鑄鋼閥門(mén)主體常用材料

                                上海申弘閥門(mén)有限公司

前言

    閥門(mén)是管路附件中十分重要的裝置，根據(jù)不同的閥門(mén)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，它的功能是接通或截?cái)嗔黧w通路、改變流體方向、調(diào)節(jié)流體的流量和壓力、阻止流體倒流以及釋放過(guò)剩壓力等。為了保證閥門(mén)能有效的實(shí)現(xiàn)這些功能，必須滿足許多條件。例如選擇合適的閥門(mén)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、材料等。其中材料的選擇是保證閥門(mén)使用功能的關(guān)鍵因素之一。由于各工業(yè)領(lǐng)域的特性不同，至使流體的溫度、壓力、物理化學(xué)性質(zhì)等均有各自的特點(diǎn)，從而使閥門(mén)材料的選擇十分復(fù)雜?？晒┲圃扉y門(mén)零件的材料，包括各種鑄鐵、鋼材、有色金屬及其合金，各種非金屬材料等等。為了減少供應(yīng)和儲(chǔ)備上的困難，在一定范圍內(nèi)使用的通用閥門(mén)材料已有了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定。例如JB/T 5300《通用閥門(mén) 材料》、SH 3064《石油化工鋼制通用閥門(mén)選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》中對(duì)通用閥門(mén)的主要零件應(yīng)選用何種牌號(hào)材料作了具體規(guī)定，某些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)產(chǎn)品的適用條件對(duì)一些閥門(mén)零件應(yīng)選用何種類(lèi)型的材料作了原則的規(guī)定。但是工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域其工況條件、介質(zhì)特性十分復(fù)雜，對(duì)于特殊工況條件，閥門(mén)材料的選擇還必須與用戶的使用經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合或通過(guò)試驗(yàn)、驗(yàn)證，確定合適的材料。

由于各工業(yè)領(lǐng)域的特殊性以及考慮流體的溫度、壓力、特性、腐蝕以及材料的資源、制造的工藝性等情況，所以材料的選擇原則總的有三個(gè)方面，即：滿足使用功能的要求，有良好的工藝性（冷、熱加工性能），有良好的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性即是要用盡可能低的成本制造出符合閥門(mén)功能的產(chǎn)品。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。應(yīng)用在礦山井下供水系統(tǒng)中。以上三個(gè)原則中滿足使用功能要求是主要的，也就是說(shuō)工藝性和經(jīng)濟(jì)性要服從使用功能的要求，在保證使用功能的前題下力求有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。十全十美的材料是沒(méi)有的。因此，選擇材料要根據(jù)具體情況綜合考慮，解決主要矛盾。

*章 鋼制閥門(mén)主體和內(nèi)件材料

    閥門(mén)的主體是指承受介質(zhì)壓力的閥體、閥蓋（或端蓋）、閘板（或閥瓣）。其中，閥體和閥蓋（端蓋）是承受介質(zhì)壓力的承壓件，閘板（閥瓣）是控制介質(zhì)流動(dòng)的控壓件。

    內(nèi)件是指接觸介質(zhì)的閥桿和閘板(閥瓣)、閥座兩者的密封面。

    承壓件的定義是：一旦它們失效，其所包容的介質(zhì)會(huì)釋放到大氣中的零件。因此，所用的材料必須能在規(guī)定的介質(zhì)溫度、壓力作用下達(dá)到相應(yīng)的力學(xué)性能、耐腐蝕性和良好的冷、熱加工工藝性。

    大多數(shù)閥門(mén)的閥體、閥蓋（端蓋）、閘板（閥瓣）形狀比較復(fù)雜，因此采用鑄件較多，只有某些小口徑閥門(mén)根據(jù)閥類(lèi)的不同或特殊工況的要求采用鍛件。

*節(jié) 鋼制閥門(mén)的主體材料

1、碳素鋼

    碳素鋼適用于非腐蝕性介質(zhì)，在某些特定的條件下，例如某些有腐蝕性的介質(zhì)在一定范圍內(nèi)的溫度濃度條件下也可采用碳素鋼。

碳素鋼的適用溫度范圍：-29~425℃。中石化標(biāo)準(zhǔn)SH 3064《石油化工鋼制通用閥門(mén)選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》規(guī)定碳素鋼制閥門(mén)的適用溫度范圍為-20~425℃，其下限定為-20℃的依據(jù)是GB 150《鋼制壓力容器》。但當(dāng)以WCB、WCC這兩種鋼作閥體、閥蓋、閘板（閥瓣）、支架時(shí)，這兩種鋼的適用溫度下限為-29℃。

