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w, wrought,铸造；c-carbon steel碳钢；a，b，c 表示钢种强度值由低到高

wca,wcb,wcc表示的是碳钢，abc表示强度级别，一般常用wcb。wcb对应的管道材质应为a106b，对应锻件材质为a105。

wc6是合金钢的铸件，对应管道材质约为a355 p11，锻件为a182 f11；

另外还有wc9，耐高温合金钢，对应约为a355 p22，锻件对应a182 f22。

wc可焊性铸件

lcb/lcc（astm a352）低温碳钢

itcs为进行冲击韧性碳钢; impact test c=carbon s=steel（a350）

split body 分体式，side entry 侧装（指执行机构） 对应的是top entry 上装式

阀门常用的碳素钢铸件和锻件材料表

低温铸钢件材料牌号和适用温度

注：1）锻造阀门阀体材质组织致密，不容易有缺陷，结构尺寸不受模具限制，承压性能可靠，多用于高压、氧气工况、小口径或其他小批量的阀门制造上，一般在高温、高压或低温或特殊介质下选择锻件；铸件一般只适用于中低压，多用于标准化的成型阀门的批量生产上。

2）材料a351 cf3m跟a182 f316l区别: 两个标准对应的材质都是316不锈钢。cf3m 表示铸件，常用作阀门材料。相对应的锻钢代号是a182 f316l。astm a216是铸件，其锻件是a105；ss304的铸件是a351-cf8，锻件是a182-f304。

 制造阀门零件材料很多，包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择：

1、工作介质的压力、温度和特性。

2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。

3、有较好的工艺性。

4、在满足以上条件情况下，要有较低的成本。

第一节  阀体、阀盖和阀板（阀瓣）的材料

一、灰铸铁：灰铸铁适用于公称压力pn≤1.0mpa，温度为-10℃～200℃的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。灰铸铁常用牌号为：ht200、ht250、ht300、ht350。

二、可锻铸铁：适用于公称压力pn≤2.5mpa，温度为-30～300℃的水、蒸汽、空气及油品介质，常用牌号有：kth300-06、kth330-08、kth350-10。

三、球墨铸铁：适用于pn≤4.0mpa，温度为－30～350℃的水、蒸汽、空气及油品等介质。常用牌号有：qt400-15、qt450-10、qt500-7。

四、碳素钢（wca、wcb、wcc）：适用于公称压力pn≤32.0mpa，适用于工作温度在-29~ 425℃之间的中、高压阀门，其中16mn、30mn工作温度为-29～595℃，常用来代替astm a105.常用牌号有wc1、wcb、zg25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16mn。

五、低温碳钢（lcb）：适用于公称压力pn≤6.4mpa,温度≥-196℃乙烯，丙烯，液态天然气，液氮等介质，常用牌号有zg1cr18ni9、0cr18ni9、1cr18ni9ti、zg0cr18ni9.

六、合金钢（wc6、wc9），适用于工作温度在-29～595℃之间的非腐蚀性介质的高温高压阀门；wc5、wc9适用于工作温度在-29～650℃之间的腐蚀性介质的高温高压阀门。

七、奥氏体不锈钢，适用于工作温度在-196～ 600℃之间的腐蚀性介质的阀门。

八、蒙乃尔合金：主要适用于氢氟介质的阀门。

九、铸铜合金：主要适用于工作温度在-29～595℃之间的氧气管路用阀门。

表1-1  阀门壳体常用材质

第二节  密封面材料

密封面是阀门最关键的工作面，密封面质量的好坏关系到阀门的使用寿命，通常密封面材料要考虑耐腐蚀，耐擦伤，耐冲蚀，抗氧化等因素。通常分两大类：

（一）软质材料

1、橡胶（包括丁睛橡胶，氟橡胶等）

2、塑料（聚四氟乙烯，尼龙等）

（二）硬密封材料

1、铜合金（用于低压阀门）

2、铬不锈钢（用于普通高中压阀门）

3、司太立合金（用于高温高压阀门及强腐蚀阀门）

4、镍基合金（用于腐蚀性介质）

第三节  阀杆材料

阀杆在阀门开启和关闭过程中，承受拉、压和扭转作用力，并与介质直接接触，同时和填料之间还有相对的摩擦运动，因此阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性，有一定的耐腐蚀性和抗擦伤性，以及良好的工艺性。常用的阀杆材料有以下几种。

