高温阀门的高温等级和主体材料

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—　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　10—2003年第6期文章编号:100225855(2003)0620010205高温阀门的高温等级和主体材料乐精华(兰州高压阀门厂,兰州730060)摘要　介绍了高温阀门的高温等级划分方法及各温度等级高温阀门的主体材料。关键词　高温阀门;高温等级;主体材料中图分类号:TG142173　　　　文献标识码:BGradeofhightemperatureandmaterialsofmainbodyforhightemporaturevalvesYUEJing2hua(LanzhouHighPressureValveFactory,Lanzhou730060,China)Abstract:Thistextintroductiontothegradeofdivideandreasonforhightemperaturevalves,andchoiceofthematerialsofmainbodyfordifferenttemperetureofvalves.Keywords:hightemperaturevalve;gradeofhightemperature;materialsofmainbody1　概述分,尚无相关的标准规范。我厂根据几十年生在一般资料中将阀门工作温度t>450℃产高温阀门的经验将高温等级划分为5级。将的阀门称为高温阀门。然而,仅以工作温度t阀门的工作温度t>425～550℃(800～>450℃是很难详细地区分各种温度的高温阀1000u)定为高温Ⅰ级,简称PⅠ级。阀门工门的。低温阀门通常按低温介质和与之相匹配作温度t>550～650℃(1000～1200u)定为的阀门主体材料分为-46℃级(液态丙烷)、高温Ⅱ级,简称PⅡ级。阀门工作温度t>650-73℃级(液态丙烯、液态硫化氢)、-101℃～730℃(1200～1350u)定为高温Ⅲ级,简级(液态乙烯)、-196℃级(液氮)和-称PⅢ级。阀门工作温度t>730～816℃254℃级(液氢)。其中-46℃级阀门主体材料(1350～1500u),称其为高温Ⅳ级,简称PⅣ可用LCB和LCC,-73℃级可用LC2,-级。阀门的工作温度t>816℃(1500u)以上101℃级可用CF8、CF8C和LC3,-196℃级的温度区域,称为阀门的最高温度级,即高温可用CF8、CF8M和LC9,-254℃级可用Ⅴ级,简称PⅤ级。CF3M和CF8M等。与此相同的是不同温度级2　分级方法别的高温阀门也同低温阀门一样,它所用的阀阀门的高温等级符号用P表示,是因为门主体材料及内件材料是不同的,甚至设计理在20世纪70年代,我厂开发PⅠ级和PⅡ级高念和方法也是有区别的。所以,为了确保高温温阀门时,阀门的主体材料用的是阀门能按其所对应的高温工况,科学合理地设ZG1Cr18Ni9Ti不锈耐热钢,而该材料代号是计和选材,划分阀门的高温等级是完全必要的。用P来表示的。因此,用P加注罗马数字脚目前阀门行业对高温阀门的高温等级划码表示高温阀门的高温等级。PⅢ级的上限温作者简介:乐精华(1942-),男,湖北浠水人,高级工程师,部级科技专家,长期从事铸钢阀门的铸造及合金材料研究工作。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 2003年第6期　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　　　　　　　—11—度定在730℃是因为炼油厂目前所用的阀门最3　高温阀门的主体材料高工作温度为730℃,所以,就以730℃为PⅢ　　从表1中可以看出,在PⅠ级时,321和级高温阀门的上限温度。将PⅣ级的上限温度321H型不锈耐热钢的压力2温度额定值数据最定为816℃是因为阀门设计时选用的基础标准高。在PⅡ级也是321和321H型不锈耐热钢ASMEB16134的压力2温度等级中提供参数的的压力2温度额定值数据最高。所以从选优的最高工作温度为1500u(816℃),再高无标准角度,首选应是321和321H型不锈耐热钢。的参数可选用。另外,温度超过816℃以后,然而321和321H均是轧材,而且在美国没有钢就接近进入了锻造温度区域了,此时金属处与之相对应的铸造合金的牌号。因为321其对于塑性变形区间,金属的可塑性好,难以承受应的铸造合金的牌号应是CF8Ti,CF8Ti是指高的工作压力和冲击力而保持不变形,故将C≤0108%的CF8型加钛(Ti)的不锈钢,它PⅣ级高温阀门的上限温度定为816℃。从PⅠ相当于我国的ZG0Cr19Ni11Ti。321H其对应级～PⅣ级,以华氏温度表示时,PⅠ级>800～的铸造合金的牌号应是CF10Ti,CF10Ti是指1000u,PⅡ级>1000～1200u,PⅠ级～PⅡ级C≤0110%的CF10型加钛的高碳级不锈耐热每一级的温度差均为200u。