閥門閥體常用材質性能詳解
閥門閥體常用材質性能詳解
閥門 主要零件的材質，首先應考慮到工作介質的物理性能（溫度、壓力）和化學性能（腐蝕性）等。同時，還應了解介質的清潔程度（有無固體顆粒）。除此之外，還要參照國家和使用部門的有關規(guī)定和要求。
許多種材料可以滿足閥門在多種不同工況的使用要求。但是，正確、合理的選擇閥門的材料，可以獲得閥門*經(jīng)濟的使用壽命和*佳的性能。
閥門的材質，種類繁多，適用于各種不同工況。現(xiàn)把常用的閥材質、內(nèi)件材質和密封面材質介紹如下。
閥常用的材質
1．灰鑄鐵 灰鑄鐵閥以其價格低廉、適用范圍廣而應用在工業(yè)的各個領域。它們通常用在水、蒸汽、油和氣體為介質的情況下，并廣泛地應用于化工、印染、油化、紡織和許多其它對鐵污染影響少或沒有影響到的工業(yè)產(chǎn)品上。
適用于工作溫度在–15～200℃之間，公稱壓力PN≤1.6MPa的低壓閥門。
2．黑心可鍛鑄鐵 適用于工作溫度在–15～300℃之間，公稱壓力PN≤2.5MPa的中低壓閥門。適用介質為水、海水、煤氣、氨等。
3．球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是鑄鐵的一種，這種鑄鐵，團狀或球狀石墨取代了灰鑄鐵中的片狀石墨。這種金屬內(nèi)部結構的改變使它的機械性能比普通的灰鑄鐵要好，而且不損傷其它性能。所以，用球墨鑄鐵制造的閥門比那些用灰鑄鐵制造的閥門使用壓力更高。適用于工作溫度在–30～350℃之間，公稱壓力PN≤4.0MPa的中低壓閥門。
適用介質為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品等。
4．碳素鋼（WCA、WCB、WCC）起初發(fā)展鑄鋼是為適應那些超出鑄鐵閥和青銅閥能力的生產(chǎn)需要。但由于碳鋼閥總的使用性能好，并對由熱膨脹、沖擊載荷和管線變形而產(chǎn)生應力的抵抗強度大，就使它的使用范圍擴大，通常包括了用鑄鐵閥和青銅閥的工況條件。
適用于工作溫度在–29～425℃之間的中高壓閥門。其中16Mn、30Mn作溫度為–40～400℃之間，常用來替代ASTM A105。適用介質為飽和蒸汽和過熱蒸汽。高溫和低溫油品、液化氣體、壓縮空氣、水、天燃氣等。
5．低溫碳鋼（LCB）低溫碳鋼和低鎳合金鋼可以用于低于零度的溫度范圍，但不能擴大使用到深冷區(qū)域。用這些材料制造的閥門適用于以下介質，如海水、二氧化碳、乙炔、丙烯和乙烯。
適用于工作溫度在–46～345℃之間的低溫閥門。
6．低合金鋼（WC6、WC9）低合金鋼（如碳鉬鋼和鉻鉬鋼）制造的閥門可以適用許多種工作介質，包括飽和和過熱蒸汽、冷的和熱的油、天然氣和空氣。碳鋼閥門的工作溫度可以用到500℃，低合金鋼閥可用到600℃以上。在高溫下，低合金鋼的機械性能比碳鋼要高。
適用于工作溫度在–29～595℃之間的非腐蝕性介質的高溫高壓閥門；C5、C12適用于工作溫度在–29～650℃之間的腐蝕性介質的高溫高壓閥門。
