閥門主體適宜溫度介紹

閥門主體零件適宜工作溫度介紹1概述閥門設計和選材時必須重點考慮的問題之一是閥門的工作溫度。為了規(guī)范閥門主體材料的適宜工作溫度，從各種類型的閥門用鋼和合金牌號的材料性能方面對我國石油化工、化工、化肥、電力及冶金等行業(yè)用的閥門主體材料的適宜工作溫度及相關要求作出了明確的規(guī)定，供閥門產(chǎn)品設計、制造及檢驗時用。另外，從技術管理和生產(chǎn)管理及物資采購等方面考慮，對每種類型的鋼應選用綜合性能良好的，不宜選用過多的鋼號和合金牌號，以防造成混亂。2低溫工況2.1超低溫閥門材料超低溫閥門〔-254(液氫)~-101°C(乙烯)〕主體材料必須選用面心立方晶格的奧氏體不銹鋼、銅合金或鋁合金，其熱處理后的低溫力學性能，特別是低溫沖擊韌性必須達到標準的要求。下列奧氏體不銹鋼可用于制造超低溫閥門。ASTMA351CF8M、CF3M、CF8和CF3，ASTMA182F316、F316L、F304和F304L，ASTMA433316、316L、304、304L和CF8D(蘭州高壓閥門廠設計，工廠標準代號GFQ81-93)。超低溫閥門的閥體、閥蓋、閘板或閥瓣等在精加工前，必須在液氮(-196°C)中進行深冷處理。2.2低溫閥門材料適用于低溫閥門(-100--30°C)的主體材料有低溫奧氏體不銹鋼和低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼。低溫用奧氏體不銹鋼有ASTMA351CF8M、CF3M、CF8和CF3,ASTMA182F316、F316L、F304和F304L,ASTMA433316、316L、304、304L和CF8D。低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼有ASTMA352LCA(-32°C)、LCB、LCC(-46°C)、LC1(-59°C)、LC2、LC211(-73°C)和LC3(-100°C)。ASTMA352標準中的材料初級價格較低，但是其冶煉時化學成分必須有可靠且要求十分嚴格的工廠內(nèi)控標準。其熱處理工藝復雜，需要多次作調(diào)質(zhì)處理，方能達到標準要求的低溫沖擊韌性的要求，生產(chǎn)周期長。低溫沖擊韌性達不到標準要求時，不允許投料作低溫鋼使用。因此，只有在生產(chǎn)批量大，并且可成爐冶煉時才采用，而在一般情況下選用奧氏體不銹鋼。3非腐蝕工況閥門工作介質(zhì)為水、蒸汽、空氣和油品等非腐蝕性物質(zhì)時，一般采用碳素鋼。閥門用碳素鋼系指ASTMA216標準中的WCB、WCC鑄鋼和ASTMA105鍛鋼。閥門用碳素鋼適宜工作溫度為-29-425°C。但是為了安全，考慮到介質(zhì)的工作溫度有可能波動，因此，一般碳素鋼的使用溫度不應超過400C。4腐蝕工況4.1鉻-鉬系高溫鋼閥門選用的Cr-Mo高溫鑄鋼主要是采用ASTMA217標準中的WC6、WC9和C5(ZGlCr5Mo)，其對應的軋材分別為ASTMA182中的F11、F22和F5。⑴低鉻級鉻-鉬鋼低鉻級鉻-鉬鋼有WC6、WC9、F11和F22，其適用的工作介質(zhì)為水、蒸汽和氫氣，不宜用于含硫油品。WC6和F11適宜工作溫度為-29-540°C,WC9和F22適宜工作溫度為-29-570°C。⑵鉻五鉬高溫鋼鉻五鉬高溫鋼有C5(ZG1Cr5Mo)和F5，其適用的工作介質(zhì)為水、蒸汽、氫氣和含硫油品等。C5(ZG1Cr5Mo)如果用于水蒸汽時，其最高工作溫度為600°C。用于含硫油品等工作介質(zhì)時，其最高工作溫度為550°C。因此，規(guī)定C5(ZG1Cr5Mo)的工作溫度為＜550°C。4.2不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼是指用于石化及化工、化肥行業(yè)中抗硝酸、硫酸、醋酸及有機酸等耐腐蝕性的鉻鎳或鉻鎳鉬不銹耐酸鋼。