阀门基础知识讲座幻灯片.ppt

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1、阀 门 及 材 料 基 础 知 识 简 介,兰州高压阀门有限公司乐精华 2008年08月,目 录 一、阀门简述 1. 闸阀 2. 截止阀 3. 球阀 4. 蝶阀 5. 止回阀 6. 旋塞阀 7. 安全阀 8. 疏水阀 9. 减压阀 二、阀门其它几种常用的分类 1. 按阀门的用途和作用分类 1.1 截断阀类 1.2 调节阀类 1.3 止回阀类 1.4 分流阀类 1.5 安全阀类,2. 按压力分类 2.1 真空阀 2.2 低压阀 2.3 中压阀 2.4 高压阀 2.5 超高压阀 3. 按阀体材料分类 3.1 非金属阀门 3.2 金属阀 4. 按阀门的工作温度分类 4.1 -254-101,为“超低

2、温阀门” 4.2 -100-30,为“低温阀门” 4.3 -29200,为“常温阀门” 4.4 200325,为“中温阀门” 4.5 325425,为“亚高温阀门” 4.6 425550,为“高温级阀门”,简称P级 4.7 550650,为“高温级阀门”,简称P级 4.8 650730,为“高温级阀门”,简称P级,4.9 730816,为“高温级阀门”,简称P级 4.10 816为“高温级阀门”,简称P级 三、阀门主体材料 1. 关于阀门常用材料的一些基础知识 1.1 钢和铁 1.2 碳钢、合金钢及低合金钢、中合金钢、高合金钢；镇静钢 1.3 合金和高合金 1.4 阀门用钢的几种常用热处理简介

3、 1.5 阀门用钢的几种常用金相组织简介 1.6 阀门常用的几种镍基合金 2. 钢在高温和低温中的破坏型式 2.1 钢在高温中的破坏型式 2.2 钢在低温中的破坏型式 3. 阀门主体材料及工作温度 3.1 铸铁阀门 3.2 碳钢阀门 3.3 低温阀门 3.4 不锈耐蚀钢阀门,3.5 不锈耐热钢阀门 四、关于磅级阀门 1. “磅级阀门”采用的材料和设计制造标准 1.1 材料： （1）关于美国ASTM系统标准材料的说明 （2）关于美国的“统一数码系统”材质代号 1.2 设计基础标准 2. 检查与试验标准 五、阀门硬密封副选择概述 1. Cr13型不锈钢密封副（密封副标记为H） 2. 不锈钢本体密封

4、副（密封副标记为W） 3. 硬质合金密封副（密封副标记为Y） 六、阀门的检验和试验 1. 闸阀和截止阀的上密封及上密封试验 2. 阀门的强度试验和密封试验,一、阀门简述 什么叫阀门？ 阀门是流体输送系统中的控制装置，是用来控制管道内介质流动的具有可动机械产品的总称。它具有导流、截流、调节、控制流向、分流或卸压等功能。 阀门在石油炼制及石油化工生产系统中；在石油、天然气开采和石油、天然气管道输送系统中；在化肥、化工生产系统中；在火电、水电和核电的生产系统中；在冶金生产系统和矿山开采中；在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中；在农田灌溉系统中；在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中以及

5、在国防和航天系统中都大量地使用阀门。因此，阀门是人类走向现代化不可缺少的重要机械产品。 我国是在1958年由当时沈阳阀门厂开始生产铸钢高中压阀门的，在半个世纪以来,我国阀门行业得到了迅速的发展。我国目前除了一些特殊阀门需要进口外,其余的阀门都能自己生产,并且大量出口。 我们常用的阀门主要有以下几种：,1. 闸阀： 闸阀是启闭件闸板由阀杆带动，沿阀座密封面和导轨作升降运动的阀门。它主要有：阀体、阀盖、闸板、阀杆、填料、垫片和操作装置（注：以往称为“传动装置”，API-6D 2008版标准改称“操作装置”）等组成。闸阀是各种类型阀门中应用最多、最广泛的阀门。 闸阀又分楔式闸阀和平板闸阀。楔式闸阀是

6、闸阀中应用最广泛的类型，可用于高温、高压、低温、大口径、耐磨损等工况。平板闸阀主要用于输送天然气、成品油及高温中压大口径阀门中，我公司中标承接的四川普光气田集输工程，用的是CL9002500LB的高压抗硫平板闸阀。 所谓楔式闸阀是指闸板为楔式（上厚下薄），楔式闸阀根据美国API-6D和API-600标准规定，凡“公称尺寸”（注：以往称为“公称通径”，API-6D 2008版标准改称“公称尺寸”）DN40，用刚性单闸板（为：Z41或Z61）；凡“公称尺寸” DN50时，应采用弹性闸板（为：Z40或Z60)。在钢制楔式闸阀的设计上，以往只有刚性单闸板和双闸板两种，刚性单闸板俗称“死闸板”以Z41表

