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綜述閥門設計和選材時必須重點考慮的問題之一是調節(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要求作出了明確的規(guī)定，供閥門產品設計、制造及檢驗時用。另外，從技術管理和生產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（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

2、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。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）中進行深冷處理。2.2低溫閥門材料適用于低溫閥門（-100-30）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、F316L、F304和F304L，ASTM

3、 A433 316、316L、304、304L和CF8D。低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼有ASTMA352LCA（-32）、LCB、LCC（-46）、LC1（-59）、LC2、LC211（-73）和LC3（-100）。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控標準。其熱處理工藝復雜，需要多次作調質處理，方能達到標準要求的低溫沖擊韌性的要求，生產周期長。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為水、蒸汽、空氣和油品等非腐蝕性物質

4、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ASTM A105鍛鋼。閥門用碳素鋼適宜工作溫度為-29425。但是為了安全，考慮到介質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400。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ASTM A217標準中的WC6、WC9和C5（ZG1Cr5Mo），其對應的軋材分別為ASTM A182中的F11、F22和F5。（1）低鉻級鉻-鉬鋼低鉻級鉻-鉬鋼有WC6、WC9、F11和F22，其適用的工作介質為水、蒸汽和氫氣，不宜用于含硫油品。WC6和F11適宜工作溫度為-29540，WC9和

5、F22適宜工作溫度為-29570。（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。用于含硫油品等工作介質時，其最高工作溫度為550。因此，規(guī)定C5（ZG1Cr5Mo）的工作溫度為550。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ASTM A743或ASTM A744標準中CF8、CF8M、CF3、CF3M、CF8C、CD-4MCu和CN7M等，其對應的軋材分別為ASTM

6、 A182標準中的F304、F316、F304L、F316L、F347、F53及美國UNS N08020。（1）Cr-Ni不銹鋼Cr-Ni類不銹耐酸鋼有CF8、CF3、F304、F304L、CF8C和F347，其適用于工作介質為硝酸等氧化性酸。其最高工作溫度200。（2）Cr-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200。（3）CN7M合金CN7M合金具有

7、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70范圍的硫酸中。CN7M和UNS N08020合金使用溫度為-29450。（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

8、溫度為-29316。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-Cu00Cr22-Ni5-Mo3-NA8901ACD4MCuA8904ACD3MNA182F51A240S31803A479S3180300Cr25-Ni7-Mo4-NA8905ACE3MNA182F53A240S32750A479S327504.3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

9、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（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、堿鹽及還原性酸等介質的設備和閥門，也適用于干燥氯氣、氯化氫氣、425高溫氯氣及450高溫氯化氫氣等介質，但不抗含硫介質和氧化性介質（如硝酸及含氧高的介質）的腐蝕。整體是蒙乃爾合金的閥門材料代號為MM，內件是蒙乃爾合金的閥門

10、，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。（2）鑄鎳合金鑄鎳合金（CZ-100）的化學成分為95%Ni和1100%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）的氯堿生產中以及用于不能有銅和鐵等金屬污染產品的場合。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。（3）英康乃爾合金英康乃爾合金（Inconel）

11、CY-40和Inconel 600（ASTM B564 N06600）等主要用于抗應力腐蝕，尤其適用于高濃度的氯化物介質，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)生產中。如大化肥廠用Inconel 600或Inconel 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I

12、nconel600合金閥門的材料代號為In。適宜工作溫度為-29650。（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)（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標準中的UNS N10665。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

13、間腐蝕性考慮宜選用低碳級的哈氏合金B(yǎng)（N-7M）。哈氏合金的材質代號閥門行業(yè)尚無規(guī)定，哈氏合金B(yǎng)閥門的材質代號，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-29425。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其對應的軋材牌號分別是UNS N10001、UNS N10003、

14、UNSN10276和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Hastelloy C（0Cr16Ni60Mo16W4）的特點是在強腐蝕的氧化性和還原性酸介質中，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0112%降低到6%）及第三代哈氏合金CHastelloyC-4，其特點是

15、低Si（Si0108%）和超微C（C01015%），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-29425，哈氏合金CW-12MW和UNSN10003合金的適宜工作溫度為-29700，哈氏合金CW-6MC和UNSN

16、10276合金的適宜工作溫度為-29676，哈氏合金CW-2M和UNSN06455合金的適宜工作溫度為-29425。4.4鈦合金鈦（Ti）具有強度高，質量輕，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。用于閥門生產中主要是鑄造純鈦和鍛造純鈦ZTA2。鈦對腐蝕性介質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的性質（濃度、溫度等）給予明確的規(guī)定。鈦材質的閥門在多種氧化性強腐蝕性介質和中性介質中具有優(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

17、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時濃度3%及100時濃度0.5%的鹽酸中，鈦還可用于35時濃度30%、60時濃度10%及100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 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、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中完全耐蝕，但不能用于沸騰的

18、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。鈦可用于海水中最高流速達20m/s，鈦在溫度120海水中有很高的耐蝕性，若溫度高于120，可能會產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（<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)生劇烈反應生成TiCl4，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干燥的HCl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

19、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時鈦一般不會產生點蝕，但在高溫中等濃度的氯化物溶液（如100的25%氯化鋁溶液、175的70%氯化鈣溶液、200的25%氯化鎂溶液和200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325425區(qū)域。如果介質是水和蒸汽時，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質是含硫油品時，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、

20、CF8M、CF3及CF3M材質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。5.2高溫級閥門的工作溫度為425550時為高溫級（簡稱PI級）。PI級閥門的主體材料為ASTMA351標準中的CF8為基形的“高溫級中碳鉻鎳稀土鈦優(yōu)質耐熱鋼”。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，如果工作介質為水或蒸汽時，雖然也可用高溫鋼WC6（t540）或WC9（t570），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)镻I級。5.3高溫級閥門的工作溫度為550650，定為高溫級（簡稱為P級）。P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級閥門的主體材料為ASTMA351標準中的CF8為基形的“高溫級中碳鉻鎳稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。5.4高溫級閥門的工作溫度為650730，定為高溫級（簡稱為P級）。P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級高溫閥門主體材料為ASTMA351標準中的CF8M為基形的“高溫級中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。5.5高溫級閥門的工作溫度為730816，定為高溫級（簡稱為P級）。