7．奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼大約含18%的鉻和8%的鎳。18-8奧氏體不銹鋼經(jīng)常用來使用在溫度過高和過低以及很強的腐蝕條件下作為閥體和閥蓋材料。以18-8不銹鋼為基體加入鉬并稍微增加鎳的含量，實質上就增加其抗腐蝕能力。用這種鋼制造的閥門可以大量地應用在化工上，如輸送醋酸、硝酸、堿、漂白液、食品、果汁、碳酸、制革液和許多其它的化工產(chǎn)品。
為了適用高溫范圍，進一步改變材料成分，在這不銹鋼內(nèi)加入鈮，就是我們所知的18-10-Nb，溫度可以用到800℃。
奧氏體不銹鋼通常用在很低的溫度下也不會變脆，所以用這種材料（如18-8和18-10-3Mo）制造的閥門很適于低溫下工作。例如輸送液態(tài)的氣體，象天然氣、沼氣、氧氣和氮氣。
適用于工作溫度在–196～600℃之間的腐蝕性介質的閥門。奧氏體不銹鋼也是非常理想的低溫閥門材料。
8．蒙乃爾合金‘蒙乃爾’是一種具有很好耐蝕性的高鎳—銅合金。這種材料經(jīng)常被用在輸送堿、鹽溶液、食品和許多無氣酸的閥門上，特別是硫酸和氫氟酸。‘蒙乃爾’合金非常適合于蒸汽、海水和海洋環(huán)境。主要適用于含氟氯酸介質的閥門中。
9．哈氏合金 主要適用于稀硫酸等的強腐蝕性介質的閥門中。
（1）‘哈氏’合金B(yǎng)
這種合金含有60%的鎳、30%的鉬和5%的鐵。它特別能抵抗無機酸的強腐蝕，‘哈氏’合金‘B’對于各種濃度的鹽酸可以用到沸點溫度，而對于硫酸來說，在腐蝕性*強的濃度下可以用到70℃。對于磷酸，它可以在各種條件下，而且‘哈氏’合金‘B’對于氯化銨、氯化鋅、硫酸鋁和硫酸銨也很適用。
在氧化性氣氛中，‘哈氏’合金‘B’可以用到大約800℃，在還原氣氛中，使用溫度可以更高一些。
（2）‘哈氏’合金C
這種合金是含有15%的鉻和17%的鉬的鎳基合金。在氧化和還原兩種氣氛下，它可以用到1100℃。它對于鹽酸、硫酸和磷酸有很好的抗腐蝕性。而且在許多情況下，它也可用于硝酸。
‘哈氏’合金‘C’對于氯化物、氫氯化物、硫化物、氧化鹽溶液和許多其它的腐蝕性介質有很強的抗腐蝕性。還特別適用于氫鹵酸類介質，例如氫氟酸。
10．鈦合金 主要適用于各種強腐蝕介質的閥門中。
11．鑄造銅合金 工業(yè)用的閥門很多是由有色金屬材料制成，主要是青銅和黃銅。制造閥門的青銅合金中銅、錫、鉛、鋅的比例通常為85:5:5:5或87:7:3:3。如果需要無鋅青銅，必須加以說明。青銅的物理強度、結構穩(wěn)定性、抗腐蝕性使它特別適合工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)用的青銅閥門的口徑可達100mm。
青銅閥常用在相對中等溫度的場合，有些牌號的青銅可用到280℃左右。在低溫方面，多數(shù)銅合金具有在很低的溫度下不變脆的特性，這使得青銅廣泛地應用在低溫工況下，例如液氧、液氮，其溫度在-180℃以下。
12．20號合金 在普通不銹鋼不能勝任的非常嚴格的情況下，使人*感興趣的一類鋼就是高合金不銹鋼。也許*常見的一種就是20號合金鋼。它含有29%的鎳、20%的鉻、外加鉬和銅。這種合金對于各種溫度和濃度的硫酸都有很強的抵抗能力。另外，在大多數(shù)情況下，它還可用于磷酸和醋酸介質，特別是有氯化物和其它雜質的場合。
13．雙向不銹鋼 雙向不銹鋼（鐵素體結構或奧氏體結構）的應用發(fā)展趨勢。這種鋼含有20%或更多的鉻和5%左右的鎳，以及一定量的鉬，這些合金的強度和硬度比普通的奧氏體不銹鋼好，而且在硫酸和磷酸的非常惡劣的工況下，抗局部腐蝕的能力很強。