7、示；双闸板是在闸板架上挂两块单闸板以Z42表示。刚性单阀板由于闸板与阀体两侧阀座吻合密封是不可调节型的,要求装配阀门时“配门”精度极高。且对高中压大口径闸阀，当阀体受压体腔产生变形或在高温状态下阀体体腔产生变形时，刚性单闸板本身无补偿功能，因此密封的可靠性不好，容易造成内漏。有时为了强制其密封,只得靠加大力量拧紧闸板，因而常造成将闸板“楔死”或把阀杆拧弯等事故。双闸板由于结构不紧凑，阀门体积大，阀门重量加重，造成用户管网负荷增大。特别是双闸板不适应高压、强冲击工况和不适用于稠油、油浆、催化剂颗粒等介质。,1. 闸阀： 为了解决单闸板和双闸板的不足和弊端，所以在闸阀的闸板设计上一种新型结构“弹性

8、闸板”诞生了，这是闸阀设计上的一项重大的技术进步。所谓“弹性闸板”是指闸板边缘内档带有“弹性槽”，而其中间仍为整体结构（可焊接或铸造、锻造后切开弹性槽）。弹性闸板兼备了单、双闸板的优点而摒弃了它们的缺点。弹性闸板当其中腔受压时，闸板会产生弹性变形紧贴在阀体两侧的阀座上，因而可实现可靠的密封。卸压时闸板的弹性变形随之消失，所以方便开启，且磨损小、寿命长。特别适合大口径和高温及低温等工况中使用的闸阀。 需要指出的是：除了特殊设计的专用闸阀之外，闸阀不允许用于作调节介质流量用，因此，在开启时必须将闸板全部提升到通道上方。,1. 闸阀： 附典型楔式闸阀结构图,1. 闸阀： 附典型楔式闸阀闸板结构图,2

9、. 截止阀： 截止阀启闭件阀瓣由阀杆带动，沿阀座的密封面的轴线作升降运动的阀门。它主要有：阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、填料、垫片和操作装置等组成。 截止阀按阀杆与阀体间的角度又分为T型（成90J41或J11;J61等）及Y型（成45J45等）及角式（J44）等类型。截止阀的优点是：阀瓣与阀体的阀座一旦脱离就没有摩擦，因而，适用于输送氧气等怕摩擦产生火花的危险介质。其缺点是：开启和关闭时阀门的扭矩大，因此，阀杆比闸阀的要粗。所以，截止阀“公称尺寸”不宜过大，T形截止阀最大“公称尺寸”应控制在DN400。 “公称尺寸”大的T形截止阀应采用介质为“高进低出”的操作方向。根据我公司的经验并规定：凡是截止阀

10、公称压力PN1.64.0MPa（或CL150300LB） “公称尺寸”DN150；凡是截止阀公称压力PN6.4MPa(或CL400LB) “公称尺寸”DN100介质流向都应实行“高进低出”，并在阀体上明显的部位铸造出介质流向箭头。 “高进低出”是指介质从阀座上方流入，从阀座下方流出。“高进低出”较好地解决关闭截止阀时的难点，因为在关闭阀门时，有介质作用于阀瓣上方因而有助于阀门的快速、平稳地关闭；同时极大地改善了阀门关闭过程中及关闭后阀杆的受力状况，有利于工人安全操作阀门。我在阀门杂志2007年第3期上发表了“中大口径T形截止阀介质流向选择”的文章。 截止阀的阀瓣若为锥形，阀座亦为锥形时，根据开

11、启时高度的不同而可起到调节介质流量的效果。因此，带节流锥的阀瓣的截止阀称为节流阀（L41或L44）。,2. 截止阀： 附典型T型 直通式截止阀结构图,2. 截止阀： 附典型Y型截止阀结构图,2. 截止阀： 附典型角式截止阀结构图,3. 球阀： 球阀是启闭件球体绕垂直于通道的轴线可作90回转的阀门。它主要有：阀体根据球阀结构的不同，其中有一件式（仅用于小口径）；两片式：左、右阀体；三片式：主阀体和左、右两片副阀体；球体、阀杆、填料、垫片和操作装置等组成。 球阀由于启闭时作90回转，因此它开关迅速，又球体在旋转时与阀座间有自清扫功能；双重阀座（金属阀座上镶嵌聚四氟乙烯软密封阀座）还具有防火功能等，

12、它广泛用于输送天然气、油品、氧气、及其它要求快速启闭时等工况中。 球阀根据用于工作温度的不同，分为软密封（聚四氟乙烯：PTFE工作温度200；对位聚苯：PPL工作温度325）和硬密封（金属密封）。硬密封球阀主要用于高温、高压和耐磨损等工况。 球阀根据球体是否有固定轴，又分为浮动球阀和固定球阀，浮动球阀是单向密封，主要用于中低压小口径时。球阀还有三通球阀，它是用来切换介质流向的。近来又开发了球体和阀座用超音速喷涂碳化钨（HVOF）JK117（WC）/17Co.涂层硬度可达到DPH300:10551243（HRC70）的特硬耐磨球阀，专用于煤化工生产灰浆系统；开发了扭矩小、密封可靠阀腔带放空的“双

