閥門內(nèi)件選用材料使用溫度

1、閥 門 內(nèi)件和密封面常用 的材質(zhì)閥門內(nèi)件通常是指閥瓣、閥座和閥桿，但在有些情況它也包括其它零件，如襯套、螺栓和螺母等。（注：'閥瓣這一名詞，對(duì)于大多數(shù)型式的閥門，通用名詞把它叫關(guān)閉件。但也有例外，如就旋塞閥來(lái)說(shuō)，關(guān)閉件叫旋塞。）閥門的密封面主要是指閥瓣和閥座接觸面。常用的內(nèi)件材質(zhì)如表2-21、表2-22表 2-21閥 門 內(nèi) 件 常 用 的 材 質(zhì) 及 使 用 溫使用溫度使用溫度閥門內(nèi)件材使用溫度使用溫度上閥門的內(nèi)件下限上限質(zhì)下限限材質(zhì)/ C(T)/ C(T)/ C(T)/ C(T)304型不銹鋼268( 4316(600)440型不銹鋼-29( - 20427(800)316型不銹鋼

2、50)316(600)60RC)427(800)青銅268( 4232(450)17-4PH-40( - 40816(1500)因科鎳爾合50)649(1200)6號(hào)合金)427(800)金273( 4482(900)(Co - Cr)-273( - 4316(600)K蒙乃爾合金60)482(900)化學(xué)鍍鎳60)93(200)蒙乃爾合金-240( - 4371(600)鍍鋁-268( - 4204(400)哈氏特洛依00)538(1000)丁腈橡膠50)232(450)合金B(yǎng)-240( - 4316(600)氟橡膠-273( - 493(200)哈氏特洛依00)316(600)聚四氟乙烯6

3、0)93(200)合金C-240( - 4316(600)尼 龍-40( - 4082(180)鈦合金00)427(800)聚乙烯)鎳基合金-198( - 3氯丁橡膠-23( - 1020號(hào)合金25)416型不銹鋼-198( - 3-268( - 440RC25)50)-29( - 20-73( - 10)0)-198( - 3-73( - 1025)0)-46( - 50-40( - 40)-29( - 20)閥門密封面常用材料及適用介質(zhì)和允許使用的溫度范圍如表2-22 :表2-22閥門密封面常用材料及適用介質(zhì)材料代號(hào)常用工況適用閥類PN/Mpat/ C橡膠X< 0.1< 60截

4、止閥、隔膜閥、蝶閥、止回閥門等尼龍N< 32.0< 80球閥、截止閥等聚四氟乙烯F< 6.3< 150截止閥、隔膜閥、蝶閥、止回閥等巴氏合金B(yǎng)< 2.5-70150氨用截止閥陶瓷G< 1.6< 150球閥、旋塞閥搪瓷C< 1.0< 80截止閥、隔膜閥、止回閥、放料閥銅合金QSn 6-6-3HMn 58-2-2T< 1.6< 200閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥等不銹鋼2Cr13、3Cr13TDCr-2TDCrMnH< 3.2< 450中高壓閥門滲氮鋼38CrMoAIADP5410540電站閘閥、一般情況使用硬質(zhì)合金WC

5、 TiCY高溫閥、超高壓閥門TDCoCr-1TDCoCr-2按閥體材料確疋高壓、超高壓閥門高溫、低溫閥門在本鑄鐵W< 1.6< 100氣、油類用閘閥、截止閥等體優(yōu)質(zhì)碳素鋼< 4.0< 200油類用閥閥門上加1Cr18Ni9Ti工Cr18Ni12Mo2Ti< 32.0< 450酸類等腐蝕性介質(zhì)用閥門蒙乃爾合金KM石油化工閥門、低溫閥、蒙乃爾合金S按閥體材料確疋核閥哈氏合金 B石油化工閥、耐腐蝕閥、哈氏合金 C電站閥20號(hào)合金石油化工閥、耐腐蝕閥、核閥以下給出的是經(jīng)過短暫的調(diào)查，閥門內(nèi)件使用最頻繁的材料。1. 青銅使用最廣的青銅閥、鑄鐵 閥門和鋼閥門的最高工作溫