主要適用于工作溫度在–273～200℃之間氧氣管路和海水管路用的閥門中。
14．塑料、陶瓷 這兩種材料都屬于非金屬。非金屬材料閥門的*大特點是耐腐蝕性強，甚至有金屬材料閥門所不能具備的優(yōu)點。一般適用于公稱壓力PN≤1.6MPa，工作溫度不超過60℃的腐蝕性介質中，無毒塑料閥門也適用于給水工業(yè)中。塑料、陶瓷閥門一般不能單獨作為閥體材料使用，需用鋼質材料作骨架，內(nèi)襯塑料、陶瓷，我們將在第六章中敘述。常用閥體材料見表1。
表1 常用閥體材料選用表
材 料 常 用 工 況 適 用 介 質
類 別 材 料 牌 號 代號 PN/Mpa t/℃
灰鑄鐵 HT200 Z ≤1.6 ≤200 水、蒸汽、油類等
HT250 氨≤2.5 氨≥-40
可鍛鑄鐵 KT30-6
KT30-8 K ≤2.5 300
氨≥-40
球墨鑄鐵 QT400-18
QT400-15 Q ≤4.0 ≤350
高硅鑄鐵 NSTSi-1S G ≤0.6 ≤120 硝酸等腐蝕介質
上等碳素鋼 ZG200、ZG250、WCA、WCB、WCC C ≤16.0 ≤425 水、蒸汽、油類等
氨、氮氫氣等
A3、10、20、25、35 ≤32.0 ≤200
鉻鉬合金鋼 12CrMo、WC6
15CrMo
ZG20CrMo I P5410 540 蒸汽類
Cr5Mo
ZGCr5Mo ≤16.0 ≤550 油類
鉻鉬釩合金鋼 12Cr1MoV
15Cr1MoV
ZG12Cr1MoV
ZG15Cr1MoV
WC9 V P5714 570 蒸汽類
鎳、鉻、鈦耐酸鋼 1Cr18Ni9Ti
ZG1Cr18Ni9Ti P ≤6.3 ≤200 硝酸等腐蝕介質
-100～-196 乙烯等低溫介質
≤600 高溫蒸汽、氣體等
鎳鉻鉬鈦耐酸鋼 1Cr18Ni12Mo2Ti
ZG1Cr18Ni12Mo2Ti R ≤20.0 ≤200 尿素、醋酸等
上等錳釩鋼 16Mn
15MnV I ≤16.0 ≤450 水、蒸汽、油品類
銅合金 HSi80-3 T ≤4.0 ≤250 水、蒸汽、氣體類
選擇閥門主要零件的材料，首先應考慮到工作介質的物理性能（溫度、壓力）和化學性能（腐蝕性）等。同時還應了解介質的清潔程度（有無固體顆粒）。除此之外，還要參照國家和使用部門的有關規(guī)定和要求。 許多種材料可以滿足閥門在多種不同工況的使用要求。但是，正確的、合理的選擇閥門的材料，可以獲得閥門*經(jīng)濟的使用壽命和*佳的性能。 在閥門零件材料的劃分中，*一般的方法是按殼體所使用的材料劃分：如鑄鐵閥，殼體材料用灰鑄鐵、可鍛鑄鐵或球墨鑄鐵制成的閥門；鋼閥，殼體用碳素鋼、合金鋼或不銹耐酸鋼制成的閃；鈦閥，殼體用鈦合金制成的閥門；銅閥，殼體用銅合金制成的閥門；鋁閥，殼體用鋁合金制的閥門；塑料閥，殼體用塑料制成的閥門；陶瓷閥，殼體內(nèi)襯有陶瓷的閥門，等等。5 ~( o1 d4 k7 Q