PⅢ级>1200～钢,其相当于我国的ZG1Cr18Ni9Ti。但由于1350u,PⅣ级>1350～1500u,PⅢ级～PⅣ级美国既是贫钛国,又是用钛大国(钛合金具有每一级的温度差均为150u。应用于PⅤ级高质量轻、强度高、耐高温及耐腐蚀等一系列优温的阀门必须采用特殊的设计手段,方能保证点,因而被广泛地用于高性能战斗机和火箭等阀门(作切断用阀门,而非调节型蝶阀类的阀军事装备上),所以,美国的稳定型铸造不锈门)在此温度区域正常工作。在816℃以上,耐热钢只用其较富有的合金元素铌(Nb,有阀门的工作温度的高低已不是关键参数了,因时也用Cb表示),即ASTMA351中的CF8C为采用的特殊设计手段的原理基本上是一样(CF8C中的C表示Cb),而没有含Ti的铸造的,所以,对PⅤ级高温阀门的工作温度不设不锈耐热钢。在不锈钢及不锈耐热钢中加钛和上限温度。铌的作用是一样的,都是用Ti或Nb稳定C,“严格定义”的高温阀门,其阀门的工作从而减少C与Cr反应生成Cr23C6,并起细化温度高于425℃,主体材料采用高温合金钢或晶粒,降低钢中的有害杂质和气体等作用。不锈耐热钢或Cr2Ni耐热合金。但在实际应用CF8C其对应的轧材钢号为347。我国是贫铌中,还经常说到阀门主体材料为WCB(或富钛国,又因铌的价格比钛高,但Nb抗烧损A105)的高温球阀、高温旋塞或高温蝶阀等。性优于Ti,故我国含Nb的不锈钢及不锈耐热需要指出它们是相对于用聚四氟乙烯和橡胶作钢主要用于制作不锈钢及不锈耐热钢的焊条。密封圈时讲的。例如,当球阀的工作温度高于在其他场合,很少用含Nb的不锈钢及不锈耐150～180℃时,就不能用聚四氟乙烯做阀座热钢,而广泛用的是含Ti的不锈钢及不锈耐了,这时就要用对位聚苯(工作温度t≤热钢。因此PⅠ级和PⅡ级高温阀门的主体材料320℃)或金属阀座了,此时称该球阀为“高可选用ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321温球阀”。同样,金属硬密封蝶阀相对于用橡和321H。胶或聚四氟乙烯做密封圈的软密封蝶阀来讲,　　但含Ti的不锈钢及不锈耐热钢的铸造性它们耐温高于用橡胶或聚四氟乙烯做密封圈的能差,Ti又易形成碳硫化钛夹杂物,降低钢的蝶阀,因而称其为“高温蝶阀”。所以,工作塑性和冲击韧性,并易形成刀口腐蚀等,所温度t≤425℃时的高温球阀、高温旋塞或高以,现在美国很少生产含Ti的321型不锈钢。温蝶阀,只是说它们是相对于软密封时为高有资料介绍,美国尽管仍保留了低碳级的温,而不是“严格定义”上的高温阀门。0Cr19Ni11Ti(321),但其产量仅占其不锈钢©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. —　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　12—2003年第6期〔1〕表1　常用的不锈耐热钢的压力2温度额定值比较各磅级的工作压力,磅/平方英寸(表压)工作温度材料150300400600900150025004500800u(427℃)CF8,304,304H804055408051210201533606050CF8M,316,316H804205658451265211035206335321,321H804506009001355225537606770CK220,310,310H8043558087513102185364065501000u(538℃)CF8,304,304H20320430640965160526254815CF8M,316,316H203504657001050175029155245321,321H203554757151070178529705350CK220,310,310H203454606851030172028655155(2)(2)(1)1200u(650℃)CF8,304,304H2015520531046577012852315(2)(2)(1)CF8M,316316H2018524537055592515452775(2)(1)321,321H2018524536555592515452775(2)(2)(1)CK220,310,310H2013518527541068511452055(2)(2)(1)1350u(732℃)CF8,304,304H206080125185310515925(2)(2)(1)CF8M,316,316H20951301902904808001440(2)(1)321,321H20851151702554307151285(2)(2)(1)CK220,310,310H206080115175290485875(2)(2)(1)1500u(816℃)CF8,304,304H1025355580135230410(2)(2)(1)CF8M,316,316H20405585125205345620(2)(1)321,321H20405075115190315565(2)(2)(1)CK220,310,310H1025355075130215385　　注:(1)仅用于焊连接阀门,法兰连接的额定值温度为1000u;(2)在温度超过1000℃工况,仅当碳含量等于高于0104%时才使用。