13、活塞效应阀座球阀”（DPE）和全焊接埋地球阀，专用于输送天然气和成品油等管线中。,3. 球阀： 附典型全通径浮动球阀结构图,3. 球阀： 附典型全通径双截断双泄放蜗轮传动固定球阀结构图,4. 蝶阀： 蝶阀是启闭件蝶板绕固定轴作90旋转的阀门。它主要有阀体、蝶板、阀轴及操作装置等组成。蝶阀由于结构紧凑、重量轻、开关迅速而广泛应用于输送水、蒸汽、烟气等工况的中低压大口径管道上。蝶阀根据用于介质温度的不同，又分为软密封（橡胶、聚四氟乙烯等）和金属硬密封。 蝶阀通过调整蝶板的角度，可以起到调节介质流量的作用。 近几年来开发的三偏心金属硬密封蝶阀是蝶阀设计上的一项重大革命。三偏心金属硬密封蝶阀结构原理：

14、在蝶阀结构设计时，将阀门的轴心偏离密封面一个偏心C，形成第一个偏心；同时轴又偏离管道的中心形成第二个偏心h；又在上述双偏心的基础上，增加了第三个偏心，即锥面密封座中心线倾斜于通道中心线角，这一结构形式既实现了凸轮效应，又消除了阀门启闭过程中密封圈与阀座间大约20的摩擦和摩损，因而大大地提高了阀门的使用寿命及密封的可靠性。三偏心金属硬密封蝶阀使蝶阀有了更广泛的市场。特别是在中低压大口径，在用于输送水和蒸汽及高温烟气时大量地替代闸阀。,4. 蝶阀： 附典型三偏心金属硬密封蜗轮蜗杆传动蝶阀结构图,5. 止回阀： 止回阀是启闭件阀瓣借助介质的作用力，自动地阻止介质逆流的阀门。它主要有阀体、阀盖、阀瓣等

15、组成。止回阀根据其结构的不同又分为：旋启式止回阀、升降式止回阀、立式止回阀、多瓣式止回阀、缓闭式止回阀、对夹式双瓣止回阀及保护火电厂汽轮机组的气控或液控0.5秒内关闭的抽汽止回阀（需加装辅助的气动或液动快关装置）等。,5. 止回阀： 附典型升降式止回阀结构图,5. 止回阀： 附典型旋启式止回阀结构图,6. 旋塞阀： 旋塞阀是启闭件塞子绕其轴线作90旋转的阀门。它主要有：阀体、旋塞、阀盖和操作装置等组成。 旋塞阀中的软密封是通过塞子的园锥面与衬套、衬套的园锥面与阀体内腔锥面进行严密的“面密封”的（其他的阀门是“线密封”）。因此，旋塞阀是加工工艺要求最高的，密封最可靠的阀门。所以，它多用于输送强腐

16、蚀性介质，如氢氟酸、氯气、熔融尿素、熔融氯碱、苯酐等。旋塞阀还有三通旋塞阀，它是用来切换介质流向的。我公司在上个世纪七十年代，开发了用于乙烯装置的，工作温度为580的“提升式”高温硬密封旋塞。我公司是我国旋塞阀国家标准：钢制旋塞阀、铁制旋塞阀标准的起草第一作者单位。,6. 旋塞阀： 附典型手动旋塞阀结构图,6. 旋塞阀： 附典型高密封提升式蜗轮传动旋塞阀结构图,7. 安全阀： 安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力，而是利用介质本身的压力来排出额定数量的流体，以防止系统内压力超过预定的安全值。当压力恢复正常后，阀门再次关闭并阻止介质继续流出。因此，安全阀是保护管道安全的重要装置。,8. 疏水阀

17、（疏水器）： 疏水阀是用于输送蒸汽管道中，自动排放冷凝水并阻止蒸汽泄漏的自控阀门。,9. 减压阀： 减压阀是通过启闭件的节流，将介质的压力降低，并利用本身介质的能量，使阀后的压力自动满足预定要求的阀门。,二、阀门其它几种常用的分类 阀门其它常见的分类的方式大致有以下几大类： 1. 按阀门的用途和作用分类： 1.1 截断阀类： 主要用于截断或接通介质流，它包括闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、蝶阀等。 1.2 调节阀类： 主要用于调节介质流量、压力等，它包括：调节蝶阀、节流阀、减压阀等。 1.3 止回阀类： 是用于阻止介质倒流的阀门，它包括各种结构的止回阀门。 1.4 分流阀类： 是用于分配，分离或混

18、合介质的阀门，它包括各种结构的分配阀和疏水阀。 1.5 安全阀类： 是用于超压保护的阀门，它包括各种结构的安全阀等。,2. 按压力分类： 2.1 真空阀：凡工作压力低于1个标准大气压的阀门。 2.2 低压阀：公称压力PN1.6MPa或Class150Lb的阀门。 2.3 中压阀：公称压力PN2.5MPa6.4MPa或Class150Lb400Lb的阀门。 2.4 高压阀：公称压力PN10.0MPa80.0MPa或Class600Lb4500Lb的阀门。 2.5 超高压阀：公称压力100.0MPa的阀门，目前国内仅我公司能生产100.0MPa600.0MPa的超高压阀门。我国超高压阀门的标准，是