6、度在 280 C左右。適用介質(zhì)包括蒸汽、水、油、空氣 和天然氣輸送管線。閥瓣和閥門座也可以使用適當(dāng)牌號(hào)的青銅（閥桿用不銹鋼）可以適應(yīng)那些溫度極低的介質(zhì)，如液化氣、液態(tài)氧和液態(tài)氮。不含鋅的青銅，通常是鋁青銅。在特定的情況下也常被應(yīng)用。1. 鐵除閥桿用鋼制成，閥門的其余全部零件都用鐵制作（全鐵）。通常閥瓣和閥體兩者都有整體密封面。'全鐵閥門對(duì)于濃硫酸和碳?xì)浠衔锏幕旌纤峤橘|(zhì)來(lái)說(shuō)是一種比較經(jīng)濟(jì)的選擇，并且對(duì)于許多其它與工 業(yè)有關(guān)的化學(xué)液體如鹵水、氨水、酒精、洗滌液和氯化物溶液使用情況也很令人滿意。1. 鉻13不銹鋼這種材料廣泛地應(yīng)用于閥桿、閥座密封圈和閥瓣上。它使用在含有一定比例的潤(rùn)滑劑的介

7、質(zhì)，具有很高的 耐磨、抗擦傷、抗腐蝕和抗沖蝕等特點(diǎn)。它還有很強(qiáng)的抗氧化能力和抗熱硫化潤(rùn)滑油的腐蝕能力。這種材 料在油品和蒸氣管線上，工作溫度達(dá)到600 C的情況下已成功的使用了許多年。1. 鎳合金'鎳合金（這里指鎳、銅和錫合金的組合），用它做閥門座環(huán)；用鉻13不銹鋼做閥瓣，特別適合于沒有潤(rùn)滑劑，腐蝕性相對(duì)不大的氣體和液體介質(zhì)。其它的適用介質(zhì)包括過熱蒸汽和飽和蒸汽、天然氣、燃油、汽油和低粘度油。對(duì)于蒸汽來(lái)說(shuō)，工作介質(zhì)限制在450C以下，對(duì)于其它介質(zhì)限制在260 C以下。用組合鎳合金做閥座和閥瓣也適合于蒸汽、水和其它介質(zhì)使用。1. 奧氏體不銹鋼前面閥體材料里已經(jīng)介紹過奧氏體不銹鋼，以18-

8、8鉻一鎳為基礎(chǔ)的鋼材，廣泛地用在閥門內(nèi)件制造上。無(wú)論是在極強(qiáng)的腐蝕還是極高的溫度下，或者即強(qiáng)腐蝕又高溫下的介質(zhì)都適用。1.特種不銹鋼這些20'合金、耐熱鎳鉻鐵合金825 '和Carpenter 20cb3 '經(jīng)常被用來(lái)做閥門內(nèi)件。這些特種不銹鋼的內(nèi)件經(jīng)常用在普通不銹鋼閥門上，而且有時(shí)也只在鐵閥和鋼閥上。1.'蒙乃爾合金用這種合金做閥門內(nèi)件，大多數(shù)用在鐵閥和鋼閥上。其介質(zhì)多為海水，鹽溶液或蒸汽。1.'哈氏合金， B'和C'這些材料用在閥門內(nèi)件上的不多，而在整個(gè)閥門上經(jīng)常應(yīng)用。然而，介質(zhì)為硫酸或稀鹽酸時(shí)，有時(shí)用哈氏合金B(yǎng)'作為閥門內(nèi)件

9、材料，而哈氏合金C的典型應(yīng)用是在專用的氨閥和混合酸介質(zhì)的閥門內(nèi)件上。1.硬質(zhì)合金在閥瓣和閥體座上堆焊一層堅(jiān)硬的硬質(zhì)合金，這樣就可以使密封面具有很高的耐磨性和抗擦傷能力。這種 材料尤其適用于介質(zhì)溫度升高和干燥的場(chǎng)合。密封面的材料通常從鉆基和鎳基合金中挑選，而且與之相配對(duì)的表面通常鍍有相似的材料，但要有硬度差，以便在工作中減少擦傷。然而，相配的兩面并不總是都采用堆焊的型式，采用什么型式還要取決于所用硬 質(zhì)合金的性能。鉆基和鎳基硬質(zhì)合金的類似的性能規(guī)范可以從一些閥門制造商那里得到。選擇材料時(shí)要依靠許多評(píng)價(jià)因 素。一個(gè)重要的因素是所給的材料要能夠容易地附著在特定的零件上。1.塑料和合成橡膠塑料和合成橡