一、碳素钢

用于低压和介质温度不超过300℃的水、蒸汽介质时，一般选用a5普通碳素钢(现q275，a3为q235)。

用于中压和介质温度不超过450℃的水、蒸汽介质时，一般选用35优质碳素钢。

二、合金钢

用于中压和高压，介质温度不超过450℃的水、蒸汽、石油等介质时，一般选用 40cr

（铬钢）。

用于高压、介质温度不超过540℃的水、蒸汽等介质时，可选用38crmoala渗氮钢。

用于高压、介质温度不超过570℃的蒸汽介质时，一般选用25cr2mova铬钼钒钢。

三、不锈耐酸钢

用于中压和高压、介质温度不超过450℃的非腐蚀性介质与弱腐蚀性介质，可选用1cr13、2cr13、3cr13铬不锈钢。

用于腐蚀性介质时，可选用cr17ni2、1cr18ni9ti、cr18ni12mo2ti、cr18ni12mo3ti等不锈耐酸钢和ph15-7mo沉淀硬化钢。

四、耐热钢

用于介质温度不超过600℃的高温阀门时，可选用4cr10si2mo马氏体型耐热钢和4cr14ni14w2mo奥氏体型耐热钢。

第四节   阀杆螺母材料

阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中，直接承受阀杆轴向力，因此必须具备一定的强度。同时它与阀杆是螺纹传动，要求摩擦系数小，不生锈和避免咬死现象。

一、铜合金

铜合金的摩擦系数较小，不生锈，是目前普遍采用的材料之一。对于pg<1.6mpa的低压阀门可采用zhmn58-2-2铸黄铜。对于pg16-6.4mpa的中压阀门可采用zqal9-4无锡青铜。对于高压阀门可采用zhal66-6-3-2铸黄铜。

二、钢

当工作条件不允许采用铜合金时，可选用35、40等优质碳素钢，2cr13、1cr18ni9、cr17ni2等不锈耐酸钢。工作条件不允许下列情况。

1、用于电动阀门上，带有瓜形离合器的阀杆螺母，需要进行热处理获得高的硬度或表面硬度。

2、工作介质或周围环境不适合选用铜合金时，如对铜有腐蚀的氨介质。

选用钢制阀杆螺母时，要特别注意螺纹的咬死现象。

第五节   紧固件、填料及垫片材料

一、紧固件材料

紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。紧固件在阀门上直接承受压力，对防止介质外流起关重要作用，因此选用的材料必须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。

根据介质压力和温度选择紧固件材料时可按表选择。

选用合金钢材料时必须经过热处理。对紧固件有特殊耐腐蚀要求时，可选用cr17ni2、2cr13、1cr18ni9等不锈耐酸钢。

二、填料材料

在阀门上，填料是用来充填阀盖填料室的空间，以防止介质经由阀杆和阀盖填料室空间泄漏。

1、对填料的要求

1）耐腐蚀性好，填料与介质接触，必须能耐介质的腐蚀。

2）密封性好，填料在介质及工作温度的作用下不泄漏。

3）摩擦系数小，以减小阀杆与填料间的摩擦力矩。

2、填料的种类

填料可分为软质填料及硬质填料两种：

1）软质填料：系由植物质，即大麻、亚麻、棉、黄麻等，或由矿物质，即石棉纤维，或由石棉纤维内夹金属丝和外涂石墨粉等编织的线绳，也有压成的成型的填料，以及近年来新发展的柔性石墨填料材料。