19、由我公司为第一作者制订的。,3.按阀体材料分类： 石油炼化及化工等行业阀门使用条件苛刻，其安全性和可靠性尤为重要。因为一旦阀门出现质量事故，轻则停产重则引起可怕的灾难。如前几年美国一家制药公司在印度由于一台阀门出问题造成了成干上万人死亡；又前年大庆石化由于温州某厂的阀门出问题造成重大损失。因此，我认为石油化工行业用的阀门，无论是设计还是材料的选用上都应是“零风险”的。就是说阀门的设计和选用材料都应按照国际国内标准执行，如我公司参与制订的SH3064-94“石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收”标准、ANSI B16.34、APA-6D、APA600、API602、BS1873、BS1868、B

20、S5352等等，在这些标准中分别规定了在什么介质、什么温度和压力下选用什么材料；什么压力、“公称尺寸”的阀门通径尺寸、阀门壁厚、阀杆直径等都作了明确的规定。 按阀体材料分类，主要有： 3.1 非金属阀门：主要有陶瓷阀、塑料阀等。 3.2 金属阀：主要有铜合金阀、铝合金阀、铸铁阀（包括灰铸铁，球墨铸铁、可锻铸铁）、碳素钢阀、合金钢阀、不锈钢阀（包括低碳级不锈钢304、316等和超低碳级不锈钢304L、316L等）、钛合金阀、镍基耐热耐蚀合金阀（包括Monel、CZ-100、Inconel及哈氏合金B、哈氏合金C等）。,4. 按阀门的工作温度分类： 我本人对阀门的工作温度分类提出了如下建议，此建议

21、在阀门杂志上刊登发表了。简要介绍如下： 4.1 -254 -101，为“超低温阀门” 适用于“超低温阀门”（-254液氢 -101乙烯）主体材料必须选用面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜合金或铝合金，其热处理后的低温力学性能，特别是低温冲击韧性必须达到标准的要求。下列奥氏体不锈钢可用于作超低温阀门。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8、CF3；ASTM A182 F316、F316L、F304、F304L；ASTM A433 316、316L、304、304L；以及兰州高压阀门厂自行设计、制定的低温钢CF8D（兰州高压阀门厂工厂标准：GFQ81-93）。超低温阀门的阀体、阀盖、闸板或阀瓣

22、等在精加工前，必须在液氮（-196）中进行深冷处理。 4.2 -100-30，为“低温阀门” 适用于低温阀门（-100-30）的主体材料有低温奥氏体不锈钢和低温承压件用铁素体和马氏体钢。低温用奥氏体不锈钢有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8、CF3；ASTM A182 F316、F316L、F304、F304L；ASTM A433 316、316L、304、304L和CF8D。以上奥氏体不锈钢也适宜工作温度为 -100-30。 低温承压件用铁素体和马氏体钢有ASTM A352 LCA（-32）；LCB、LCC（-46）；LC1（-59）；LC2、LC2.1（-73）；LC3（- 1

23、00）。,4. 按阀门的工作温度分类： ASTM A352标准中的材料，虽然材料的初级价格较低，但是其冶炼时化学成分必须有可靠且要求十分严格的工厂内控标准。其热处理工艺复杂，需要多次作调质处理。低温冲击韧性达不到标准要求时，不允许投料作低温钢使用。 4.3 -29200，为“常温阀门” 把在-29200的这一温度区域工作的阀门，我们称其为“常温阀门”。其主要理由是：这一温度区域是制造阀门的主要材料基本上都适宜的温度；而且它是耐腐蚀不锈钢在酸液介质中的耐腐蚀工作温度的上限，例如：CF8，CF3；304，304L在硝酸类介质中工作温度200；CF8M，CF3M；316，316L在醋酸类介质中工作温

24、度200；200是用聚四氟乙烯做阀门的密封元件（如：密封阀座，密封垫片，填料等）的最高温度值；200是硅橡胶（SI），氟橡胶（PTFE）的最高工作温度；还有在“临氢”工况中工作的阀门，在200以下氢分子离解为氢原子的量可以忽略不计等等。 4.4 200325，为“中温阀门” 把在200325的这一温度区域工作的阀门，我们称其为“中温阀门”。其主要理由是：这一温度区域是聚四氟乙烯不适宜区，即不能用聚四氟乙烯作阀门的密封元件，但它是对位聚苯（PPL）的适宜区，用对位聚苯作密封元件，可以用于工作温度325；这一温度区域也是铸铁等材质阀门的最高工作温度上限。,4. 按阀门的工作温度分类： 4.5 32

