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文章摘要： 在現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，控制閥起著十分重要的作用。在這些工廠中，控制閥根據(jù)DCS和PLC輸出的信號(hào)，控制閥內(nèi)節(jié)流元件，改變閥的節(jié)流面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)管道內(nèi)介質(zhì)的壓力、溫度、流量和液位。......

在現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，控制閥起著十分重要的作用。在這些工廠中，控制閥根據(jù)DCS和PLC輸出的信號(hào)，控制閥內(nèi)節(jié)流元件，改變閥的節(jié)流面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)管道內(nèi)介質(zhì)的壓力、溫度、流量和液位。

為了保證控制閥有效的實(shí)施這些功能，必須滿足許多條件，例如：選擇合適的控制閥類型、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等。其中材質(zhì)的選擇是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

由于各個(gè)領(lǐng)域的特殊性，必須考慮介質(zhì)的壓力，溫度、腐蝕以及材料的資源制造工藝性等情況，使材料的選擇十分困難，但是總的材料選擇有以下三個(gè)方面：

一、滿足使用功能的要求

為了滿足使用功能，就要根據(jù)控制閥的工作條件，即介質(zhì)的溫度、壓力及介質(zhì)性質(zhì)。例如：有無(wú)腐蝕，有無(wú)顆粒以及各個(gè)零件所起的作用、受力情況等等來(lái)選擇材料，而最最關(guān)鍵的是要保證控制閥在相應(yīng)的環(huán)境中可靠的工作。

二、有良好的工藝性

工藝性主要包括鑄造、鍛造、切削、熱處理、焊接等性能。

三、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性能要求的產(chǎn)品。評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性的好壞，可以用價(jià)值與性能(功能)成本三者關(guān)系表示。

從上式可以看出，提高產(chǎn)品價(jià)值的三個(gè)途徑：性能不變，降低成本，成本不變，提高性能，提高一定成本帶來(lái)性能更大的提高。

特別需要說(shuō)明的是工藝性、經(jīng)濟(jì)性要服從使用性能的要求，也就是說(shuō)在保證使用性能的前提下，力求具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，選材一定要綜合考慮，解決主要矛盾。

節(jié) 閥體、閥蓋的材料

閥體、閥蓋是控制閥的重要零件之一，直接承受介質(zhì)壓力。是控制閥的承壓件。承壓件的定義是：一旦它們破壞，其所包容的液體會(huì)釋放到大氣中的零件。因此所選用的材料必須具有能在規(guī)定介質(zhì)溫度和壓力作用下達(dá)到機(jī)械性能和良好的冷、熱加工工藝性。

大多數(shù)控制閥門(mén)的閥體形狀都比較復(fù)雜，因此一般采用鑄件較多，只有某些小口徑控制閥或特殊工況(如高壓)要求采用鍛件，形狀簡(jiǎn)單的中小口徑控制閥一般采用鍛件或型材加工，因鑄造、鍛造、型材成本相近，能采用鍛造和型材加工應(yīng)優(yōu)先采用鍛造和型材，減少鑄造缺陷。

一、碳素鋼

使用于非腐蝕性介質(zhì)，在某些特定條件下如在一定范圍內(nèi)的溫度、濃度條件下也可用于某些腐蝕性介質(zhì)，適用溫度-29~425℃。

1、碳素鑄鋼

目前國(guó)內(nèi)采用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 12229《通用閥門(mén) 碳素鋼鑄鋼件技術(shù)條件》和ASTM A216《高溫可熔焊碳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。ASTM A216中的碳素鑄鋼有三個(gè)牌號(hào)WCA、WCB、WCC。GB/T 12229是參照ASTM A216制訂的，其版本是GB/T 12229-2005，其碳素鑄鋼牌號(hào)按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)表示的，牌號(hào)為WCA、WCB、WCC，同時(shí)根據(jù)GB 5613鑄鋼牌號(hào)表示方法又分別對(duì)應(yīng)于WCA、WCB、WCC的新牌號(hào)ZG 205-415、ZG250-485、ZG 275-485。