常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料見(jiàn)表1-1。

                           常用的碳素鋼鑄件、鍛件材料                        表1-1

注：

（1）表1中WCA、WCB、WCC是按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)表示的牌號(hào)，ZG 205-415、ZG 250-485、ZG 275-485是按GB/T 5631鑄鋼牌號(hào)表示方法分別對(duì)應(yīng)WCA、WCB、WCC的牌號(hào)。UNS J02502、UNS J03002、UNS J02503是以美國(guó)金屬與合金統(tǒng)一系統(tǒng)編號(hào)方法，分別對(duì)應(yīng)WCA、WCB、WCC的牌號(hào)。

（2）表1中常用的是WCB鋼，其標(biāo)準(zhǔn)含碳量≤0.30%，但為了獲得優(yōu)良的焊接性能和力學(xué)性能，其含碳量應(yīng)控制在0.25%左右。

（3）殘留元素Cr、Ni、Mo、V、Cu也是必須控制并達(dá)標(biāo)，其殘留元素總量應(yīng)≤1%，但有碳當(dāng)量（CE）要求時(shí)此條不適用。

（4）當(dāng)閥門(mén)的連接端為焊連接時(shí)必須控制碳總量。ASTM A 216補(bǔ)充要求中規(guī)定了使用于不同場(chǎng)合的碳素鋼鑄件碳當(dāng)量的要求。但不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其工況條件，對(duì)碳當(dāng)量的要求也不同，如API 6D則要求爐前分析CE≤0.43，成品分析CE≤0.45。同樣為了保證焊接性能API 6D對(duì)焊接端的碳素鋼鑄件含碳量也作了規(guī)定，爐前分析CE≤0.23%，成品分析CE≤0.25%，硫磷含量≤0.035。碳當(dāng)量CE=C%+Mn%/6+（Cr+Mo+V）%/5+（Ni+Cu）%/15。

（5）ASTM A 105并不是我國(guó)的25號(hào)鋼或25Mn鋼，雖然其主要化學(xué)成分相當(dāng)于我國(guó)的25Mn鋼，但ASTM A 105對(duì)雜質(zhì)元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的關(guān)系和材料的熱處理都有控制要求。

（6）鍛鋼閥門(mén)是否需要進(jìn)行材料的力學(xué)性能檢測(cè)是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求決定的，對(duì)于低碳鋼只要化學(xué)成分合格，正火的熱處理工藝正確，其力學(xué)性能就是一定的，不像中碳鋼和高碳鋼可以按淬火后的不同回火溫度得到不同的力學(xué)性能。對(duì)于鍛造高壓閥門(mén)如PN16.0MPa、PN32.0MPa或更高壓力的鍛鋼閥由設(shè)計(jì)決定采用的材料應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能。根據(jù)所要求的力學(xué)性能確定回火溫度以達(dá)到材料的性能符合設(shè)計(jì)要求。

2、不銹鋼

2.1奧氏體不銹鋼

閥門(mén)中常用的不銹鋼是奧氏體不銹鋼，適用溫度范圍很廣，低溫可用于-296℃（液氦），高溫可達(dá)到816℃，常用的溫度范圍為-196℃（液氮）至700℃。

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。因此，奧氏體不銹鋼廣泛用于制作耐腐蝕閥門(mén)、高溫閥門(mén)和低溫閥門(mén)。

    奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性是相對(duì)的，不是什么樣的腐蝕介質(zhì)它都能承受。金屬的腐蝕現(xiàn)象或所謂的耐腐蝕性是根據(jù)腐蝕性介質(zhì)的種類(lèi)、濃度、溫度、壓力、流速等環(huán)境條件，以及金屬本身的性質(zhì)，即含有成分、加工性、熱處理等諸因素的差異而分別有不同的腐蝕狀態(tài)和腐蝕速度。例如不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可是因?yàn)楦g環(huán)境或使用條件的不同，也可能發(fā)生意想不到的腐蝕破壞事故。因此，應(yīng)充分地了解腐蝕介質(zhì)和耐腐蝕材料，才能選擇合適的耐腐蝕材料。