植物质填料常用于100℃以下的低压阀门；矿物质填料可用于450-500℃的阀门。

近年来使用橡胶o型圈做填料的结构介质温度一般限制在60℃以下。

高温高压阀门上的填料也有采用纯石棉加片状石墨粉压紧而成的。

2）硬质填料：即由金属或金属与石棉、石墨混合而成的填料以及聚四氟乙烯压合烧结而成型的填料，金属填料使用较少。

3、填料的选择

选择填料要根据介质、温度和压力来选择，常用的材料有以下几种：

1）油浸石棉绳，可按表5-2选择。

2）橡胶石棉绳：可按表5-3选择。

3）石墨石棉绳：石棉绳上涂有石墨粉，可用温度450℃以上，压力可以达到16mpa，一般适用于高压蒸汽上。近后来又逐步采用了压成人字型填料，单圈放置，密封性好。

4）聚四氟乙烯：这是一种目前使用较广的一种填料。特别适用腐蚀性介质上，但温度不得起过200℃。一般采用压制或棒料车制而成，形状如图5-1所示。

三、垫片材料

垫片是用来充填两个结合面（如阀体和阀盖之间的密封面）间所有凹凸不平处，以防止介质从结合面间泄漏。

1、对垫片的要求

垫片材料在工作温度下具有一定的弹性和塑性以及足够的强度，以保证密封。同时要具有良好的耐腐蚀性。

2、垫片材料的种类和选择

垫片可分为软质和硬质两种，软质一般为非金属材料，如硬纸板、橡胶、石棉橡胶板，聚四氟乙烯等。硬质一般为金属材料或者金属包石棉、金属与石棉缠绕的等。

垫片的形状有很多，有扁平的、圆形的、椭圆形的、齿形的、透镜式的以及其他特殊形状的。

图5-2为金属包有石棉衬垫和金属石棉缠绕式垫片

图5-3为橡胶制o形圈。

图5-4为梯形槽式金属垫片。

图5-5为密封面凹凸式金属齿形垫片。

图5-6为密封面透镜式金属垫片。

金属垫片的材料一般用08、10、20优质碳素钢和1cr13、1cr18ni9不锈钢，加工精度和表面光洁度要求较高，适用于高温高压阀门。

非金属垫片材料一般塑性较好，用不大的压力就能达到密封，适用于低温低压阀门。

垫片材料可按表5-4选择。

附表1-2  阀门内件常用材质

附表1-3  阀门密封面常用材料及适用温度

1 概述

蒙乃尔(monel) 合金、铸镍合金、哈氏合金等都是制造特殊用途阀门的材料。monel合金是镍基耐蚀合金中的ni-cu 系合金, 最早是由美国国际镍公司( international 镍公司)开发的,其典型成分为70 %ni和30 %cu ,它是镍基耐蚀合金中应用最广泛的合金。

monel合金既具有较高的强度和韧性, 又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能, 因此通常用于制造输送氢氟酸(hf)、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质的设备。monel 合金也适用于干燥氯气、氯化氢气、高温氯气(425℃) 及高温氯化氢(450℃) 等介质, 但不抗含硫介质和氧化性介质(如硝酸, 含氧量高的介质) 的腐蚀, 因为镍与硫和氧有剧烈反应, 易形成ni3s2和nio。

2 性能

monel合金为ni-cu 固溶体,其中cu 是作为在ni中加入了非氧化性的抗蚀剂, 改善了镍合金的耐蚀性, 并起强化合金的作用。其内加入c ,可改善合金的铸造性能, 但在常温时合金中仅能溶解0.15 %的c,过剩的c 将以石墨相析出。加入1.5 %～3.5 � , 也可改善合金的铸造性能。加入mn和si可以改善合金的机械性能, 特别是si的含量对monel合金的机械性能和物理性能有重要的影响。

3 分类

monel 合金有铸造合金和变形合金(轧材) 两大类。

3.1 变形合金

美国的变形monel 合金有10 种之多。如monel400、monelc、monel403、monel404、monel r2405、monel406、monel411 、mon2elk500、monel501 和monel502 等。因monel在不同的美国标准体系中有各自的表示方法,为了便于使用和计算机统一管理,sae (美国汽车工程师学会) 和astm (美国材料与试验学会)联合发展了astm2sae统一数码系统(unified numbt ring system2uns)。在美国的uns中, 镍合金有5 种牌号的变形monel合金, 有固溶强化型的no4404(monel400)、no4404(monel404) 和no4405 ( monelr2405), 及沉淀硬化型的no5500(monelk500)和no5502(monel502) 等(表1)〔4〕。其中用于制造耐蚀阀门常用的变形monel合金是monel400和monelk500这2种牌号。

表1　美国 uns中变形 monel合金化学成分

3.2 铸造合金

美国铸造monel合金在astm a494 中有m35-1、m35-2、m-30h、m-25s 和m-30c 这5 种牌号(表2) , 在美国联邦标准qq-n2-88〔5〕中也有5 种铸造monel合金(表3)。

