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调节阀厂家解析控制阀材料选择与应用!

日期:2019-09-15 来源:

气动调节球阀上海铠沃阀门专业研制,开发生产和销售气动调节球阀,产品结构先进,型号齐全。欢迎选购!

一、控制阀的选型



在现代化工厂的自动控制中,控制阀起着十分重要的作用。在这些工厂中,控制阀根据DCS和PLC输出的信号,控制阀内节流元件,改变阀的节流面积,从而达到调节管道内介质的压力、温度、流量和液位。

为了保证控制阀有效的实施这些功能,必须满足许多条件,例如:选择合适的控制阀类型、结构、材质等。其中材质的选择是十分重要的一个环节。

由于各个领域的特殊性,必须考虑介质的压力,温度、腐蚀以及材料的资源制造工艺性等情况,使材料的选择十分困难,但是总的材料选择有以下三个方面:

一、满足使用功能的要求

为了满足使用功能,就要根据控制阀的工作条件,即介质的温度、压力及介质性质。例如:有无腐蚀,有无颗粒以及各个零件所起的作用、受力情况等等来选择材料,而最最关键的是要保证控制阀在相应的环境中可靠的工作。

二、有良好的工艺性

工艺性主要包括铸造、锻造、切削、热处理、焊接等性能。

三、有良好的经济性

经济性即是要用尽可能低的成本制造出符合性能要求的产品。评价经济性的好坏,可以用价值与性能(功能)成本三者关系表示。

从上式可以看出,提高产品价值的三个途径:性能不变,降低成本,成本不变,提高性能,提高一定成本带来性能更大的提高。

特别需要说明的是工艺性、经济性要服从使用性能的要求,也就是说在保证使用性能的前提下,力求具有良好的工艺性和经济性。十全十美的材料是没有的,选材一定要综合考虑,解决主要矛盾。

第一节 阀体、阀盖的材料

阀体、阀盖是控制阀的重要零件之一,直接承受介质压力。是控制阀的承压件。承压件的定义是:一旦它们破坏,其所包容的液体会释放到大气中的零件。因此所选用的材料必须具有能在规定介质温度和压力作用下达到机械性能和良好的冷、热加工工艺性。

大多数控制阀门的阀体形状都比较复杂,因此一般采用铸件较多,只有某些小口径控制阀或特殊工况(如高压)要求采用锻件,形状简单的中小口径控制阀一般采用锻件或型材加工,因铸造、锻造、型材成本相近,能采用锻造和型材加工应优先采用锻造和型材,减少铸造缺陷。

一、碳素钢

使用于非腐蚀性介质,在某些特定条件下如在一定范围内的温度、浓度条件下也可用于某些腐蚀性介质,适用温度-29~425℃。

1. 碳素铸钢

目前国内采用的现行标准是GB/T 12229《通用阀门  碳素钢铸钢件技术条件》和ASTM A216《高温可熔焊碳钢铸件标准规范》。ASTM A216中的碳素铸钢有三个牌号WCA、WCB、WCC。GB/T 12229是参照ASTM A216制订的,其最新版本是GB/T 12229-2005,其碳素铸钢牌号按美国标准表示的,牌号为WCA、WCB、WCC,同时根据GB 5613铸钢牌号表示方法又分别对应于WCA、WCB、WCC的新牌号ZG 205-415、ZG250-485、ZG 275-485。

注意事项:

A:合格的铸件必须是化学成份合格,力学性能也合格,并且全面达到标准要求,特别是杂质元素的控制和碳当量CE的控制。

对WCA(ZG 205-415)、WCB(ZG250-485)CE≤0.5,WCC(ZG275-485)CE≤0.55,某些产品标准,如API 6D对CE的要求更加严格。否则影响焊接性能。

B:标准中规定的化学成份是最大值。在制造过程中为了获得良好的焊接性能又能达到标准中规定的力学性能必须制订化学成份的内控标准和对铸件,试棒进行正确的热处理。否则制造不出合格的铸件。例如WCB钢的含碳量标准规定≤0.3%如果冶炼出来的WCB钢含碳量为0.1%或更低从成份上看是合格的,但力学性能达不到要求。含碳量如果等于0.3%也合格但焊接性能差,含碳量的控制以0.22%至0.25%为最佳。