10、膠被使用在許多不同種類閥門的以一種型式或另一種型式布置的密封面和閥座上。應(yīng)用最廣泛的塑料材料是聚四氟乙烯(PTEF。在球閥和蝶閥中用它做閥座，在隔膜閥中用它做隔膜表面在許多種類的閥門中，聚四氟乙烯被用來(lái)做閥桿密封填料。作為閥座和密封件的材料，聚四氟乙烯是最好的；它幾乎能適用所有介質(zhì)，并且耐磨性很好，而且使用溫 度可達(dá)250C。經(jīng)常使用純的聚四氟乙烯，但在許多情況下，為了改善它的壓縮永久變形的性能，可加入 一些化學(xué)性質(zhì)不活潑的填料，如玻璃。聚四氟乙烯的抗化學(xué)腐蝕性質(zhì)使它成為一種很理想的隔膜材料。它的剛性和抗疲勞性質(zhì)也是有用的特性。 在多數(shù)使用隔膜的閥中，一層薄的聚四氟乙烯與合成橡膠基底聯(lián)合使用，

11、聚四氟乙烯與合成橡膠可以是分 離的，也可以是粘接的。在閥門內(nèi)件中應(yīng)用合成橡膠大多數(shù)是作為0'形圈、墊片、閥座和座襯套、隔膜和蝶閥的襯套。'0'形圈大量的用在閥桿密封上，最常用的材料是腈橡膠。碳一氟化合橡膠、乙烯丙基橡膠和硅橡膠， 尤其適合在高溫下使用。各種各樣的合成橡膠廣泛地應(yīng)用在閥座、襯套、隔膜和導(dǎo)套上?；揪酆衔锏幕峡梢缘玫礁鼜V泛的物理 和化學(xué)性能。以下是最常用的合成橡膠。天然橡膠丁基橡膠乙烯丙基橡膠氯丁橡膠腈橡膠苯乙烯一聚丁橡膠應(yīng)用塑料和合成橡膠作為閥門內(nèi)件材料的優(yōu)點(diǎn)是它具有很好的抗腐蝕性和抗沖蝕性，而且可以達(dá)到無(wú)漏損 密封。而這些材料的缺點(diǎn)是在使用中工作溫度受

12、到所用材料的限制。此外，給定的材料是否適用還要取決 于若干因素。閥門在嚴(yán)苛工況下設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)作者：大連誠(chéng)高科技股份有限公司孫娜董純策摘 要：本文闡述了控制閥在嚴(yán)苛工況下設(shè)計(jì)與制造的部分注意事項(xiàng)，主要針對(duì)高溫、高壓差、高流速及 氣蝕狀況下的閥門在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造的工藝需要設(shè)計(jì)人員考慮的幾個(gè)問題點(diǎn)。關(guān)鍵字：熱膨脹塑變振動(dòng)氣蝕閃蒸控制閥是過程控制工業(yè)里最常用的終端控制元件，控制閥調(diào)節(jié)流動(dòng)的流體，以補(bǔ)償負(fù)載擾動(dòng)并使得被控制 的過程盡可能地靠近需要的設(shè)定點(diǎn)，基于其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里的重要性，使得控制閥的設(shè)計(jì)及制造尤為 重要，特別是某些嚴(yán)苛的工況，如高溫、高壓差、高流速、氣蝕等，筆

