号
UNS编号
适用温度℃
适用温度范围参照ASMEB16.34
CF3
J92500
≤425
CF3M
J92800
≤455
CF8
J92600
≤816
a.温度超过538℃时,仅当C≥0.04%时才使用
b.CL150法兰端阀门适用温度≤538℃
c.适用温度参照ASMEB16.34
CF8M
J92900
CF8C
J92710
CG8M
J93000
≤538
CF10
J92950
≤816
ASMEB16.34材料组中无此牌号,适用温度类比于CF8、CF8M得出供参考
CF10M
J92901
续表1-4 常用奥氏体不锈钢铸件、锻件材料
材料状态
国别
标准
材料牌号
适用温度℃
备注
锻件
中国
JB/T4728
GB/T1220
JB/T4728牌号
GB/T1220牌号
00Cr19Ni10
00Cr19Ni10
-196~425
00Cr17Ni14Mo2
00Cr17Ni14Mo2
-196~700
0Cr18Ni9
0Cr18Ni9
0Cr18Ni10Ti
0Cr18Ni10Ti
0Cr18Ni11Nb
1Cr18Ni9Ti
1Cr18Ni9Ti
0Cr17Ni12Mo2
0Cr17Ni12Mo2
0Cr18Ni12Mo2Ti
1Cr18Ni12Mo2Ti
美国
ASTMA182
ASTM牌号
UNS编号
适用温度℃
a.F304、F316当温度超过538℃时,仅当C≥0.04%时才使用,且对于CL150法兰端阀门适用温度≤538℃
b.适用温度参照ASMEB16.34
F304
S30400
≤816
F316
S31600
F304L
S30403
≤425
F316L
S31603
≤450
F321
S32100
≤528
F347
S34700
F317
S31700
≤816
温度超过538℃时仅当C≥0.04%才使用
F304H
S30409
F316H
S31609
表1-5 常用马氏体不锈钢铸件、锻件材料
材料状态
国别
标准
材料牌号
适用温度℃
备 注
铸件
中国
GB/T2100
ZG1Cr13
-45~350
按JIS8243许用应力表温度范围确定
ZG2Cr13
美国
ASTMA217
ASTM牌号
UNS编号
-29~649
CA15
J91150
按ASME许用应力表确定
ASTMA743
CA40
J91153
棒材
中国
GB/T1220
1Cr13
≤450
2Cr13
锻件
美国
ASTMA182
ASTM牌号
UNS编号
适用温度℃
F6a
S41000
-29~649
按ASME许用应力表确定
棒材
ASTMA276
410
S41000
420
S42000
表1-6 常用奥氏体—铁素体双相不锈钢铸件、锻件材料
材料状态
国别
标 准
材料牌号
适用温度℃
备 注
铸件
美国
ASTMA995
CD3MWCuN CD4MCu
≤315
ASTMA890
4A
锻件
ASTMA182
ASTM牌号
UNS编号
F51
UNSS31803
F53
UNSS32750
F55
UNSS32760
≤400
表1-7 常用铬-钼钢、铬钼钒钢铸件、锻件材料
材料状态
国别
标准
材料牌号
适用温度℃
备注
铸件
中国
JB/T9625
ZG20CrMo
≤510
ZG20CrMoV
≤540
ZG15Cr1Mo1V
≤570
ZG1Cr5Mo
≤550
JB/T5263
WC1
≤468
铸件回火温度不应低于595℃
WC6
≤593
WC9
铸件回火温度应不低于675℃
C12A
≤648
铸件回火温度应不低于730℃
美国
ASTMA217
ASTM牌号
UNS编号
适用温度℃
CL150法兰端阀门适用温度≤538℃,其中WC1、WC6、WC9、C5、C12仅使用经正火和回火的材料。
日本电力标准E101规定1.25Cr-0.5Mo(WC6),2.25Cr-1Mo(WC9)最高使用温度为593℃,另WC6、WC9在高于566℃温度区域使用时要考虑发生过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
锻件
中国
JB/T9626
15CrMo
≤550
1Cr5Mo
≤570
12Cr1MoV
15Cr1Mo1V
美国
ASTMA182
ASTM牌号
UNS编号
适用温度℃
CL150法兰端阀门适用温度≤538℃,其中F11仅使用经正火和回火的材料
F11Class1
K11597
-29~593
F22Class1
K21590
F1
K12822
-29~468
F5
K41545
-29~648
F9
K90941
F91
K90901
F92
K92460
密封面材料
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-29~425℃的碳素钢阀门。
但铬不锈钢耐擦伤性能较差,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2Cr13HRC41~47、3Cr13HRC46~52为宜。
国外标准中,如API600、BS1873中对Cr13型密封面的硬度要求为最小HB250硬度差至少HB50,材料牌号为ASTMA182F6a。
对于大口径阀门其密封面往往采用堆焊,下面介绍几种堆焊焊条。
①D507符合GBEDCr-A1-15 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750~800℃退火软化。
当加热至900~1000℃空冷或油淬后可重新硬化。
焊前须将工件预热至300℃以上,焊后空冷HRC≥40。
焊后如进行不同热处理可获得相应硬度。
②D507Mo 符合GBEDCrA2-15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HRC≥37。