不銹耐酸鋼鑄鋼主要是采用ASTMA743或ASTMA744標準中CF8、CF8M、CF3、CF3M、CF8C、CD-4MCu和CN7M等，其對應的軋材分別為ASTMA182標準中的F304、F316、F304L、F316L、F347、F53及美國UNSN08020。⑴Cr-Ni不銹鋼Cr-Ni類不銹耐酸鋼有CF8、CF3、F304、F304L、CF8C和F347，其適用于工作介質(zhì)為硝酸等氧化性酸。其最高工作溫度W200°C。⑵Cr-Ni-Mo不銹鋼Cr-Ni-Mo類不銹耐酸鋼有CF8M、CF3M、F316和F316L，其適用于工作介質(zhì)為醋酸等還原性酸。CF8M，CF3M等可以代替CF8和CF3，但CF8、CF3不能代替CF8M和CF3M。所以，美國等國家不銹耐酸鋼閥門主要用CF8M、CF3M，其最高工作溫度W200C。⑶CN7M合金CN7M合金具有較好的全面耐蝕性，它廣泛地應用于苛刻的腐蝕條件下，包括硫酸、硝酸、氫氟酸和稀鹽酸、苛性堿、海水及熱的氯化物鹽溶液等，特別是可用于各種濃度和溫度W70C范圍的硫酸中。CN7M和UNSN08020合金使用溫度為-29?450C。⑷雙相不銹鋼雙相不銹耐蝕鋼(表1)為沉淀硬化不銹鋼，它們是在鐵素體的基體中含35%?40%的奧氏體，其屈服強度約為19Cr-9Ni奧氏體不銹鋼的2倍，并具有高硬度及良好的塑性和沖擊韌性。特別適合在既有磨蝕又有沖刷的腐蝕工作條件下使用，因而廣泛地應用于在氧化和還原的強酸工況中，在有氯的環(huán)境中有特殊的抗應力腐蝕開裂的性能。CD-4MCU、CD3MN、CE3MN和F53雙相不銹鋼使用溫度為-29?316C。表1雙相不銹鋼材料牌號對照牌號鑄材軋材板材棒材0Cr25-Ni5-Mo-CuA8901A〔CD4MCu〕00Cr22-Ni5-Mo3-NA8904AA182A240A479〔CD3MN〕F51S31803S3180300Cr25-Ni7-Mo4-NA8905AA182A240A479〔CE3MN〕F53S32750S327504.3耐蝕鎳基合金耐蝕鎳基合金閥門主要是選用ASTMA494標準中的鑄造蒙乃爾合金(M35-1)、鑄鎳合金(CZ-100)、英康乃爾合金(CY-40)、哈氏合金B(yǎng)(N-12MV、N-7M)及哈氏合金C(CW-12MW、CW-7M、CW-6MC、CW-2M)。用于耐蝕蒙乃爾合金閥門的蒙乃爾合金軋材主要為 UNSN04400(Monel400)和UNSN05500(MonelK500)。鑄鎳合金無對應的軋材，英康乃爾合金的軋材為Inconel600和Inconel625等。⑴蒙乃爾合金蒙乃爾合金(Monel)具有較高的強度和韌性，特別是具有優(yōu)異的抗還原酸及強堿介質(zhì)和海水等腐蝕的性能。因此，通常用于制造輸送氫氟酸、鹽水、中性介質(zhì)、堿鹽及還原性酸等介質(zhì)的設備和閥門，也適用于干燥氯氣、氯化氫氣、425°C高溫氯氣及450°C高溫氯化氫氣等介質(zhì)，但不抗含硫介質(zhì)和氧化性介質(zhì)(如硝酸及含氧高的介質(zhì))的腐蝕。整體是蒙乃爾合金的閥門材料代號為MM，內(nèi)件是蒙乃爾合金的閥門，殼體為碳素鋼時閥門材料代號為C/M、殼體為CF8時閥門材料代號為P/M、殼體為CF8M時閥門材料代號為R/M。蒙乃爾合金M35-1、Monel400和MonelK500合金的適宜工作溫度為-29-480°C。⑵鑄鎳合金鑄鎳合金(CZ-100)的化學成分為95%Ni和1.00%C，其無對應的軋材。當CZ-100用于高溫高濃度或無水堿溶液中時，具有優(yōu)異的耐蝕性能。CZ-100常用于在高腐蝕濃度(包括熔融無水苛性鈉)的氯堿生產(chǎn)中以及用于不能有銅和鐵等金屬污染產(chǎn)品的場合。鑄鎳合金CZ-100閥門的材料代號為Ni。CZ-100合金適宜工作溫度為-29-316°C。⑶央康乃爾合金英康乃爾合金(Inconel)CY-40和Inconel600(ASTMB564N06600)等主要用于抗應力腐蝕，尤其適用于高濃度的氯化物介質(zhì)，當Ni含量>45%時，對氯化物的應力腐蝕具有“免疫”效果。此外，它還能抗沸濃硝酸、發(fā)煙硝酸、含硫和釩的高溫氣體及燃燒物的腐蝕。