注意事項(xiàng)：

A：合格的鑄件必須是化學(xué)成份合格，力學(xué)性能也合格，并且全面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是雜質(zhì)元素的控制和碳當(dāng)量CE的控制。

對(duì)WCA(ZG 205-415)、WCB(ZG250-485)CE≤0.5,WCC(ZG275-485)CE≤0.55，某些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如API 6D對(duì)CE的要求更加嚴(yán)格。否則影響焊接性能。

B：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的化學(xué)成份是值。在制造過(guò)程中為了獲得良好的焊接性能又能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的力學(xué)性能必須制訂化學(xué)成份的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)鑄件，試棒進(jìn)行正確的熱處理。否則制造不出合格的鑄件。例如WCB鋼的含碳量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定≤0.3%如果冶煉出來(lái)的WCB鋼含碳量為0.1%或更低從成份上看是合格的，但力學(xué)性能達(dá)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%為。

2、 碳素鋼鍛材

JB/T 7746《縮徑鍛鋼閥門(mén)》執(zhí)行GB 12228《通用閥門(mén)碳素鋼鍛件技術(shù)條件》。JB/T 450《PN16.0~32.0MPa鍛造角式高壓閥門(mén)、管件、緊固件技術(shù)條件》執(zhí)行JB4726《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》。

制造鍛造閥門(mén)主要承壓件、閥體、閥蓋的材料的牌號(hào)是GB 699《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》中的20、25、30、35、40以及25Mn。

一般習(xí)慣上中壓鍛鋼閥采用25號(hào)鋼制作承壓件。35號(hào)、40號(hào)用于制作PN16.0MPa、PN32.0MPa鍛造角式高壓閥承壓件。PN14.0MPa的縮徑鍛鋼閥承壓件常用25或25Mn制作。

應(yīng)注意鍛件鍛造后必須進(jìn)行熱處理，25號(hào)鋼以下包括25號(hào)采用正火處理，30、35、40根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要的力學(xué)性能采用正火或調(diào)質(zhì)處理。

引進(jìn)裝置進(jìn)入我國(guó)后，國(guó)外進(jìn)口的鍛造碳素鋼閥門(mén)如800磅級(jí)鍛鋼閥采用的材料是ASTM A105《管道部件用碳鋼鍛件》其主要化學(xué)成份(%)：C≤0.35 Mn：0.60~1.05 Si≤0.35 P≤0.04 S≤0.05

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

注意事項(xiàng)：

A：ASTM A105并不是我國(guó)的25號(hào)鋼或25Mn鋼，雖然其主要化學(xué)成份相當(dāng)于我國(guó)的25Mn，但ASTM A105對(duì)其雜質(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。

B：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)成份合格，正火的熱處理工藝正確，它的力學(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)到的機(jī)械性能。根據(jù)所要求的機(jī)械性能確定回火溫度以達(dá)到材料的性能符合要求。

二、不銹鋼

不銹鋼分為以下三個(gè)種類

1)鐵素體不銹鋼：是C溶于α-Fe中，所形成的間隙固溶體，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，用F表示。

2)奧氏體不銹鋼：是C溶于γ-Fe中，所形成的間隙固溶體，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，用A表示。

3)馬氏體不銹鋼：是C溶于α-Fe中的過(guò)飽和固溶體用M表示，具有體心立方晶體。

主要性能及成份

控制閥中常用的不銹鋼是奧氏體不銹鋼，使用溫度范圍很廣，低溫可用于-269℃(液氦)高溫可達(dá)816℃,常用的溫度范圍為-196℃(液氨)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，廣泛用于制作耐腐蝕控制閥、高溫控制閥和低溫控制閥。

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)腐蝕介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流速等環(huán)境條件，以及金屬本身的性質(zhì)、即成份、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)才能選擇合適的耐腐蝕材料。

金屬腐蝕形態(tài)可分為兩大類：均勻(全面)腐蝕和局部腐蝕。

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)金屬材料的腐蝕速度，管道金屬材料的耐腐蝕能力可分為下列四類：

(1)年腐蝕速率不超過(guò)0.05mm的材料為充分耐腐蝕材料;

(2)年腐蝕速率在0.05~0.1mm的材料為耐腐蝕性材料;