13、者將從材料、結(jié)構(gòu)、制造等方面加 以論述。一、閥門材料的選擇1、金屬材料材料是至關(guān)重要的因素，如材料的性能、蠕變、熱膨脹率、抗氧化性、耐磨性、熱擦傷性及熱處理溫度 等，這些是首先應(yīng)注意的事項(xiàng)。在高溫（427° C）狀況下，蠕變和斷裂是材料破壞的主要因素之一，特別是碳素鋼，當(dāng)長(zhǎng)期暴露在427° C以上時(shí)，鋼中的碳化相可能轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，而?duì)于奧氏體不銹鋼只有當(dāng)含碳量超過0.4%時(shí)，才可以用于 528° C以上。因此，在高溫下使用時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算閥體材料的抗拉強(qiáng)度、蠕 變、高溫時(shí)效等參數(shù)。而對(duì)于閥內(nèi)件的設(shè)計(jì)，還應(yīng)該附加考慮材料在高溫的硬度、配合部件的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)向部件的熱硬

14、度差、彈性變形、塑性變形等。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)給予相應(yīng)的安全系數(shù)和可靠系數(shù)，以確保避 免在多因素下所產(chǎn)生的破壞。并要熟悉高溫下材料的蠕變率，以選取合適的應(yīng)力，使材料總的蠕變?cè)谡?使用壽命范圍內(nèi)不擴(kuò)展至斷裂或允許其產(chǎn)生微變形而不影響導(dǎo)向零件的正常使用。為避免閥內(nèi)件（閥芯、閥座）表面的磨損、沖蝕及氣蝕，高溫情況下要考慮材料的熱硬度，防止金屬硬 度變化。在高壓差下，流體的大部分能量集中于閥內(nèi)件進(jìn)行釋放，對(duì)閥內(nèi)件有超負(fù)載的可能，而高溫下， 大部分材料的機(jī)械性能變差，材料變軟，大大影響了閥內(nèi)件的使用壽命。因此，應(yīng)正確選擇合適的材料， 延長(zhǎng)閥門的使用壽命。另外，還要考慮高溫時(shí)效對(duì)材料物理性能的影響，如韌性和晶

15、間腐蝕的變化。當(dāng)使 用溫度達(dá)到或超過熱處理溫度時(shí)，閥內(nèi)件會(huì)產(chǎn)生退火，硬度降低等問題，為防止材料硬度發(fā)生變化，最高 溫度極限的選擇必須在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。而相同的介質(zhì)，在高溫狀況下，其分子的活動(dòng)性相對(duì)活躍，某 些具有一般腐蝕性的介質(zhì)可能對(duì)閥體及閥內(nèi)件金屬材質(zhì)帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕破壞，介質(zhì)以高速的離子狀態(tài)滲入 金屬內(nèi)部，使材料的特性發(fā)生改變，如熱膨脹性、晶間腐蝕等，因此，對(duì)材料的選擇，除了性價(jià)比之外， 還應(yīng)考慮多因素下所產(chǎn)生的失效性。高壓差、高流速情況下，即使溫度是常溫，也應(yīng)評(píng)估材料的特性，使材料可以滿足該工況。一般來(lái)說(shuō)， 常溫下，當(dāng)壓差超過 15bar時(shí)，應(yīng)將閥芯、閥座的材料由316SS調(diào)整為司太萊合

16、金堆焊或更高要求的合金，對(duì)于弱腐蝕性的介質(zhì)，可選用420QT （淬火+回火）、440QT等。高壓差、高流速會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的沖蝕或氣蝕，這對(duì)閥內(nèi)件材料的傷害非常大，因此，對(duì)閥體及閥內(nèi)件的材 料要求非常高，對(duì)于閥籠應(yīng)考慮使用不銹鋼表面滲氮（HRC70 ）處理，使之具有較強(qiáng)的耐沖蝕性，提高閥門流量的精度和使用壽命。高溫下材料的抗氧化能力，也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。在溫度循環(huán)變化中，所選用的材料應(yīng)避免發(fā)生材料 表面重復(fù)氧化，產(chǎn)生氧化皮等問題。一般情況下，奧氏體不銹鋼系、硬質(zhì)合金系及特種合金系的材料有較 好的高溫穩(wěn)定性，可根據(jù)不同的高溫工況選用合適的材料。2、非金屬材料一般的非金屬材料無(wú)法承受高溫（300&#