Inconel合金已廣泛用于制造核動力工廠的鍋爐給水系統(tǒng)的部件，因為它比不銹鋼的安全性更高。同時，它還適用于需要高強度、高壓密封的高抗蝕性能，以及在高溫下具有抗機械磨損和抗氧化能力的工業(yè)生產(chǎn)中。如大化肥廠用Inconel600或Inconel625合金(為哈氏合金CW-6MC的軋材牌號)制造高壓(600-1500LB)高濃度氧氣閥門等。CY-40和Inconel600合金閥門的材料代號為In。適宜工作溫度為-29~650°C。⑷哈氏合金哈氏合金(Hastelloy)是商業(yè)名稱，它包括有一系列的合金牌號，用于耐蝕閥門上的主要是哈氏合金B(yǎng)(HastelloyB)和哈氏合金C(HastelloyC)這兩類。哈氏合金B(yǎng)(HastelloyB)的鑄造合金牌號在ASTMA494標準中為N-12MV(N-12M-1)及N-7M(有的資料稱之為N-12M-2，也稱它為Chlorimet2合金)，其軋材牌號為ASTMB335標準中的UNSN10665。哈氏合金B(yǎng)對各種濃度的鹽酸均耐蝕，對非氧化性鹽及酸亦耐蝕。哈氏合金B(yǎng)的耐蝕閥門，從耐蝕性及抗晶間腐蝕性考慮宜選用低碳級的哈氏合金B(yǎng)(N-7M)。哈氏合金的材質(zhì)代號閥門行業(yè)尚無規(guī)定，哈氏合金B(yǎng)閥門的材質(zhì)代號，可直接用其鑄造合金牌號來表示。哈氏合金B(yǎng)適宜工作溫度為-29°C~425°C。哈氏合金C(HastelloyC)的鑄造合金牌號為CW-12MW(有的資料稱之為CW-12M-1)和CW-7M(CW-12M-2，也稱它為Chlorimet3合金)及HastelloyC-276合金，其鑄造合金牌號為CW-6MC和HastelloyC-4合金，其鑄造合金牌號為CW-2M。鑄造哈氏合金CW-7M、CW-12MW、CW-6MC和CW-2M其對應的軋材牌號分別是UNSN10001、UNSN10003、UNSN10276和UNSN06455。哈氏合金C對氧化性溶劑、低濃度常溫的鹽酸和硝酸耐腐蝕。第一代HastelloyC(0Cr16Ni60Mo16W4)的特點是在強腐蝕的氧化性和還原性酸介質(zhì)中，具有優(yōu)良的耐蝕性能，但由于高鎳耐蝕合金為奧氏體組織，因為Ni降低了C在奧氏體中的固溶度等原因。所以，Ni-Mo系HastelloyB和Ni-Mo-Cr系的HastelloyC合金均存在較嚴重的晶間腐蝕傾向或敏感性，在高溫時還會導致應力腐蝕和縫隙腐蝕。為了克服晶間腐蝕，于是推出了第二代哈氏合金—— HastelloyC-276(C由0.03%降低到0.02%)及第三代哈氏合金C——HastelloyC-4，其特點是低Si(Si<0.08%)和超微C(C<0.015%),并降低了Fe和W的含量，加入了穩(wěn)定化的合金元素Ti等。哈氏合金C的耐蝕閥門，從耐蝕性及抗晶間腐蝕性考慮，宜選用哈氏合金 C-276(CW-6MC)及哈氏合金C-4(CW-2M)。哈氏合金C閥門的材料代號多，且性能和工作溫度差別大，所以CW-12MW、CW-7M、CW-6MC和CW-2M分別用HC-12、HC-7、HC-276和HC-4表示，或直接用其鑄造合金牌號來表示。哈氏合金CW-7M和UNSN10001合金的適宜工作溫度為-29-425°C,哈氏合金CW-12MW和UNSN10003合金的適宜工作溫度為-29-700°C,哈氏合金CW-6MC和UNSN10276合金的適宜工作溫度為-29-676°C,哈氏合金CW-2M和UNSN06455合金的適宜工作溫度為-29-425°C。4.4鈦合金鈦(Ti)具有強度高，質(zhì)量輕，足夠高的抗熱性和低溫韌性及良好的加工性能和焊接性能。用于閥門生產(chǎn)中主要是鑄造純鈦和鍛造純鈦ZTA2。鈦對腐蝕性介質(zhì)因溫度等工況的不同而表現(xiàn)出耐蝕、不耐蝕甚至起火、爆炸等。因此，訂貨和設計選用時應對使用介質(zhì)的性質(zhì)(濃度、溫度等)給予明確的規(guī)定。