閥門閥體材料的適宜工作溫度

1、閥門閥體材料的適宜工作溫度1綜述閥門設(shè)計和選材時必須重點考慮的問題之一是調(diào)節(jié)閥的工作溫度。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(guān)要求作出了明確的規(guī)定， 供閥門產(chǎn)品設(shè)計、制造及檢驗時用。另外，從技術(shù)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(yīng)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）-10C（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

2、 學(xué)性能，特別是低溫沖擊韌性必須達到標(biāo)準的要求。下列奧氏體不銹鋼可用于制造超低溫閥門。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8和CF3 ,ASTM A182 F316、F316L、F304 和 F304L , ASTM A433 316、316L、304、304L和CF8D。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ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和 CF3, ASTM A182 F316

3、、F316L、F304 和 F304L , ASTM A433 316、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(biāo)準中的材料初級價格較低，但是其冶煉時化學(xué)成分必須 有可靠且要求十分嚴格的工廠內(nèi)控標(biāo)準。 其熱處理工藝復(fù)雜，需要多 次作調(diào)質(zhì)處理，方能達到標(biāo)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(biāo)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

4、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(biāo)準中的WCB、WCC鑄鋼 和ASTM A105鍛鋼。閥門用碳素鋼適宜工作溫度為-29425 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(yīng)超過400 C。4腐蝕工況4.1 鉻-鉬系咼溫鋼閥門選用的Cr-Mo高溫鑄鋼主要是采用ASTM A217標(biāo)準中的WC6、WC9和C5 (ZG1Cr5Mo ),其對應(yīng)的軋材分別為 ASTM A182中的 F11、 F22和 F5。(1) 低鉻級鉻-鉬鋼 低鉻級鉻-鉬鋼有

5、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-29540 C, WC9和F22適宜工作溫度為-29 570 C。(2) 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 嶼50 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

6、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 ASTM A743 或 ASTM A744 標(biāo)準中 CF8、CF8M、CF3、CF3M、 CF8C、CD-4MCu和CN7M等，其對應(yīng)的軋材分別為 ASTM A182 標(biāo)準中的 F304、F316、F304L、F316L、F347、F53及美國 UNSN08020。(1) Cr-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200 C。(2) Cr-Ni-Mo不銹鋼 Cr-Ni-Mo類不銹耐酸鋼有CF8M、CF3M、F316和F316L

7、 ,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00 Co(3) CN7M合金 CN7M合金具有較好的全面耐蝕性，它廣泛地應(yīng)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70 C范圍的硫酸中。CN7M和UNS N08020合金使用溫度為-29450 C。(4) 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

8、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(yīng)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(yīng) 力腐蝕開裂的性能。CD-4MCu、CD3MN、CE3MN和F53雙相不銹 鋼使用溫度為-29316 C。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-A8901AA182F51A240S31A479S31CuCD4MCu80380300Cr22-Ni5-MoA8904A3-NCD3MN00Cr25-Ni7-MoA8905AA182F53A240S32A479S324-NCE3MN

9、7507504.3 耐蝕鎳基合金耐蝕鎳基合金閥門主要是選用 ASTMA494標(biāo)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（ 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UNS N04400（Monel 400 ）和 UNSN 05500 （ Monel K500 ）。鑄鎳合金無對應(yīng)的 軋材，英康乃爾合金的軋材為 Inconel600和Inconel625等。（1）蒙乃爾合金蒙乃爾合金（Mon el ）具有較高的強度和韌性，特別

10、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(shè)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-2940 C。（2）鑄鎳合金鑄鎳合金（CZ-100 ）的化學(xué)成分

11、為95%Ni和1100%C，其無對應(yīng)的 軋材。當(dāng)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-29316 C(3) 英康乃爾合金英康乃爾合金(Inconel)CY-40和 Inconel 600 (ASTM B564 N06600 ) 等主要用于抗應(yīng)力腐蝕，尤其適用于高濃度的氯化物介質(zhì)，當(dāng)Ni含量紐5%時，對氯化物的應(yīng)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

12、體及燃燒物的腐蝕。In co nel 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、高壓密圭寸的高抗 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Inconel 600或In co nel 625合金(為哈氏合金CW-6MC 的軋材牌號)制造高壓(6001500LB )高濃度氧氣閥門等。CY-40 和In co nel600合金閥門的材料代號為 In。適宜工作溫度為-29 650 C。(4) 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) (

13、 Hastelloy B)和哈氏合金 C(Hastelloy C )這兩類。哈氏合金B(yǎng) (Hastelloy B )的鑄造合金牌號在 ASTM A494標(biāo)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Chlorimet 2合金)，其軋材牌號為 ASTM B335標(biāo)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

14、工作溫度為-29 C425 C。哈氏合金C (Hastelloy C )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(yīng)的軋材牌號分別 是 UNS N10001、UNS N10003、UNSN10276 禾口 UNS N06455。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

15、 Hastelloy C (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(dǎo)致應(yīng)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0112%降低到6%)及第三代哈氏合金 CHastelloyC-4，其特點是低Si (Si0108% )和超微C (C01015% ),并降低了 Fe和

16、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-29425 C,哈氏合金 CW-12MW 和UNSN10003合金的適宜工 作溫度為-29700 C,哈氏合金CW-6MC和UNSN10276合金的適 宜工作溫度為

17、-29676 C,哈氏合金CW-2M和UNSN06455合金的 適宜工作溫度為-29425 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(shè)計選用時應(yīng)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(dāng)NO2含量超過2%而含水量不足時，鈦與發(fā)煙硝酸 反應(yīng)會發(fā)生爆炸，因此，鈦

18、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60 C 10%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

19、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300 C。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（濃度為0%） 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（011%）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(yīng)生成TiCI4，并有著火的危險，但鈦在濕氯（含水量在013115% ）中具有很好的耐蝕性。 鈦在20160 C干燥的HCI中

20、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(yīng)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 100 C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 亞咼溫亞高溫是指閥門的工作溫度在325425 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 C

21、5、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425550 C時為高溫I級（簡稱 PI級）。PI級閥 門的主體材料為ASTMA351標(biāo)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)為水或蒸汽時，雖然也可 用高溫鋼 WC6 （t540 C）或WC9 （t

22、嶼70 C）,在含硫油品時雖然 也可用高溫鋼C5 （ZG1Cr5Mo ），但在這里不能稱它們?yōu)?PI級。5.3 高溫H級閥門的工作溫度為550650 C,定為高溫H級（簡稱為P H級）。P II 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 I級閥門的主體材料為 ASTMA351 標(biāo)準中的CF8為基形的 高溫I級中碳鉻鎳稀土鈦鉭強化型耐熱鋼 ”。5.4 高溫皿級閥門的工作溫度為650730 C,定為高溫皿級（簡稱為P皿級）。P皿 級高溫閥門主要是用在煉油廠的大型重油催化裂化裝置上。P皿級高溫閥門主體材料為ASTMA351標(biāo)準中的CF8M為基形的 高溫皿級中 碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼5.5 高溫W級 閥門的工作溫度為730816 C,定為高溫W級（簡稱為 P W級）。將 P