17、176;C以上），但柔性石墨可以承受700°C以上的高溫，因此高溫工況下，無(wú)論是靜密封還是動(dòng)密封，一般可以選取柔性石墨或復(fù)合材料，但應(yīng)注意摩擦系數(shù)會(huì)增大。二、閥門零部件的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)的選擇高溫高壓差閥門設(shè)計(jì)中，必須仔細(xì)考慮不同零部件的熱膨脹對(duì)閥內(nèi)件動(dòng)作的影響。當(dāng)高溫介質(zhì)流過閥門時(shí)，由于閥體的線膨脹系數(shù)往往小于閥座的線膨脹系數(shù)，所以閥體限制了閥座的徑向膨脹，閥座只能向內(nèi) 徑膨脹，使得在高溫下，閥芯與閥座的工作間隙小于常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門設(shè)計(jì)的間隙，造成閥內(nèi)件卡死。閥芯 與導(dǎo)向套也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。因此，閥門在高溫下使用時(shí)，常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門的設(shè)計(jì)間隙（包括閥芯、閥座間；導(dǎo)向套、閥桿間）應(yīng)當(dāng)適當(dāng)

18、增加，這樣使其在高溫下工作也不會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。因此間隙的設(shè)計(jì) 顯得非常重要，因材料，尺寸及溫度差等參數(shù)的確認(rèn)對(duì)設(shè)計(jì)人員非常重要，目前，可從ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范 H材料 D篇性能中得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。對(duì)泄漏量要求較高的場(chǎng)合下閥體和閥座盡量采用相同的合金鋼制造，并采用單座或籠式結(jié)構(gòu)，盡量避免采用雙座閥結(jié)構(gòu)，還要在密封面進(jìn)行硬化處理，以免高溫下閥門泄露量大幅度增加。另外還應(yīng)考慮閥體、 閥蓋及連接件承受由于高溫帶來(lái)的附加載荷造成的破壞。溫度的循環(huán)變化會(huì)使閥座和導(dǎo)向套松動(dòng)，因此必須采用密封焊和搭接焊來(lái)防松或壓緊結(jié)構(gòu)。閥座墊片的密封是在密封力大于墊片的屈服極限才能夠獲得，而在高溫、高壓及熱循環(huán)工況下，密

19、封材料發(fā)生蠕變而 產(chǎn)生滲漏，可采用整體閥座， 由閥體上直接制成閥座并使之硬化。對(duì)于大口徑閥門， 可在閥體上焊接閥座，去除墊片來(lái)避免不必要的泄漏。根據(jù)介質(zhì)的溫度高低，還要考慮填料函中填料可承受的溫度及執(zhí)行機(jī)構(gòu)可 承受的溫度。填料函結(jié)構(gòu)和使用溫度之間的關(guān)系：250 C以上，上閥蓋延伸，用較長(zhǎng)的閥蓋散熱片，以保持填料不受高溫的影響。450 C以上，上閥蓋加長(zhǎng)，用較長(zhǎng)的閥蓋散熱片，以保持填料不受高溫的影響。三、高溫高壓差周期性變化工況下密封結(jié)構(gòu)用于高溫周期性變化的閥座密封面結(jié)構(gòu)可采用自對(duì)中契狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用于零件膨脹造成密封線不圓及閥座的磨損，有自動(dòng)對(duì)中和補(bǔ)償作用。在高溫高壓差且溫度循環(huán)變化的情況下可有良好的密封效果，其密 封是依靠柔性閥座密封部位的彈性變形實(shí)現(xiàn)的。高溫情況下計(jì)算材料的密封比壓，應(yīng)考慮到其密封材料的強(qiáng)度極限、屈服極限在高溫情況下都有所下降，來(lái)選用合理的數(shù)值。四、高溫情況下，材料硬度的變化在高溫情況下，各種材料的硬度都有不同程度的下降，硬度下降增加了材料塑變和擦傷的可能。圖 是表面硬化材料鎢鉻硬質(zhì)合金、鉻硼合金及部分不銹鋼熱硬度比較。從圖1中可以看岀，416、440系列不銹鋼在溫度大于 700 °F( 371 C