表 2astm a494中铸造 monel合金

注:(a)若要求可焊性,应订购牌号m3521或m230c;(b)为某一资料参数;(c)hb最小为300。

                  表3 qq2n2288 铸造monel 合金

4 应用

m35-1, m35-2及qq-n2-88中的a级和e级通常用于制造精炼的monel合金泵、阀门和配件。而含si量高的b级(3.5 %si) monel合金, 因强度高,既耐腐蚀又耐磨损, 因此主要用于制造要求抗磨性好的轴和耐磨环。d级(4.0%si) monel合金用于制造要求耐磨性更高及更耐腐蚀的部件。

monel合金阀门有整体和内件两大类型。整体monel合金阀门是指阀门的壳体和内件均为monel,其主要用在炼油厂烷基化装置中的hf 酸再生塔部分。由于hf 酸再生温度高(149℃)和含水率高的原因,需要使用整体monel合金阀门,此外整体monel合金阀门还用于炼油厂催化剂的无灰添加剂的生产和氯碱厂高浓度氯碱液系统等工况中。

monel合金内件阀门系指阀门的壳体材质为碳钢或不锈钢,而阀门的内件材质为monel合金。以碳钢为壳体的monel合金阀门主要用于炼油厂烷基化装置hf酸系统的低温区域,其利用碳钢对低温(≤71℃)的无水氢氟酸(hf) 有较好的抗腐蚀性能,但碳钢长期在该工况使用时会在其表面因腐蚀而形成薄膜,若在阀门密封部位用碳钢,腐蚀后形成的薄膜将影响阀门的密封性能。需要指出的是:碳钢阀门常用的cr13 型密封材料更不能抵抗hf 酸的腐蚀, 而内件材质为monel合金时可以保证阀门的密封性能,而且用monel合金内件阀门其成本要比整体monel合金阀门便宜得多。以碳钢为壳体的monel合金阀门也可用于海水等介质的工况中。阀门壳体材质为不锈钢的monel合金内件阀门,是用在乙烯、丙烯、液氧、纯氧及海水和合金其他工况中。烷基化装置中使用的整体monel合金阀门和monel合金内件阀门从安全角度考虑要求选用压力级为cl300 磅级,用于其他工况的monel合金内件阀门,压力级有cl150和cl300磅,或pn116～614mpa等。

5 熔炼和铸造

monel合金的熔炼和铸造技术是决定能否生产出合格的monel合金铸件的关键, 因为monel合金树枝晶发达, 缩孔缩松率大, 吸气(吸氢,吸氧) 倾向极大,还会与造型材料发生渗硫化学反应(用呋喃树脂自硬砂时),从安全角度考虑,monel合金阀门用在氢氟酸和氯气及氯化氢气体等剧毒和高危险性介质中,要求铸件应按a级管路用阀门进行射线探伤检验。虽然美国标准中指出, 铸造m35-1可焊,但实际上其可焊性极差,补焊的铸件质量难以保证。m35-1合金的密度为8163t/m3(20℃时),凝固收缩率21mm/m ,合金熔点为1315～1345℃。m35-1、m35-2 及qq-n2-88 的a 级和e 级是以铸态交货使用的。尽管铸造monel合金有许多牌号,但用于铸造monel合金阀门铸件时,主要采用astma494 中的m35-1。

铸造monel合金和变形monel合金在化学成分上的变动很小(表4),但这种变动对变形合金来说满足了其较好的变形能力,而对铸造合金则提供了较好的铸造性能。这就是为什么在铸造时要用铸造monel合金牌号,选用轧材时要用变形monel合金牌号的理由。

表4  阀门常用的铸造和变形monel合金化学成分(%)

6 结语

现行的monel合金美国技术标准有astm、sae、ams (美国航空材料标准学会)、mil (美国国防部标准)、ansi、asme及qq (美国联邦标准) 等。对于同一牌号的monel 合金, 采用不同的技术规范体系, 不仅牌号的表示方法不同, 而且其规范的编号和内容也不完全相同。通常军工产品采用mil、qq或ams规范, 民用产品采用astm和asme规范〔6〕。

通用阀门材料 api 600规定的内件材料组合

常用的内件材料组合

常用紧固件材料

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