25、5425为“亚高温阀门” 把在325425的这一温度区域工作的阀门，我们称其为“亚高温阀门”。主要理由是：在这一温度区域工作的阀门，密封元件的材料均不能用非金属的聚合物，必须是耐高温和耐磨损的金属和合金，也就是说在这一温度区域工作的阀门，是完全意义上的“硬密封”。这一温度区域也是碳素钢最高工作温度的上限。此外，我们把在这一温度区域工作的阀门称为“亚高温阀门”，是因为这个区域虽然是高温区域，但用于这一温度区域中的一般常见的介质（如：水、蒸汽、空气、油品等）时，阀门的主体材料用碳素钢就可以满足要求，而不需要用比碳素钢更高级的耐热合金钢或耐热不锈钢。所以，这一温度区域可以说，它还不是真正意义上的高温

26、区，因此，称在这一工作温度区域的阀门为“亚高温阀门”较为恰当。 4.6 425550，为“高温级阀门”，简称PI级 阀门的工作温度为425550，定为高温级（简称PI级）。PI级阀门的主体材料为ASTM A351标准中的CF8为基形的“高温级中碳铬镍稀土钛优质耐热钢”。因PI级是特定的称呼，在这里包含了用高温不锈钢（P）的概念。因此,如果工作介质为水或蒸汽时，虽然也可用高温钢WC6（t 540）或WC9（t 570）；在含硫油品时虽然也可用高温钢C5（ZG1Cr5Mo，t 550），但在这里不能叫它们为PI级。 4.7 550650，为“高温级阀门”，简称P级 阀门的工作温度为550650，定

27、为高温级（简称为PII级）。PII级高温,4. 按阀门的工作温度分类： 阀门主要用于炼油厂的重油催化裂化装置，它包含用在三旋喷嘴等部位的高温衬里耐磨闸阀。PII级阀门的主体材料为ASTM A351标准中的CF8为基形的“高温级中碳铬镍稀土钛钽强化型耐热钢”。 4.8 650730，为“高温级阀门”，简称P级 阀门的工作温度为650730，定为高温级（简称为PIII级）。PIII级高温阀门主要是用在炼油厂的大型重油催化裂化装置上。 PIII级高温阀门主体材料为ASTM A351标准中的CF8M为基形的“高温级中碳铬镍钼稀土钛钽强化型耐热钢”。 4.9 730816，为“高温级阀门”，简称P级 阀

28、门的工作温度为730816，定为高温级（简称为P级）。将P级阀门的工作温度上限定为816是因为阀门设计选用的国际权威标准ASME B16.34压力温度等级中提供的最高温度为816；另外，工作温度超过816以后，钢就接近进入了锻造温度区域，此时金属处于塑性变形区间，金属的可塑性好，难以承受高的工作压力和冲击力而保持不变形。P级阀门的主体材料为ASTM A351标准中的CF8M为基形“高温级中碳铬镍钼稀土钛钽强化型耐热钢”；CK-20及ASTM A182标准中F310（注：其中C含量0.050%）及F310H等耐热不锈钢。,4. 按阀门的工作温度分类： 4.10 816为“高温级阀门”，简称P级

29、阀门的工作温度在816以上，称为高温级（简称为PV级）。PV级高温阀门（作切断用阀门，而非调节型蝶阀类的阀门）必须采用特殊的设计手段，如：衬隔热衬里或水冷、气冷等，方能保证阀门的正常工作。所以，对PV级高温阀门的工作温度上限不作规定，这是因为控制阀门的工作温度不是仅靠材料，而是用特殊的设计手段来解决的，而设计手段的基本原理是一样的。 PV级高温阀门可根据其工作介质和工作压力及采用的特殊设计方法等，选用合理的、能满足该阀门的材料。在PV级高温阀门中，通常烟道扦板阀或蝶阀的扦板或蝶板常选用ASTM A297标准中的HK-30，HK-40高温合金，它们能在1150以下抗氧化和还原性气体中耐蚀，但不能

30、承受冲击和高压载荷。 我们把阀门的工作温度分为了以上10级，有了这样明确的分级为阀门的设计制造、选择材料提供了较科学的根据。,三、阀门主体材料 1. 关于阀门常用材料的一些基础知识： 1.1 钢和铁: 钢和铁主要区分点是含C（碳）量，金属学在“铁碳合金平衡状态图”中规定：含C量2%为铸铁；含C量2%为钢。当然,我们阀门用钢,不会有这样高的C。 1.2 碳钢、合金钢及低合金钢、中合金钢、高合金钢、镇静钢； 在Fe中主要“强化元素”为C（碳）的钢叫“碳素钢”或简称为“碳钢”； 在Fe中加入合金元素,如:Cr（铬）、Ni（镍）、Mo（钼）、Cu（铜）、N（氮）、W（钨）、V（钒）、Ti（钛）、Nb（