(3)年腐蝕速率0.1~0.5mm的材料為尚耐腐蝕性材料;

(4)年腐蝕速率超過(guò)0.5mm的材料為不耐腐蝕材料。

《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)，如表1所示。

表1 耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)

據(jù)《金屬防腐蝕手冊(cè)》(中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì))規(guī)定如表2所示。

表2 金屬材料乃腐蝕性的10級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

局部腐蝕種類很多，這里只介紹晶間腐蝕。

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晶間腐蝕。這種腐蝕，外表看不出腐蝕跡象。嚴(yán)重的晶間腐蝕可以穿過(guò)整個(gè)機(jī)體厚度。

產(chǎn)品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σ相使晶界周圍貧鉻，在適合的腐蝕介質(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)極)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)成份不合格，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。

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;

(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。

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和25Cr-20Ni的高溫強(qiáng)度高，特別是18-8Ti和18-8Nb等合金元素影響更為。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。具體什么牌號(hào)的不銹鋼其使用溫度多少，要查材料的溫壓表。

1、不銹鑄鋼

制造閥體、閥蓋當(dāng)采用鑄件時(shí)常用的鑄鋼牌號(hào)為GB 12230《通用閥門(mén)奧氏體鑄鋼件技術(shù)條件》和GB 2100《不銹耐酸鋼鑄件技術(shù)條件》中的ZG00Cr18Ni10、ZG0Cr18Ni9、ZG1Cr18Ni9、ZG0Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti。

60年代初至70年代末我國(guó)的不銹鋼控制閥用的牌號(hào)只有兩個(gè)，而且這兩個(gè)牌號(hào)一直延用至今即ZG1Cr18Ni9Ti(材料代號(hào)P)和ZG1Cr18Ni12Mo2Ti(材料代號(hào)R)，引進(jìn)裝置出現(xiàn)后，CF3、CF8、CF3M、CF8M等才在控制閥制造中使用。(注：JB/T308-2004閥門(mén)型號(hào)編制方法中用P代表Cr-Ni系不銹鋼，R代表Cr-Ni-Mo系不銹鋼)。

目前不銹鋼閥的鑄造不銹鋼牌號(hào)為ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF8、CF3M、CF8M。

上述不銹鋼的寫(xiě)法，原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ZG0Cr18Ni9、ZG00Cr18Ni10、ZG1Cr18Ni9Ti等將含碳量≤0.03以00表示，含碳量≤0.08以0表示，含碳量≤0.12以1表示寫(xiě)在ZG的后面，新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12230-2005已將含碳量直接寫(xiě)在ZG的后面如ZG0Cr18Ni9寫(xiě)為ZG08Cr18Ni9、ZG00Cr18Ni10寫(xiě)為ZG03Cr18Ni10、ZG1Cr18Ni9Ti寫(xiě)為ZG12Cr18Ni9Ti等。

2、不銹鋼棒材和鍛件

國(guó)內(nèi)牌號(hào)的不銹鋼棒執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是GB 1220《不銹鋼棒》常用牌號(hào)為：1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2鍛件的牌號(hào)與棒材相同，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB 4728《壓力容器用不銹鋼鍛件》。

美國(guó)牌號(hào)的不銹鋼棒材和鍛材分別執(zhí)行ASTM A276《不銹鋼與耐熱鋼棒材和型材》和ASTM A182《高溫用鍛制或軋制合金鋼法蘭、鍛制管件、閥門(mén)和部件》。

常用棒材牌號(hào)為ASTM A276 304、304L、316、316L、321、347

常用鍛材牌號(hào)為ASTM A182 F304、F304L、F316、F316L、F321、F347

關(guān)于不銹鋼棒材和鍛材使用中的注意事項(xiàng)

(1)ASTM A276 304不等于ASTM A182 F304。304含Ni8.0~10.5%，F(xiàn)304含Ni8~11%。304L不等于F304L 。304L含碳≤0.03含Ni8~12%，F(xiàn)304L含碳≤0.03含Ni8~13%。316L不等于F316L。316L含碳≤0.03含Ni10~14%，F(xiàn)316L含碳≤0.03含Ni10~15%。