2. 碳素钢锻材

JB/T 7746《缩径锻钢阀门》执行GB 12228《通用阀门碳素钢锻件技术条件》。JB/T 450《PN16.0~32.0MPa锻造角式高压阀门、管件、紧固件技术条件》执行JB4726《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》。

制造锻造阀门主要承压件、阀体、阀盖的材料最常用的牌号是GB 699《优质碳素结构钢技术条件》中的20、25、30、35、40以及25Mn。

一般习惯上中压锻钢阀采用25号钢制作承压件。35号、40号用于制作PN16.0MPa、PN32.0MPa锻造角式高压阀承压件。PN14.0MPa的缩径锻钢阀承压件常用25或25Mn制作。

应注意锻件锻造后必须进行热处理,25号钢以下包括25号采用正火处理,30、35、40根据产品设计需要的力学性能采用正火或调质处理。

引进装置进入我国后,国外进口的锻造碳素钢阀门如800磅级锻钢阀采用的材料是ASTM A105《管道部件用碳钢锻件》其主要化学成份(%):C≤0.35  Mn:0.60~1.05  Si≤0.35  P≤0.04  S≤0.05

力学性能:σb(MPa)≥485 σS(MPa)≥250 δ%≥22ψ%≥30 HB≤187

注意事项:

A:ASTM A105并不是我国的25号钢或25Mn钢,虽然其主要化学成份相当于我国的25Mn,但ASTM A105对其杂质元素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。

B: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份合格,正火的热处理工艺正确,它的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机械性能。根据所要求的机械性能确定回火温度以达到材料的性能符合要求。

二、不锈钢

先介绍不锈钢分类

1)铁素体不锈钢:是C溶于α-Fe中,所形成的间隙固溶体,具有体心立方晶体结构,用F表示。

2)奥氏体不锈钢:是C溶于γ-Fe中,所形成的间隙固溶体,具有面心立方晶体结构,用A表示。

3)马氏体不锈钢:是C溶于α-Fe中的过饱和固溶体用M表示,具有体心立方晶体。

主要性能及成份


C

Cr

Ni

磁性

类型代号

铁素体

0.35以下

16~27

0

Cr17Mo2Ti

奥氏体

0.20以下

16以上

7以上

无(铸件有微磁)

0Cr19Ni9

马氏体

1.2以下

12~15

0

2Cr13

控制阀中常用的不锈钢是奥氏体不锈钢,使用温度范围很广,低温可用于-269℃(液氦)高温可达816℃,常用的温度范围为-196℃(液氨)至700℃。

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、高温抗氧化性和耐低温性能。因此,广泛用于制作耐腐蚀控制阀、高温控制阀和低温控制阀。

奥氏体不锈钢的耐腐蚀性是相对的,不是什么样的腐蚀介质它都能承受。金属的腐蚀现象或所谓的耐腐蚀性是根据腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境条件,以及金属本身的性质、即成份、加工性、热处理等诸因素的差异而分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。例如:不锈钢具有优良的耐腐蚀性能,可是因为腐蚀环境或使用条件的不同,也可能发生意想不到的腐蚀破坏事故。因此,应充分地了解腐蚀介质才能选择合适的耐腐蚀材料。

金属腐蚀形态可分为两大类:均匀(全面)腐蚀和局部腐蚀。

按《石油化工企业管道设计器材选用通则》规定,介质对金属材料的腐蚀速度,管道金属材料的耐腐蚀能力可分为下列四类:

(1)年腐蚀速率不超过0.05mm的材料为充分耐腐蚀材料;

(2)年腐蚀速率在0.05~0.1mm的材料为耐腐蚀性材料;

(3)年腐蚀速率0.1~0.5mm的材料为尚耐腐蚀性材料;

(4)年腐蚀速率超过0.5mm的材料为不耐腐蚀材料。

《腐蚀数据手册》对均匀(全面)腐蚀的耐蚀性用均匀腐蚀率来评价,如表1所示。

表1  耐腐蚀性能的评价

腐蚀率,mm/a

评    价

<0.05

0.05~0.5

0.5~1.5

>1.5

优良

良好

可用,但腐蚀较重

不适用,腐蚀严重

据《金属防腐蚀手册》(中国腐蚀与防护学会)规定如表2所示。

表2  金属材料乃腐蚀性的10级标准

耐蚀等级

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

腐蚀率,mm/a

<0.001

0.001~

0.005

0.005~

0.01

0.01~

0.05

0.05~

0.1

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