31、铌注：美国用Cb表示,CF8C中后面的C就是代表合金铌）等冶炼出来的合金叫“合金钢”; 低合金钢：合金钢中合金元素含量10%，如Cr13、18-8不锈钢等。 镇静钢：指冶炼时把溶解在钢液中的氧用硅或硅钙、铝、钛等完全脱除的钢。所谓“镇静”是因将钢液中的氧完全脱除后，钢液出钢或浇注时没有钢花飞溅而很“平静”得名。阀门生产全都是用镇静钢。,1. 关于阀门常用材料的一些基础知识： 1.3 合金和高合金： 1.3.1 合金：以一种金属材料为基础，加入其它合金元素，形成的新性能的金属材料。例如在铜(Cu)中加入锌(Zn)等合金元素就是黄铜合金；铜(Cu)中加入锡(Sn)等合金元素就是青铜合金等。 1.3

32、.2 高合金：是指合金中所含合金元素含量之和大于或等于（）50%的合金。 1.4 阀门用钢的几种常用热处理简介： 1.4.1 退火（完全退火）：把钢加热到高于临界点或再结晶温度，保温后获得新的稳定的细化晶粒并消除应力后，以小于在静止空气中的冷却速度缓慢冷却（炉内冷却）的热处理工艺。 1.4.2 淬火：把钢加热到给定温度并保持一定时间后，使之快速冷却（水冷或油冷）的热处理工艺。 1.4.3 回火：把淬过火或经过冷加工变形的钢加热到选定的温度（低于钢的下临界点或再结晶温度）,保持充分的时间，以消除其因淬火或冷加工变形所产生的残余应力，并获得较稳定的显微组织和根据需要和可能达到的综合力学性能的热处理

33、工艺。 1.4.4 固溶处理：把钢或合金加热到适当的温度并保持充分的时间，使钢或合金中的某些组成物溶解到基体里去形成均匀的固溶体，然后将钢或合金迅速冷却（水冷），使溶入的组成物留在基体内成为“过饱和固溶体”，这样可以改善钢或合金的延展性和韧性，并为进一步进行沉淀硬化处理准备条件，这种处理叫做“固溶处理”。,关于阀门常用材料的一些基础知识： 1.5 阀门用钢的几种常用金相组织简介 1.5.1 奥氏体：是铁和其它元素形成的面心立方结构的固溶体，一般是指碳和其它元素在r 铁中的间隙固溶体。其名称是为纪念发明人Austen而得名的。如304；316等为奥氏体不锈钢。 1.5.2 铁素体：铁和其它元素形

34、成的体心立方结构的固溶体，一般是指碳和其它元素在铁中的间隙固溶体。 1.5.3 珠光体：铁素体片和渗碳体片交替排列的层状显微组织，是过冷奥氏体进行共析反应的直接产物，因为具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。WCB为珠光体组织。 1.5.4 马氏体：是奥氏体通过无扩散型相变而转变成的“亚稳定相”。实际上是碳在铁中过饱和的间隙式固溶体，晶体为体心四方结构，在显微镜下呈竹叶状。其名称是为纪念冶金学家Martens而命名的。Cr5Mo为马氏体组织。 1.5.5 沉淀硬化：在一定条件下，由过饱和固溶体中析出另一相而导致的硬化作用。由于强度也随硬度的增加而增加，所以也叫“沉淀强化”。常用的1

35、7-4PH为“沉淀硬化不锈钢”等。 1.5.6 双相不锈钢：双相不锈耐蚀钢，是在铁素体的基体中含35%40%奥氏体，故为铁素体加奥氏体两相组织的不锈钢，所以，称之为“双相不锈钢”。“双相不锈钢”为沉“淀硬化不锈钢”，属高强度不锈耐蚀钢。双相不锈耐蚀钢的屈服强度，约为18-8奥氏体不锈钢的两倍，并具有高硬度和良好的塑性和冲击韧性。特别适合在既有磨蚀又有冲刷的腐蚀且工作温度316的条件下使用。,1. 关于阀门常用材料的一些基础知识： 1.6 阀门常用的几种镍基合金： 耐蚀铸造镍基合金阀门，主要是选用ASTM A494铸造镍和镍合金规范标准中的铸造蒙乃尔合金（M35-1），铸镍合金（CZ-100），

36、英康乃尔合金（CY-40）及哈氏B（Hastelloy B）合金：N-12MV、N-7M及哈氏C（Hastelloy C）合金：CW-12MW、CW-7M、CW-6MC、CW-2M。 1.6.1 蒙乃尔合金 蒙乃尔合金（Monel）是指名义成分为：70%Ni和30%Cu的镍铜合金。 1.6.2 铸镍合金 铸镍合金（CZ-100）的化学成分为95%Ni和1.00%C，它无对应的轧材。 1.6.3 英康乃尔及英康洛依合金 Inconel（英康乃尔）; Incoloy（英康洛依）是镍基合金中的Ni-Cr-Fe系合金，其中含Fe量较低的称其为Inconel合金；含Fe量较高的称其为Incoloy合金。