(2)不要認(rèn)為鑄材與相應(yīng)牌號(hào)的棒材化學(xué)成分是相同的。

例如：316L含Cr量16~18% 含Ni量10~14%

CF3M含Cr量17~21% 含Ni量9~13%

316含Cr量16~18% 含Ni量10~14%

CF8M含Cr量18~21% 含Ni量9~12%

304含Cr量18~20% 含Ni量8~10.5%

CF8含Cr量18~21% 含Ni量8~11%

304L含Cr量18~20% 含Ni量8~12%

CF3含Cr量17~21% 含Ni量8~12%

由以上看出如果用316或316L重熔變成CF8或CF3M往往含Cr量不夠。

三、高溫閥用鋼

這里說(shuō)的高溫閥是指用于火力發(fā)電，介質(zhì)為高溫、高壓蒸汽的閥門(mén)和用于煉油廠催化系統(tǒng)，介質(zhì)為有硫化氫腐蝕的石油介質(zhì)的閥門(mén)。

1、用于高溫、高壓蒸汽的閥門(mén)主體的鑄鋼材料采用以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

(1)JB/T 9625《鍋爐管道附近承壓件技術(shù)條件》，材料牌號(hào)如下：

(2)JB/T 5263《電站閥門(mén)鑄鋼件技術(shù)條件》材料牌號(hào)為WC1(0.5Mo)、WC6(1.25Cr-0.5Mo)、WC9(2.25Cr-1Mo)這三個(gè)牌號(hào)來(lái)自ASTM A217《高溫承壓件用馬氏體不銹鋼和合金鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。這三種鋼的使用溫度范圍，從ANSI B16.34溫壓表中查得的結(jié)果以及各控制閥制造廠根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)和使用場(chǎng)合推薦的使用溫度限制列于表3：

表3

注：WC1在468℃以上溫度區(qū)域使用時(shí)要考慮高溫下石墨化的可能性，WC6、WC9在565.5℃以上區(qū)域使用時(shí)要考慮生成氧化皮的可能性。

第二節(jié) 閥內(nèi)件材料

控制閥內(nèi)件(國(guó)外稱Trim)指閥芯、閥座、套筒、閥塞、閥桿及內(nèi)部小零件，如：填料、襯套、上下襯墊等，不同的控制閥，閥內(nèi)件名稱、要求也不盡相同。

控制閥內(nèi)件材料的選用原則是根據(jù)承壓件材料的情況，介質(zhì)特性，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，零件所起的作用以及受力情況綜合考慮的。

一、密封副材料

控制閥密封副的密封面是控制閥的主要工作面，選材是否合理以及它的質(zhì)量狀況直接影響控制閥的功能和壽命。

1、密封副中密封面的工作條件

由于控制閥用途十分廣泛，因此密封面的工作條件差異很大，壓力可以從真空到超高壓，溫度可以從-269~816℃，特殊場(chǎng)合可達(dá)1200℃，工作介質(zhì)從非腐蝕性介質(zhì)到各種酸堿等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。從密封面的受力情況來(lái)看，一般受擠壓力，大多數(shù)直行程控制閥在中低壓常溫條件下，密封副的材料是相同的。從摩擦學(xué)的角度來(lái)看，有腐蝕磨損，表面疲勞磨損，沖蝕擦傷等。因此，應(yīng)根據(jù)不同的工作條件選擇相適應(yīng)的密封面材料。

(a)腐蝕磨損

金屬表面腐蝕時(shí)產(chǎn)生一種氧化物，這層氧化物通常覆蓋在受到腐蝕作用的部位上，這樣就能減緩對(duì)金屬的進(jìn)一步腐蝕。但是，如果發(fā)生滑動(dòng)的話，就會(huì)清除掉表面的氧化物，使裸露出來(lái)的金屬表面受到進(jìn)一步腐蝕。