③D577铬锰型阀门,堆焊焊条符合GBEDCrMn-C-15,焊前不预热,焊后不处理,抗裂性好,HRC≥28,与D507Mo配合使用。
说明:
(1)D507Mo和D577两种焊条是为了代替Cr13型焊条,堆焊有硬度差的阀门密封面而配套研制的。
D507Mo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。
(2)堆焊层的高度加工后应在5mm以上,以保证硬度和成分稳定。
(3)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。
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80~100MPa,国外资料介绍155MPa。
适用温度范围-196℃~650℃,特殊场合可达816℃。
但是,它在硫酸、高温盐酸中不耐腐蚀。
在一些氯化物中也不耐腐蚀。
常用牌号:
STELLITEN0.6 符合AWSECoCr-A、GBEDCoCr-A-03,也相当D802,焊前根据工件大小进行250~400℃预热,焊时控制层间温度250℃,焊后600~750℃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。
其它牌号还有STELLITEN0.12 符合AWSECoCr-B、GBEDCr-B-03,也相当D812,焊后其硬度HRC≥41。
以上两种是钴基硬质合金电焊条。
钴基硬质合金还有焊丝,可以进行氧—乙炔堆焊或钨极氩弧焊,牌号:
STELLITEN0.6焊丝符合AWS:
RCoCr-A也相当HS111,常温硬度HRC40~46;STELLITEN0.12符合AWS:
RCoCr-B也相当HS112,常温硬度HRC45~50。
硬质合金(钴基)焊接都要对工件预热,焊时控制层间温度焊后处理,要根据焊接工艺或焊条说明书施焊。
不锈钢密封面
不锈钢密封面大多为以本体材料作密封面,即304或CF8的阀体在其上直接作出密封面,除了304、CF8外还有316、CF8M、304L、CF3、316L、CF3M、FA20、CN7M等。
常用的内件材料组合
阀杆材料
密封面材料
阀杆材料
密封面材料
13Cr
13Cr/13Cr
321
321/321
13Cr
13Cr/STL
321
321/STL
13Cr
STL/STL
321
STL/STL
13Cr
13Cr/Monel
1Cr18Ni9Ti
1Cr18Ni9Ti/1Cr18Ni9Ti
17-4PH
STL/STL
1Cr18Ni9Ti
1Cr18Ni9Ti/STL
17-4PH
17-4PH/17-4PH
1Cr18Ni9Ti
STL/STL
Monel
Monel/Monel
1Cr18Ni12Mo2Ti
1Cr18Ni12Mo2Ti/1Cr18Ni12Mo2Ti
304
304/304
1Cr18Ni12Mo2Ti
1Cr18Ni12Mo2Ti/STL
304
304/STL
1Cr18Ni12Mo2Ti
STL/STL
304
STL/STL
20号合金
20号合金/20号合金
316
316/316
HastelloyB
HastelloyB/HastelloyB
316
316/STL
HastelloyC
HastelloyC/HastelloyC
316
STL/STL
F51
F51/F51
304L
304L/304L
F51
F51/STL
304L
304L/STL
38CrMoALA
STL/STL
304L
STL/STL
25Cr2Mo1VA
STL/STL
316L
316L/316L
4Cr10Si2Mo
STL/STL
316L
316L/STL
4Cr14Ni14W2Mo
STL/STL
316L
STL/STL
Inconel
Inconel/Inconel
注:
(1)表中所列的材料组合仅是各种材料组合中的一部分,根据工况条件的不同应以使用条件为依据来选材,或根据合同要求确定。
(2)表中13Cr表示Cr13系不锈钢,如1Cr13、2Cr13等。
(3)STL即STELLITE(硬质合金如钴基硬质合金等)。
(4)Monel即蒙耐尔合金,Hastelloy即哈氏合金。
Inconel即因科镍尔合金。
(5)用斜杠分开的两种材料,阀座密封面材料可选用两种材料之一,闸板(阀瓣)密封面材料为另一种。
铸铁阀门阀杆、密封面、垫片、填料、紧固件材料
名称
标准
材料牌号
备注
阀杆
ASTMA182
F6a
ASTMA276
410、420
GB/T1220
1Cr13、2Cr13
密封面
GB/T1175
ZCuZn25Al6Fe3Mn3
铸铝黄铜
ZCuZn38Mn2Pb2
铸锰黄铜
ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3
铸铝青铜
GB/T1220
1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti
HG2—538
聚四氟乙烯(PTFE)
适用范围参照表2-1
橡胶
垫片
GB/T3985
XB350、XB450
橡胶石棉板
GB/T2598
1Cr13/XB450
缠绕式垫片
GB/T3985
1Cr18Ni9/XB450
填料
HG2—538
聚四氟乙烯(PTFE)
JB/T6617
柔性石墨环
螺固件
GB/T699
螺栓35/螺母25
GB/T3077/GB/T699
螺栓30CrMo、35CrMo/螺母35、45
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- 关 键 词:
- 阀门 设计 常用 材料