37、英康洛依合金（Incoloy）因含Fe量高达45%，因此，它实际上是镍基合金中的Fe-Ni-Cr合金。在目前耐蚀镍基合金中，它们在阀门生产上的应用量，是仅次于Monel（蒙乃尔）合金的重要合金。 1.6.4 哈氏合金（Hastelloy）： 哈氏合金（Hastelloy）是商业名称，它包括有一系列的合金牌号，用于耐蚀阀门上的主要是哈氏合金B（Hastelloy B）和哈氏合金C（Hastelloy C）这两类。,1. 关于阀门常用材料的一些基础知识： 1.6 阀门常用的几种镍基合金： 耐蚀铸造镍基合金阀门，主要是选用ASTM A494铸造镍和镍合金规范标准中的铸造蒙乃尔合金（M35-1），铸镍

38、合金（CZ-100），英康乃尔合金（CY-40）及哈氏B（Hastelloy B）合金：N-12MV、N-7M及哈氏C（Hastelloy C）合金：CW-12MW、CW-7M、CW-6MC、CW-2M。 1.6.1 蒙乃尔合金 蒙乃尔合金（Monel）是指名义成分为：70%Ni和30%Cu的镍铜合金。 1.6.2 铸镍合金 铸镍合金（CZ-100）的化学成分为95%Ni和1.00%C，它无对应的轧材。 1.6.3 英康乃尔及英康洛依合金 Inconel（英康乃尔）; Incoloy（英康洛依）是镍基合金中的Ni-Cr-Fe系合金，其中含Fe量较低的称其为Inconel合金；含Fe量较高的称其

39、为Incoloy合金。英康洛依合金（Incoloy）因含Fe量高达45%，因此，它实际上是镍基合金中的Fe-Ni-Cr合金。在目前耐蚀镍基合金中，它们在阀门生产上的应用量，是仅次于Monel（蒙乃尔）合金的重要合金。 1.6.4 哈氏合金（Hastelloy）： 哈氏合金（Hastelloy）是商业名称，它包括有一系列的合金牌号，用于耐蚀阀门上的主要是哈氏合金B（Hastelloy B）和哈氏合金C（Hastelloy C）这两类。,1. 关于阀门常用材料的一些基础知识： Hastelloy B(哈氏合金B)是Ni-Mo-Fe系合金; Hastelloy C(哈氏合金C)是Ni-Mo-Cr系。

40、 Hastelloy B(哈氏合金B)其铸造合金牌号在美国ASTM A494标准为N-12MV（有的资料称之为N-12M-1）及N-7M（有的资料称之为N-12M-2），其轧材牌号为ASTM B335标准中的UNS N10665。哈氏合金B对各种浓度的盐酸均耐蚀，对非氧化性盐及酸亦耐蚀。哈氏合金B的耐蚀阀门，从耐蚀性及抗晶间腐蚀性考虑宜选用低碳级的哈氏合金B（N-7M）。 Hastelloy C(哈氏合金C)的铸造合金牌号为CW-12MW（有的资料称之为CW-12M-1）和CW-7M（有的资料称之为CW-12M-2）及Hastelloy C-276合金，其铸造合金牌号为CW-6MC和Haste

41、lloy C-4合金，其铸造合金牌号为CW-2M。铸造哈氏合金CW-7M、CW-12MW、CW-6MC、CW-2M其对应的轧材牌号分别是： UNS系统号的UNS N10001、UNS N10003、UNS N06625、UNS N10276、UNS N06455。,2. 钢在高温和低温中的破坏型式 2.1 钢在高温中的破坏型式: 高温对钢起着两方面的破坏作用：一是钢的工作温度升高，大气或其它介质对钢的氧化腐蚀加剧，使钢的表面起皮和破坏；二是使钢发生 “软化”，使钢在较低载荷下发生塑性变形或断裂。其原因是：高温下工作的钢件发生剧烈的原子扩散，因而在使用过程中发生组织的转变，而在常温和低温下工作的

42、钢件很少有扩散现象发生。所以，对耐热钢和耐热合金的使用性能最基本的要求有三条：一是要有足够的高温强度、足够的高温疲劳强度；二是应具有足够的高温化学稳定性；三是应具有良好的工艺性能。 上面的第一条对耐热钢和耐热合金材料的要求是: （1）金属材料的蠕变特性：高温蠕变是指：金属材料在高温下，即使承受的是低于该温度屈服强度的载荷，也会发生连续而缓慢的塑性变形，这种现象称为“蠕变”。典型的“蠕变曲线”（见图示）分为：初始阶段;开始阶段;恒速阶段和加速阶段等四个阶段。钢在高温下蠕变的 “加速阶段”蠕变速度逐渐加大，变形加快，直至到“点4”发生断裂。试验表明：碳钢在350,低合金钢在400以上,就要发生显著

43、蠕变,因此,它们不能在高温下长期工作。,2. 钢在高温和低温中的破坏型式 图:在恒温、恒应力下钢的典型蠕变曲线 图中：曲线01为“初始阶段”;曲线12为“蠕变开始阶段”;曲线23为“蠕变恒速阶段”;曲线34为“蠕变加速阶段”，变形加快，直到4点发生断裂。,2. 钢在高温和低温中的破坏型式 （2）金属材料的高温强度：在实际生产中表示金属材料的高温强度指标有下列三种： a. 蠕变强度；b. 持久强度；c. 持久寿命。 （3）金属材料的高温疲劳特性: 受交应或重复应力作用的高温零件，往往不是产生蠕变断裂而是因疲劳引起断裂。在较低温度下，疲劳裂纹是穿晶的；而在高温下，疲劳断裂沿晶界发展。一般持久强度越