(b)表面疲勞磨損

反復(fù)循環(huán)加載和卸載會(huì)使表面下層產(chǎn)生疲勞裂紋，在表面形成碎片和凹坑，最終導(dǎo)致表面的破壞。

(c)沖蝕

材料損壞時(shí)有銳利的粒子沖撞密封副而產(chǎn)生的，經(jīng)沖撞的表面會(huì)劃出一些微小的溝槽，此溝槽所脫落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推離物體的表面。

(d)擦傷

擦傷是指密封面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，材料因摩擦引起的破壞。

2、密封副材料的要求

理想的密封副要耐腐蝕，抗沖蝕，耐擦傷，有足夠的擠壓強(qiáng)度，在高溫下有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性。密封副之間，密封副與本體有相近似的線膨脹系數(shù)，有良好的加工性能、焊接性能。

上述這些要求是理想狀態(tài)，世界上不可能有十全十美的材料，因此，選材要視具體情況解決主要矛盾。

3、 密封副材料的種類

常用密封副材料分為兩大類：軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料

(a)軟質(zhì)材料

軟質(zhì)材料一般為非金屬材料，如各種橡膠、尼龍、塑料等(見(jiàn)表4)

表4

注：

       (1)表中適用溫度范圍是這類產(chǎn)品的一般范圍，每種產(chǎn)品都有多種牌號(hào)，適用溫度也不盡相同。此外，使用場(chǎng)合不同推薦的使用溫度范圍也不同。

(2)表中的名稱是這類材料的統(tǒng)稱，每種都有幾個(gè)牌號(hào)，性能也不一樣如尼龍就有尼龍1010、尼龍6、尼龍66等等。丁睛橡膠有丁睛18、丁睛26、丁睛40等，選用時(shí)要注意不同牌號(hào)的性能。

(3)氟塑料具有冷流傾向，即應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)開(kāi)始流動(dòng)，例如聚四氟乙烯如果在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有考慮保護(hù)措施，在一定應(yīng)力下即會(huì)流動(dòng)、失效。

(4)表中的推薦適用的介質(zhì)范圍也是籠統(tǒng)得，應(yīng)用時(shí)要查這些材料與某種介質(zhì)的相容性數(shù)據(jù)。

(b)硬質(zhì)材料

硬質(zhì)材料一般為各種金屬材料，主要用在密封副的密封面上，提高硬度，提高抗沖刷能力，常用的材料和工藝方法有：

(1)硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金中的是鎢鉻鈷硬質(zhì)合金(也稱司太萊合金)。它的特點(diǎn)是耐腐蝕、耐磨、抗沖刷，特別是紅硬性好，即在高溫下也能保持足夠的硬度，常用牌號(hào)為：

需要說(shuō)明的是硬質(zhì)合金焊接都要對(duì)工件預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250~400℃，焊后600~750℃保溫1~2小時(shí)后隨爐緩冷。

(2)等離子噴焊密封面

等離子噴焊用的是合金粉末，國(guó)外產(chǎn)品中已大量采用的類型有：鐵基合金粉末、鎳基合金粉末和鈷基合金粉末，噴焊有許多優(yōu)點(diǎn)，省材料，易加工，質(zhì)量好，但需要設(shè)備投資。

(3)表面處理后作密封面

有些控制閥類的關(guān)閉件不能堆焊如球閥的球體。如果是Cr不銹鋼制的球體可通過(guò)熱處理來(lái)提高表面硬度，如果是奧氏體鋼制作的球體由于其表面很軟就要用表面處理的方法來(lái)提高表面硬質(zhì)，在提高硬度的同時(shí)還要考慮處理后表面的耐腐蝕性。

常用的表面考慮處理方法有：鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳、鍍鎳磷合金、氮化、噴涂等。

(4)不銹鋼密封面

不銹鋼密封面大多以密封副本體作密封面，通常有304或CF8、316、CF8M、304L、CF3、316L、CF3M等。

3、密封材料的配對(duì)(見(jiàn)表5)

表5

注：蒙乃爾=Monel STL=硬質(zhì)合金

第三節(jié) 焊接材料

焊接主要應(yīng)用于控制閥密封面的堆焊，鑄件缺陷的補(bǔ)焊和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求焊接的地方。這里只介紹鑄件補(bǔ)焊。