1、鑄鐵閥 鑄鐵閥以其價格低廉，制造工藝簡單，有較好的耐腐蝕性能，廣泛應用于國民經(jīng)濟各個部門，是水道、建筑設備、煤氣設備、船舶、消防設備、石油化工設備、煉鐵設備、食品加工設備等不可缺少的管路附件。鑄鐵閥的工作溫度范圍通常中從環(huán)境（室溫）溫度到225℃以下。但是，由于灰鑄鐵是脆性材料，限制了鑄鐵閥的使用范圍。 在鑄鐵閥門中，由于可鍛鑄鐵和球鑄鐵內(nèi)部顯微組織的改變，可鍛鑄鐵的組織近表層為鐵素體，中心部為珠光體，與軟鋼的組織大致相同。球墨鑄鐵是經(jīng)過添加元素和變質處理，且在鑄過程中獲得球狀石墨，因此，其力學性能比普通灰鑄鐵要好得多，其使用工作壓力可更高些。 通常，鑄鐵閥門的使用范圍規(guī)定如下：5 @1 ?+ ?* w# j6 u! D. C. O9 Z
（1）當用于公稱壓力PN≤1.0MPa，工作溫度為—10～200℃，工作介質為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品等，通常選用牌號為HT200、HT250、HT300、HT350的灰鑄鐵閥。2 A/ u2 _ {; ]
（2）當用于公稱壓力PN≤2.5MPa，工作溫度為—30～300℃，工作介質為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品等，通常選用牌號為KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10的可鍛鑄鐵閥。
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（3）當用于公稱壓力PN≤4.0MPa，工作溫度為—30～350℃，工作介質為水、海水、蒸汽、空氣、煤氣、油品等，通常選用牌號為QT400-15、QT450-10、QT500-7的球墨鑄鐵閥。 2、鋼閥 由于使用鋼材的種類不同，鋼閥所適用的介質也大不相同，盡管鋼閥的價格比較昂貴，但由于鋼是一種塑性材料，適用范圍廣，可以在多種介質中應用，如鎢、飽和蒸汽和熱蒸汽、高溫和低溫油品、液化氣體、腐蝕性強的介質等，因此應用非常廣泛。 碳鋼，由于其力學性能和綜合使用性能優(yōu)異，因此，其使用范圍更廣，通常還包括鑄鐵閥及青銅閥（廣泛應用于—180℃以下）使用的工況條件。一般在重要的設備、裝置和管道上都采用堅固可靠的鋼制閥門。在介質為可燃性氣體、液體，毒性氣體、液體，易燃易爆性介質，壓縮氣體，液化氣體，動力裝置的管道上，以及其它類似的場合，必須使用鋼制閥門。 特碳鋼和低鎳合金鋼可用于工作溫度低于零度的工況，但不能使用到深冷的區(qū)域。用這些材料制造的閥門，可能適用于海水、二氧化碳、乙炔、丙烯和乙烯等介質。 耐腐蝕鋼材包括不銹鋼、特種不銹鋼、“蒙乃爾”合金，哈斯特洛依“B”，哈斯特洛依“C”，不銹耐酸鋼等。 不銹鋼耐酸鋼閥門可以廣泛應用于化工和食品行業(yè)。如輸關醋酸、硝酸、硫酸、堿、西漂白液、食品、果汁、碳酸、制革液和其它許多化工產(chǎn)品的管路上。超低碳奧氏體不銹耐酸鋼閥門，通常用于在低溫下輸送液態(tài)氣體，如天然氣、沼氣、氧氣和氫氣等。特種不銹鋼閥門有很好的耐腐蝕性能，通常用于輸送各種溫度和濃度的硫酸的管道和裝置上。“蒙乃爾”合金閥門，主要用于輸送堿、鹽溶液，食品和許多無機酸，特別是硫酸和氫氟酸的管道和裝置上。此外，這類閥門還可用于蒸汽和海水的管道上。鎳閥，對于堿和鹽溶液具有極強的耐腐蝕能力，通常用在產(chǎn)品輸送中，要求確保高純度的工況。