44、高，高温材料的高温疲劳强度也越高。 上面第二条对耐热钢材料的要求是：耐热合金的抗氧化性能，能否耐氧化是衡量耐热合金的一个重要标志。提高耐热合金抗氧化性能的途径有两点：一是使合金不产生或晚产生FeO层；二是在合金表面能形成耐高温、结构致密并能牢固地覆盖在合金表面上以阻止进一步氧化的保护性的氧化膜。,2. 钢在高温和低温中的破坏型式 2.2 钢在低温中的破坏型式： 低温钢是使用在低温介质中的钢,常见的低温介质及对应温度见表1. 表1.常见的低温介质及对应温度 低温钢与常温用钢不同，在低温状态下钢的强度指标都有增加，而塑性减小及韧性显著降低，当温度降至某一临界值以下（即“冷脆性转变温度”下），钢材将

45、完全失去韧性，发生无前兆性的“脆性断裂”。所以，低温钢的质量好坏，在很大程度上取决于使用温度下的冲击韧性的大小。,2. 钢在高温和低温中的破坏型式 2.2 钢在低温中的破坏型式： 断裂力学指出：钢材的屈服应力曲线y与断裂应力曲线f有一交点（见图示）。对应于该交点的温度Tc称为“冷脆性转变温度”。 图：钢材的断裂应力及屈服应力与温度之间的关系 当温度高于Tc时，屈服应力小于断裂应力，材料在应力的作用下发生屈服产生塑性变形，随着变形的进行材料中的流变应力（即材料屈服后继续变形的变形抗力）不断上升。直到达到断裂应力时发生塑性断裂。当温度低于Tc时，情况则相反，断裂应力小于屈服应力，所以钢材在应力作用

46、下，首先达到断裂应力，发生脆性断裂。因此，温度Tc是材料由塑性断裂到脆性断裂的“临界温度”。所以，降低钢的“冷脆性转变温度”就能有效地改善其低温韧性，因此，低温钢就是“冷脆性转变温度”较低的钢。,3阀门主体材料及工作温度： 3.1 铸铁阀门： 由于铸铁导热性差又属脆性材料，因此，铸铁阀门除在大型供水管道中使用外，在石化行业已较少使用。国家已明令禁止家用水龙头用铸铁阀门。 铸铁阀门的工作温度根据ANSI B16.1标准的规定为：-29232。但铸铁属脆性材料，建议其使用温度以不低于0为好。 3.2 碳钢阀门： 碳钢阀门：包括铸造碳钢ASTM A216 WCB、WCC和锻造碳钢ASTM A105，

47、其工作温度为：-29425。但为了安全起见，碳钢阀门的工作温度宜不高于400为可靠。 3.3 低温阀门： 低温阀门材料品种较多，例如有LCB;LCC;LF2;LF3和铜合金、铝合金及奥氏体不锈钢CF8;CF3;CF8M;CF3M;304;304L;316;316L等。但在实际生产中考虑到生产时冶炼炉次的安排和热处理的成本和安全可靠性及交货期等因素，我们主要用奥氏体不锈钢CF8;CF8M;CF3M等。其中CF8工作温度可用于-196；CF8M、CF3M可用于-254。 低温阀门结构有下列特殊要求，一是闸阀、截止阀和球阀的阀盖颈部及蝶阀的阀轴填料端必须加长并设置隔热片，以保证低温阀门的填料在零度以

48、上；二是闸阀和球阀进口端要开泄压孔，以防止残留在阀腔的低温液体在温度升高时气化，如液化石油气升温后压力会增高近100倍，体积会膨胀600倍，如果不开泄压孔将会引起阀门填,3阀门主体材料及工作温度： 料和垫片冲坏或阀盖与阀体间连接螺栓断裂，严重时阀体或阀盖爆裂。三是低温闸阀和低温球阀由于有泄压孔，因此，所有的低温阀门都是单向密封的。所以,低温阀门必须标出有“介质流向”的箭头。 3.4 不锈耐蚀钢阀门： 不锈耐蚀钢是指高铬镍或高铬镍钼的用于各种腐蚀性的酸中的阀门，在阀门生产中把腐蚀性的酸分为3大类： 第1类是以硝酸（HNO3）作代表“氧化性”的酸，用于该类酸的不锈耐蚀钢是CF8;CF3;304;304L。 第2类是以醋酸（CH3COOH）为代表“还原性”的酸，用于该类酸的不锈耐蚀钢是CF8M;CF3;316;316L。 第 3 类是以氢氟酸（HF）为代表“卤族元素”的酸，用于该类酸只能是镍基耐蚀合金蒙乃尔合金（ASTM A494 M35-1; Monel400; MonelK500）等。 用于耐