一、鑄件補(bǔ)焊的基本要求

1、鑄件如有包砂、裂紋、氣孔、砂眼、疏松等缺陷允許補(bǔ)焊，但在補(bǔ)焊前必須將油污、鐵銹、水份、缺陷切除干凈。切除缺陷后用砂輪打磨出金屬光澤，其形狀要平滑，有一定坡度，不得有尖棱存在。

2、承壓鑄件上有嚴(yán)重的穿透性裂紋、冷隔、蜂寓狀氣孔、大面積疏松或無(wú)法清除缺陷處，或補(bǔ)焊后無(wú)法修整打磨處不允許補(bǔ)焊。

3、承壓鑄件試壓滲漏的重復(fù)焊補(bǔ)次數(shù)不得超過(guò)兩次。

4、鑄件補(bǔ)焊后必須打磨平整光滑不得留有明顯的補(bǔ)焊痕跡。

5、補(bǔ)焊后的無(wú)損檢測(cè)要求按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

6、焊接完成后需作消除內(nèi)應(yīng)力處理。

第四節(jié) 新材料介紹

一、雙相不銹鋼

雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱DSS)，指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到35%的不銹鋼。

雙相不銹鋼從20世紀(jì)40年代在美國(guó)誕生以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展到第三代。它的主要特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度可達(dá)400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約用材，降低設(shè)備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質(zhì)環(huán)境比較惡劣(如海水，氯離子含量較高)的條件下，雙相不銹鋼的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及疲勞腐蝕性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。

雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對(duì)焊接熱裂紋比較敏感。

雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、電站脫硫、脫硝及海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，近年來(lái)也被研究用于橋梁承重結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。

雙相不銹鋼一般分為四種類型見(jiàn)表6

表6

國(guó)內(nèi)脫硫行業(yè)一般采用德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)，常用材料牌號(hào)為：

DIN1.4529 00Cr20Ni25Mo6CuN

DIN1.4469 00Cr26Ni7Mo4CuN

雙相不銹鋼選用中注意的問(wèn)題：

1、相比沒(méi)有硬性規(guī)定，兩相比一靠化學(xué)成分，二靠熱處理。

2、應(yīng)采用正確熱處理方式，一般為固溶處理(950℃)來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。

3、每一種雙相不銹鋼有一個(gè)對(duì)應(yīng)需求，文獻(xiàn)資料中介紹與實(shí)際應(yīng)用有一定差距，選用中要考慮實(shí)際工況條件，逐步積累經(jīng)驗(yàn)。

4、如需焊接，零件一定要預(yù)熱。

二、鎳及鎳基合金

一般指含Ni>95%稱為純鎳，含Ni≤95%稱為鎳合金。鎳合金一般有鎳鉬合金、鎳鉻鐵合金、鎳鉻合金、鎳銅合金等。

1、鎳鉬合金：鎳鉬合金也稱哈氏合金，合金中主要成分是鎳和鉬，常用牌號(hào)為哈氏合金C和哈氏合金B(yǎng)。哈氏合金C除鹽酸溶液對(duì)它有一定腐蝕外，可耐常見(jiàn)各種酸堿鹽腐蝕，特別適用于氧化性酸類的腐蝕，常用牌號(hào)有：C276(00Cr16Ni56Mo16Fe5Wu4)。哈氏合金B(yǎng)適用于非氧化性酸類，對(duì)鹽酸的耐蝕性很好。

2、鎳鉻鐵合金：鎳鉻鐵合金通常稱為因科洛依合金(incoloy)，因科洛依合金一般含鎳30~50%，典型牌號(hào)為incoloy800。

3、鎳鉻合金：鎳鉻合金通常稱為因科鎳爾合金(inconel)，因科鎳爾合金一般含鎳≥50%，典型牌號(hào)為inconel600，含鎳量高達(dá)72%。

4、蒙乃爾合金(Monel)：蒙乃爾合金通常也稱鎳銅合金或鉻銅合金，鎳銅合金常用牌號(hào)為monel400，主要成份為：含鎳65%，含銅32%。鉻銅合金常用牌號(hào)為monel k-500主要成份為：含Cr64%，含銅30%。