的017%～115%www.bzfxw.com。因此,PⅠ级和PⅡ级通常选设计和生产时主要采用ASTMA217标准中用CF8、304和304H型不锈耐热钢。WC6和WC9这两种低Cr的Cr2Mo高温铸钢,　　表2中列出了阀门生产中所用的几种型号而其他型号的低铬(或低铬和镍)的Cr2Mo的Cr2Mo高温钢在800～1000u(427～铸钢较少使用。但因WC6和WC9的含Cr量538℃)时,即高温Ⅰ级(PⅠ)区间的压力2温较低,不具有抗硫腐蚀的性能,所以,仅适用度额定值。从表2中可见,在1000u于工作介质为水和蒸汽的工况中。(538℃)时,铸钢WC9的压力2温度额定值最C5(ASTMA217中铸钢铬五钼钢号,相高,铸钢WC6次之。用作阀门主体材料时,当于我国的ZG1Cr5Mo)具有一定的抗氧化、又由于它们的工作温度较其他钢号的高抗硫腐蚀及抗氢腐蚀的功能。在原苏联国家标(WC1≤450℃;WC4≤480℃;WC5≤500℃;准ГОСТ2176277的“推荐附录”中提出了WC6≤540℃;WC9≤570℃)。所以,在阀门20Х5ΜЛ(原苏联的铸钢铬五钼的钢号,相当〔1〕表2　常用的铬2钼高温钢的压力2温度额定值比较各磅级的工作压力,磅/平方英寸(表压)工作温度钢　　号150300400600900150025004500800u(427℃)WC4,WC5,F28051067510151525254042307610WC6,F11C112,F12C1128051067510151525254042307610WC9,F22C1138051067510151525254042307610C5,F580510675101515252540423076101000u(538℃)WC4,WC5,F220200270405605101016853035WC6,F11C112,F12C11220215290430650108018003240WC9,F22C11320260345520780130521703910C5,F52020026540059599516552985©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 2003年第6期　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　　　　　　　—13—于我国的ZG2Cr5Mo)的主要性能是在含有硫在PⅢ级和PⅣ级温度下,CF8M、316和化物热石油介质中耐蚀耐热600℃以下。该标316H型不锈耐热钢的压力2温度额定值数值最准又在其用途举例中明确指出它用于“在高(表1),所以,PⅢ级和PⅣ级高温阀门的主550℃以下承压的石油介质中工作的石油加工体材料可选用CF8M、316和316H型不锈耐设备配件、炉具、阀门以及其他零件”。这是热钢。CK220、310和310H型高Cr、Ni不锈对铸钢铬五钼阀门工作介质和工作温度及性能耐热钢(Cr25Ni20),由于其Cr、Ni含量高,在标准中所作出的最全面的权威叙述。由于铬在高温时其抗腐蚀和抗氧化性能均优于其他不五钼具有上述的功能,加之其成本较高铬镍的锈耐热钢,同时其在高温下抗蠕变性能及抗高不锈耐热钢低,所以,在阀门生产中铸钢铬五温断裂的应力等也优于其他的不锈耐热钢。但钼是在Cr2Mo系高温铸钢中应用最多的钢号。在1500u时,310的“不加火压力容器”的最因此,WC6、WC9(用于介质为水和蒸大许用应力最低(表3),材料价格高。通常汽)和C5(用于介质为水和蒸汽及油品)等军工及科研用PⅣ级高温阀门多倾向选用CK2也是PⅠ级高温阀门的主体材料之一。20、310和310H型高Cr、Ni不锈耐热钢。〔2〕表3　常用的不锈耐热钢在(1500u)816℃时高温力学性能钢　　　　号304316321347310屈服强度(MPa)781611214941511311极限抗拉强度(MPa)14418172141411316812E(抗压)(GPa)12418131171311713318131弹性模量G(剪切)(GPa)5151174949164716在10000h内产生1%伸长的平均应力(MPa)10131615101313182017www.bzfxw.com816℃48136211481362117518在100h产生断裂的平均应力(MPa)871℃271641144813816℃27164813271627164114在1000h产生断裂的平均应力(MPa)871℃201720172716在10000h内导致断裂的平均应力(MPa)22142515151720在100000h内导致断裂的平均应力(MPa)151913148181314100h3415(310S)4515在1600u(871℃)的断裂特性(MPa)1000h1816(310S)271610000h917(310S)17123不加火压力容器的最大许用应力(抗拉数值)(MPa)51210136196191143:在(美国)“不锈钢手册”的原译文中翻译为“不受热”。　　