2.1.1金屬的腐蝕形態(tài)

金屬的腐蝕形態(tài)可分為兩大類(lèi)：均勻（全面）腐蝕和局部腐蝕，均勻（全面）腐蝕包括全面成膜腐蝕和無(wú)膜腐蝕。

（1）全面成膜腐蝕：腐蝕在金屬的全部或大部分面積上進(jìn)行，而且生成保護(hù)膜，具有保護(hù)性。例如：碳素鋼在稀硫酸中腐蝕很快，當(dāng)硫酸濃度大于50%時(shí)，腐蝕率達(dá)到大值，此后濃度再繼續(xù)增大腐蝕率反而下降。這是由于濃硫酸的強(qiáng)氧化性，在鋼鐵的表面生成一層組織致密的鈍化膜，這種鈍化膜不溶于濃硫酸，從而起到了阻礙腐蝕作用。

（2）無(wú)膜腐蝕：無(wú)膜全面腐蝕很危險(xiǎn)，因?yàn)樗３忠欢ㄋ俣热孢M(jìn)行腐蝕。

    （3）局部腐蝕：局部腐蝕的形態(tài)有十三種，如縫隙腐蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕等等。據(jù)調(diào)查，化工裝置中局部腐蝕約占70%。在諸多局部腐蝕的形態(tài)中與閥門(mén)制造有關(guān)且常見(jiàn)的是晶間腐蝕。

    一般對(duì)均勻腐蝕的程度用腐蝕率表示，但如何評(píng)價(jià)則有不同規(guī)定。

    按《石油化工企業(yè)管道設(shè)計(jì)器材選用通則》規(guī)定，介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率，管道金屬材料的耐腐蝕能力可分為下列四類(lèi)：

年腐蝕率不超過(guò)0.05mm的材料為充分耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.05~0.1mm的材料為耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.1~0.5mm的材料為尚耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率超過(guò)0. 5mm的材料為不耐腐蝕性材料。

    《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》對(duì)均勻（全面）腐蝕的耐蝕性用均勻腐蝕率來(lái)評(píng)價(jià)，見(jiàn)表1-2。

                             耐蝕性能的評(píng)價(jià)                        表1-2

據(jù)《金屬防腐蝕手冊(cè)》（中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)）對(duì)金屬材料耐腐蝕性規(guī)定見(jiàn)表1-3。

                          金屬材料耐腐蝕性的10級(jí)標(biāo)準(zhǔn)                表1-3

（4）晶間腐蝕：局部地沿著結(jié)晶粒子邊界向深度方向腐蝕的形式稱(chēng)晶間腐蝕。這種腐蝕，外面看不出腐蝕跡象。嚴(yán)重的晶間腐蝕可以穿過(guò)整個(gè)機(jī)體厚度。

    產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于沿晶粒邊界析出碳化鉻Cr23C6或FeCr化合物——稱(chēng)σ相，使晶界周?chē)毟瘢谶m合的腐蝕介質(zhì)（產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)）中，就形成碳化鉻（陰極）——貧鉻區(qū)（陽(yáng)級(jí)）電池，使晶界貧鉻區(qū)產(chǎn)生腐蝕。

    由上述可看出晶間腐蝕是有條件的。其內(nèi)因是必須有碳化鉻或σ相沿晶界析出使晶界貧鉻。其外因是必須有腐蝕貧鉻區(qū)的介質(zhì)。水和一些中性溶液并不腐蝕貧鉻區(qū)，所以即使存在貧鉻區(qū)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。如果晶界不貧鉻，即使有產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的內(nèi)因、外因缺一不可。

    產(chǎn)生貧鉻的原因：一是鋼水化學(xué)成分不合格，如碳高、鉻低或含鈦、鈮的不銹鋼中碳鈦比或碳鈮比不夠。二是熱處理工藝不正確或焊接或加工時(shí)加熱至碳化物析出溫度，而在900℃至400℃冷卻速度不夠快而析出碳化物造成貧鉻。

2.1.2控制晶間腐蝕的方法

    控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕有三種方法：

    （1）執(zhí)行正確的熱處理工藝，將鋼加熱至1100℃水淬（急冷）使碳化物向固溶體中溶解。但是，

不同牌號(hào)的奧氏體不銹鋼其淬火加熱溫度不完全都是1100℃，執(zhí)行中要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（2）加入固定碳的元素鈦或鈮；