鈦材質(zhì)的閥門在多種氧化性強腐蝕性介質(zhì)和中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性能。鈦在沸點以下且濃度＜80%的硝酸中均具有優(yōu)異的耐蝕性。而在發(fā)煙硝酸中當NO2含量超過2%而含水量不足時，鈦與發(fā)煙硝酸反應會發(fā)生爆炸，因此，鈦一般不用于含量80%以上的高溫硝酸。鈦在硫酸中不耐蝕，鈦在鹽酸中具有中等的耐蝕性。一般認為，工業(yè)純鈦可用于室溫時濃度7.5%、60°C時濃度3%及100°C時濃度0.5%的鹽酸中，鈦還可用于35°C時濃度30%、60°C時濃度10%及100°C時濃度3%的磷酸中。鈦在HF（氫氟酸）中不耐蝕，鈦在酸性氟化物溶液中也不耐蝕，鈦在硼酸和鉻酸中耐蝕，在氫碘酸和氫溴酸中可以使用。鈦可用于60C10%硫酸和90%硝酸的混酸，沸騰的1%鹽酸和5%硝酸的混酸以及室溫王水（注：王水是3體積的濃鹽酸和1體積的濃硝酸的混合物）中。鈦在室溫下各種濃度的氫氧化鋇、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中完全耐蝕，但不能用于沸騰的氫氧化鈉和氫氧化鉀中。堿中含氨會加劇鈦的腐蝕。鈦在自來水、河水和空氣中最高工作溫度為300C。鈦可用于海水中最高流速達20m/s,鈦在溫度＜120°C海水中有很高的耐蝕性，若溫度高于120°C,可能會產(chǎn)生點腐蝕和縫隙腐蝕。鈦除了蟻酸、草酸和較濃的檸檬酸（濃度》50%）外，鈦對所有的有機酸均具有優(yōu)異的耐蝕性，但有機酸中含水量過低（＜0.1%）時鈦易發(fā)生點腐蝕。鈦在碳氫化合物和氯化碳氫化合物中有優(yōu)異的耐蝕性。鈦在干氯氣中能發(fā)生劇烈反應生成TiCI4，并有著火的危險，但鈦在濕氯（含水量在0.3-1.5%）中具有很好的耐蝕性。鈦在20-160°C干燥的HCI中是穩(wěn)定的，但在濕氯化氫中鹽酸對鈦造成腐蝕。鈦在氯化物溶液中的點蝕電位較不銹鋼高，鈦抗氯離子的點蝕性能比不銹鋼好，因而鈦在氯化物溶液中獲得了廣泛的應用。在溫度＜80°C時鈦一般不會產(chǎn)生點蝕，但在高溫中等濃度的氯化物溶液（如100C的25%氯化鋁溶液、175°C的70%氯化鈣溶液、200°C的25%氯化鎂溶液和200°C的75%氯化鋅溶液）中較易發(fā)生點蝕。5高溫工況高溫工況閥門主要是指煉油廠用的高溫閥門。5.1亞高溫亞高溫是指閥門的工作溫度在 325-425°C區(qū)域。如果介質(zhì)是水和蒸汽時，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時，主要用具有抗硫化物腐蝕的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它們多用在煉油廠的常減壓裝置和延遲焦化裝置上，此時CF8、CF8M、CF3及CF3M材質(zhì)的閥門不是用于抗酸溶液腐蝕，而是用于含硫油品及油氣管路上。在此工況中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的最高工作溫度上限為450°C。5.2高溫I級閥門的工作溫度為425?550°C時為高溫I級（簡稱PI級）。PI級閥門的主體材料為ASTMA351標準中的CF8為基形的“高溫I級中碳鉻鎳稀土鈦優(yōu)質(zhì)耐熱鋼”。因PI級是特定的稱呼，在這里包含了高溫不銹鋼（P）的概念。因此，如果工作介質(zhì)為水或汽用高溫鋼C5（ZGlCr5Mo），但在這里不能稱它們?yōu)镻I級。5.3高溫II級閥門的工作溫度為550-650°C,定為高溫口級（簡稱為P口級）。P口級高溫閥門主要用于煉油廠的重油催化裂化裝置，它包含用在三旋噴嘴等部位的高溫襯里耐磨閘閥。P口級閥門的主體材料為ASTMA351標準中的CF8為基形的“高溫口級中碳鉻鎳稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。5.4高溫III級閥門的工作溫度為650-730C,定為高溫皿級