以上介绍了各高温等级的阀门主体材料选高温蠕变等功能。通常用于防腐蚀的未采用抗用的钢号等,然而各高温等级的阀门内件、紧高温的特殊冶炼工艺措施的CF8和CF8M不〔4〕固连接件及填料和垫片等又有严格的要求且有锈钢,不宜用作抗高温的耐热不锈钢。很大的差异。4　结语　　高温阀门用不锈耐热钢(包括用于高温阀高温阀门的高温等级共分五级,即阀门工门的铬2钼高温铸钢)的化学成分设计和控制作温度t>425～550℃为PⅠ级,工作温度t>(工厂的内控标准),其铸造、冶炼及热处理技550～650℃为PⅡ级,工作温度t>650～术是关键,高温阀门的质量主要是所用的材料730℃为PⅢ级,工作温度t>730～816℃为的质量。在石化工业中使用的高温不锈耐热PⅣ级,工作温度t>816℃为PⅤ级。PⅠ级和钢,应采用电弧炉冶炼。在电弧炉冶炼时,应PⅡ级高温阀门的主体材料可选用对高温不锈耐热钢进行充分地脱硫和脱磷,除ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和渣及除气精炼、净化晶界和细化晶粒,提高抗321H或CF8、304和304H等不锈耐热钢。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. —　　　　　　　　　　　　　　　　　阀　　　门　　　　　　　　　　　　14—2003年第6期PⅠ级高温阀门若用于介质为水和蒸汽时,可参考文献选用WC6和WC9。若用于介质为水和蒸汽及油品时,可选用C5(ZG1Cr5Mo)等Cr2Mo高〔1〕　ASMEB16.34-1996,法兰、螺纹和焊连接的阀门〔S〕.温钢。PⅢ和PⅣ级可选用CF8M、316和316H〔2〕　(美)不锈钢手册〔M〕.北京:机械工业出版社,不锈耐热钢。PⅣ级也可选用CK220、310和1987.〔3〕　康喜范.我国低碳、超低碳奥氏体不锈钢的主要进展310H高铬镍不锈耐热钢。PⅤ级高温阀门可根〔J〕.重庆特钢.1993.(1).据其工作介质和工作压力及采用的特殊的设计〔4〕　吴国健,乐精华.国际通用的阀门主体用铸钢材料〔J〕.阀门.2001.(1).方法等选用合理的能满足该阀门使用的材料。〔5〕　杨源泉.阀门设计手册〔M〕.北京:机械工业出版但高温阀门使用的Cr2Mo系铸钢及不锈耐热社,1992.〔6〕　ГОСТ2176277特殊性能的高合金钢铸件牌号与技术要钢应采用电弧炉冶炼,并应采用抗高温的冶炼求〔S〕.工艺。(收稿日期:2003105105)诚聘　　本公司为新注册成立的外资企业,专业从事高品质工业自动阀门的研发、生产及销售,现诚聘相关专业技术人才。　岗　位www.bzfxw.com数额要　求主要工作内容销售工程师6名　工业自动化专业或相关专业大专以上学历,从事本专业工作　工程项目跟踪洽3年以上,具有销售经验,熟练使用计算机,有英文(或日文)谈;产品销售;售阅读能力后服务阀门结构设计2名　流体机械或机械专业本科以上学历,从事本专业工作5年以　蝶阀或球阀的研工程师上,具有蝶阀或球阀设计经验,熟悉各种标准,精通计算机制发图,有英文阅读能力,年龄40岁以下机械加工工艺1名　机械专业大专以上学历,从事本专业工作5年以上,具有蝶　阀门的加工工艺工程师阀或球阀机械零件加工和检验经验,熟悉各种标准,精通计算设计及产品检验机制图,有英文阅读能力,年龄45岁以下铸造工程师1名　铸造及热处理专业大专以上学历,从事本专业工作5年以　阀门的加工工艺上,具有蝶阀或球阀机械零件加工和检验经验,熟悉各种标设计及产品检验准,精通计算机制图,有英文阅读能力,年龄45岁以下自动控制工程1名　过程自动化专业本科以上学历,从事本专业工作5年以上,　电动执行器和气师熟悉各种电动执行器和气动执行器及附件,精通计算机制图,动执行器及附件的有英文阅读能力,年龄40岁以下选型及调试技术工人若干名专科以上学历,从事本专业工作3年以上,会计算机制图,能自动阀门的生产及简单阅读英文或日文资料。年龄35岁以下售后服务　　有意者请邮寄个人简历附近照1张及求职说明(详细说明个人的能力及成绩,同时说明爱好及希望得到的待遇等等)至马小姐收。所寄资料如未经录用恕不退还,恕不接待来电来访。北京华蝶阀门有限公司通信地址:北京朝阳区大屯路科学园邮电局10号信箱　邮　编:100105FAX:010-64830113©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.