    （3）采用含碳量≤0.03%的超低碳不銹鋼。

2.1.3晶間腐蝕檢驗(yàn)

晶間腐蝕檢驗(yàn)的前題是試樣的化學(xué)成分合格并經(jīng)固溶處理。晶間腐蝕檢驗(yàn)用的試片是80×18×3（長(zhǎng)×寬×厚），上下兩平面磨至Ra0.8的薄片，并分為敏化狀態(tài)試片和交貨產(chǎn)品狀態(tài)試片兩種。

敏化試片：將試片在650℃下加熱，保溫2小時(shí)（壓力加工件）或1小時(shí)（鑄件）空冷。之所以在650℃加熱是因?yàn)閵W氏體不銹鋼在500~700℃碳化鉻易沿晶界析出造成晶界貧鉻從而在產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)中發(fā)生晶間腐蝕。

交貨產(chǎn)品試片：即試片經(jīng)固溶處理，實(shí)際上是和鑄件一同處理的試樣上取下來(lái)的試片。

判別：試片在酸中浸泡后彎曲90°（鑄件）或180°（鍛件）若有裂紋則不合格。不合格時(shí)鑄件要重新處理，然后再作試驗(yàn)，但固溶處理的次數(shù)不得超過(guò)兩次。

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是很?chē)?yán)重的，因此一定要按合同要求或按執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)生產(chǎn)不銹鋼閥門(mén)。

常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-4。

2.1.4奧氏體不銹鋼作高溫鋼用

高溫是指溫度超過(guò)350℃以上，高溫用鋼是指在高溫下具有較高強(qiáng)度的鋼材。在石油化工裝置里，高溫并伴有腐蝕的場(chǎng)合就必須使用既耐高溫又耐腐蝕的材料。不銹鋼18Cr—8Ni、25Cr—20Ni的高溫強(qiáng)度高，特別是18—8Ti、18—8Nb等合金元素影響使耐高溫性能更為*。一般在沒(méi)有耐腐蝕性問(wèn)題的場(chǎng)合，在規(guī)定范圍內(nèi)，含碳量高的不銹鋼，其高溫強(qiáng)度也高。若在18—8鋼內(nèi)添加Mo、Nb、Ti等元素可強(qiáng)化基體，Nb、Ti則形成碳化物，從而可改善高溫強(qiáng)度。具體何種牌號(hào)的不銹鋼其高使用的溫度值，要查材料的溫壓表。

2.2馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼是一種鉻不銹鋼，其金相組織為馬氏體，可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，具有良好的力學(xué)性能和高溫抗氧化性。該鋼種在大氣、水和弱腐蝕介質(zhì)如加鹽水溶液、稀硝酸及某些濃度不高的有機(jī)酸，在溫度不高的情況下均有良好的耐腐蝕性。但該鋼種不耐強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸、濃硝酸等的腐蝕，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蝕性介質(zhì)。由于鉻不銹鋼可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，因此為了避免強(qiáng)度過(guò)高產(chǎn)生脆性，應(yīng)采用正確的熱處理工藝。如ASTM A 217 CA15規(guī)定其低回火溫度為595℃。

常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-5。

2.3奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼

雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕破壞性好，適用于含氯離子環(huán)境的腐蝕，并具有較高的強(qiáng)度，常用于化肥、煉油、海上采油、海水淡化等工況條件。

目前制造閥門(mén)主體（承壓件）的雙相不銹鋼材料大多采用美國(guó)材料，常用的奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-6。

3、鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼

鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼主要用在高溫、高壓的場(chǎng)合，要求鋼在高溫下具有較好的抗蠕變強(qiáng)度和抗高溫氧化性，適用溫度-29~650℃，主要用于火力發(fā)電的高溫、高壓蒸汽，煉油企業(yè)的石油裂解、催化裂化、加氫等含有硫化物、氫腐蝕的石油介質(zhì)。例如催化系統(tǒng)采用5Cr—0.5Mo鋼，加氫系統(tǒng)溫度較低的采用1.25Cr—0.5Mo鋼，溫度較高的加氫裂化、加氫脫硫煤液化等裝置中采用2.25Cr—1Mo鋼。

在Cr—Mo鋼中需要說(shuō)明的是ZG1Cr5Mo，過(guò)去稱(chēng)鑄鋼鉻5鉬（ZGCr5Mo）用該鋼制作的閥門(mén)習(xí)慣上都稱(chēng)鉻5鉬閥，可是鑄鋼鉻5鉬這個(gè)牌號(hào)在1999年以前即無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也無(wú)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以來(lái)各制造廠均參照前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制訂自己的工廠標(biāo)準(zhǔn)其牌號(hào)為ZGCr5Mo，其含碳量為0.15~0.25%，因此實(shí)際牌號(hào)應(yīng)定為ZG2Cr5Mo。中石化在制訂SH 3064-94《石油化工鋼制通用閥門(mén)選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照J(rèn)IS G 5151中的SCPH61、BS 3100中的B5、ASTM A 217中的C5及我國(guó)GB/T 1221中的1Cr5Mo的化學(xué)成分將這種材料定為ZG1Cr5Mo，但同樣只有牌號(hào)并無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它的化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱處理規(guī)范等。70年代末引進(jìn)裝置中這類(lèi)閥門(mén)的材料為ASTM A 217 C5，從化學(xué)成分上看相當(dāng)鑄鋼1鉻5鉬，故建議用ASTM A 217 C5來(lái)制造這類(lèi)閥門(mén)，一直到1999年在制訂JB/T 9625《鍋爐管道附件承壓鑄鋼件 技術(shù)條件》時(shí)才將ZG1Cr5Mo納入該標(biāo)準(zhǔn)中。

ZG1Cr5Mo稱(chēng)5Cr—0.5Mo鋼，這種鋼具有良好的抗石油裂化過(guò)程介質(zhì)腐蝕的性能，對(duì)含有硫化物的熱石油介質(zhì)耐蝕性良好，具有抗氫腐蝕的能力，并有良好的熱強(qiáng)性。

ZG1Cr5Mo制造工藝性較差，易產(chǎn)生鑄造裂紋，焊接時(shí)熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織而產(chǎn)生明顯的脆化，所以要制訂正確的焊接工藝，焊前需進(jìn)行預(yù)熱，焊后需進(jìn)行熱處理，一般預(yù)熱溫度300~400℃，焊后熱處理溫度740~760℃。

常用的鉻—鉬、鉻—鉬—釩鋼鑄件、鍛件材料見(jiàn)表1-7。

表1-4                                              常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料

續(xù)表1-4                                             常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料     

表1-5                                                  常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料       

表1-6                                                  常用奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料             

表1-7                                                    常用鉻-鉬鋼、鉻鉬釩鋼鑄件、鍛件材料                

4、低溫鋼

   一般低溫指小于-29～-196℃范圍內(nèi)，小于-196～-269℃為超低溫范圍。石化企業(yè)規(guī)定低于-20℃就算低溫。一般碳素鋼、低合金鋼、鐵素體鋼在低溫下韌性急劇下降，脆性上升，這種現(xiàn)象稱(chēng)材料的冷脆現(xiàn)象。為了保證材料的使用性能，不僅要求材料在常溫時(shí)有足夠的強(qiáng)度、韌性、加工性能以及良好的焊接性能，而且要求材料在低溫下也具有抗脆化的能力。另外材料在低溫時(shí)會(huì)發(fā)生收縮，各個(gè)零件收縮率不同是致使某些密封部位發(fā)生泄漏的原因。此外，奧氏體不銹鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體而引起體積變化導(dǎo)致閥門(mén)泄漏也是一個(gè)重要原因。因此，要研究閥門(mén)各部位零件的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以防止低溫時(shí)產(chǎn)生間隙而泄漏。

4.1常用氣體的液化溫度

幾種常用氣體的液化溫度（一個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)）見(jiàn)表1-8

表1-8                              常用氣體的液化溫度 

4.2美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的低溫鑄鋼、鍛鋼

適用于低溫下的鋼材要求在低溫下有足夠的韌性，衡量其韌性的指標(biāo)是在低溫下的沖擊能量，不同類(lèi)型（或牌號(hào)）的低溫鋼適用于不同的低溫溫度。低溫閥門(mén)按適用的溫度劃分，分為-46℃、-70℃、-101℃、-196℃四個(gè)等級(jí)，不同溫度等級(jí)的閥門(mén)所選用的鋼材必須在其所適用的溫度下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖擊能量才是安全可靠的。

4.2.1  美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的低溫鑄鋼（鑄件）

美國(guó)低溫鑄鋼采用的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A 352《低溫受壓零件用鐵素體和馬氏體鑄件技術(shù)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料牌號(hào)、適用溫度及沖擊能量要求見(jiàn)表1-8和表1-9。

表1-8                          低溫鑄鋼件材料牌號(hào)和適用溫度 

表1-9                     低溫鑄鋼件材料夏比V型切口沖擊能量要求 

ASTM A 352中共有十個(gè)低溫鑄鋼牌號(hào)，其中常用的三個(gè)牌號(hào)分別是用于-46℃的LCB、LCC，用于的-101℃的LC3。對(duì)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，其低溫沖擊能量要求在JB/T 7749《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》中規(guī)定，在試驗(yàn)溫度為-196℃條件下夏比V型切口沖擊能量三個(gè)試樣小平均值為20~27牛頓每米（焦耳），三個(gè)試樣中一個(gè)試樣的小值為10~20牛頓每米（焦耳）。

4.2.2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的低溫鍛鋼（鍛件）材料

    美國(guó)低溫鍛鋼采用的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A 350《要求進(jìn)行缺口韌性試驗(yàn)的管道部件用碳素鋼與低合金鋼鍛件技術(shù)規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料牌號(hào)，適用溫度及沖擊能量要求見(jiàn)表1-10。

表1-10             低溫鍛件材料牌號(hào)適用溫度、夏比V型切口沖擊能量     

ASTM A 350中共有七個(gè)低溫鍛鋼牌號(hào)，其中兩個(gè)常用的牌號(hào)分別是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。對(duì)于-101℃以下至-196℃工況條件下一般采用奧氏體鋼鍛件，如F304、F316。

4.3中國(guó)低溫閥門(mén)用的低溫鋼鑄件和鍛件材料

我國(guó)低溫鑄鋼（鑄件）材料采用的標(biāo)準(zhǔn)是JB/T 7248《閥門(mén)用低溫鋼鑄件技術(shù)條件》，該標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了LCB、LC1、LC2、LC3四個(gè)牌號(hào)，等同采用ASTM A 352中相應(yīng)牌號(hào)與要求。至于低溫鋼鍛件目前尚無(wú)閥用低溫鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)，因此鍛造的低溫閥門(mén)其材料可直接采用ASTM A 350中的材料及技術(shù)要求。

4.4低溫沖擊試驗(yàn)

由于鋼材在低溫下韌性降低，特別是用鐵素體鋼如LCA、LCB、LCC、LC3等制造的低溫閥門(mén)承壓件，在低溫下有明顯的低溫脆性，若在低溫下使用，必須達(dá)到一定的韌性指標(biāo)才能使用。因此，這些材料要進(jìn)行低使用溫度下的沖擊試驗(yàn)，其試驗(yàn)方法按GB/T 4159《金屬低溫夏比沖擊試驗(yàn)方法》或ISO 148《鋼-夏比沖擊試驗(yàn)（V型切口）》或ASTM A 370《鋼制品機(jī)械測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》的規(guī)定。有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如API 6D）所有用于設(shè)計(jì)溫度低于-29℃的碳鋼、低合金鋼承壓部件都應(yīng)按ISO 148 或ASTM A 370進(jìn)行V型切口的沖擊試驗(yàn)。

4.5深冷處理

深冷處理是減少材料由于溫差和在低溫下金相組織改變而產(chǎn)生變形，從而提高閥門(mén)在低溫時(shí)的密封性能的一種處理方法。深冷處理的方法是將被處理的零件放入冷卻介質(zhì)中保溫一定時(shí)間，然后取出，當(dāng)零件溫度升至室溫后再重復(fù)進(jìn)行一次處理。一般用于-101℃以下的閥門(mén)，主要零件在精加工前（如密封面研磨前）對(duì)閥體、閥蓋、閘板（閥瓣）、閥桿、緊固件等進(jìn)行低于工作溫度下的深冷處理。對(duì)用于-101℃以上的低溫閥門(mén)，當(dāng)合同規(guī)定要作深冷處理時(shí)則也應(yīng)按要求作深冷處理。與本文相關(guān)的論文有：水用減壓閥在魯?shù)V集團(tuán)的應(yīng)用