控 制 阀 金 属 材 料
Metal Material


资料下载:常用金属材料成分  金属材料耐腐蚀表 金属硬度对照表


 

材料牌号的对应:     

锻造
铸造
 
锻造
铸造

ASTM A105

A182 F316

A182 F316L

2.4816/ N06600

A216 WCB

A351CF8M

A361CF3M

Inconel600 

 

A182 F11

A182 F304

A182 F304L

ASTM A104

A217 WC6

A351CF8

A351CF3

WCC

 

  

耐温性

 

 

温度范围

 

工作工况

材料选择

说明
超低温
-254(液氢)~-101℃(乙烯
LNG,空分 奥氏体不锈钢ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8和CF3,ASTM A182 F316、F316L、F304和F304L,ASTM A433 316、316L、304、304L和CF8D 主体材料必须选用面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜合金或铝合金,其热处理后的低温力学性能,特别是低温冲击韧性必须达到标准的要求。必须在液氮(-196℃)中进行深冷处理?
低温
-100~-30℃
低温甲醇清洗

低温用奥氏体不锈钢有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8和CF3,ASTM A182 F316、F316L、F304和F304L,ASTM A433 316、316L、304、304L和CF8D。低温承压件用铁素体和马氏体钢有ASTM A352 LCA(-32℃)、LCB、LCC(-46℃)、LC1(-59℃)、LC2、LC211(-73℃)和LC3(-100℃)

ASTM A352标准中的材料初级价格较低,但是其冶炼时化学成分必须有可靠且要求十分严格的工厂内控标准。其热处理工艺复杂,需要多次作调质处理,方能达到标准要求的低温冲击韧性的要求,生产周期长。低温冲击韧性达不到标准要求时,不允许投料作低温钢使用。因此,只有在生产批量大,并且可成炉冶炼时才采用,而在一般情况下选用奥氏体不锈钢。
亚高温
325~425℃
电厂蒸汽,过热水,炼油厂的常减压装置和延迟焦化装置

水和蒸汽时,主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。介质是含硫油品时,主要用具有抗硫化物腐蚀的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它们多用在上,此时CF8、CF8M、CF3及CF3M材质的阀门不是用于抗酸溶液腐蚀,而是用于含硫油品及油气管路上。在此工况中,CF8、CF8M、CF3和CF3M的最高工作温度上限450℃

阀门用碳素钢系指ASTM A216标准中的WCB、WCC铸钢和ASTM A105锻钢。阀门用碳素钢适宜工作温度为-29~425℃。但是为了安全,考虑到介质的工作温度有可能波动,因此,一般碳素钢的使用温度不应超过400℃。???
高温Ⅰ级
425~550℃
电厂过热蒸汽 如果工作介质为水或蒸汽时,虽然也可用高温钢WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃),在含硫油品时虽然也可用高温钢C5(ZG1Cr5Mo) PI级阀门的主体材料为ASTM?? A351标准中的CF8为基形的“高温Ⅰ级中碳铬镍稀土钛优质耐热钢”
高温Ⅱ级
550~650℃
重油催化裂化装置 PⅡ级阀门的主体材料为ASTM A351标准中的CF8为基形的“高温Ⅱ级中碳铬镍稀土钛钽强化型耐热钢”  
高温Ⅲ级
650~730℃
重油催化裂化装置 A351标准中的CF8M为基形的“高温Ⅲ级中碳铬镍钼稀土钛钽强化型耐热钢”  
高温Ⅳ级
730~816℃
  PⅣ级阀门的主体材料为ASTM A351标准中的CF8M为基形“高温Ⅳ级中碳铬镍钼稀土钛钽强化型耐热钢”。CK-20及ASTM A182标准中F310(其中C含量≥0.050%)及F310H等耐热不锈钢  
高温Ⅴ级
>816℃
烟道 ASTM A297标准中的HK-30,HK-40高温合金  

 

硬度  

   硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。  

  1.布氏硬度(HB) 
    以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。  

  2.洛氏硬度(HR) 
    当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度改用洛氏硬度计量。用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。
    根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:

  
HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。

   HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。  

   HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 


  3.维氏硬度(HV)


    以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。

 

 加硬方式:

1、热处理,比如表面析出硬化热处理,材料主要有440/630;

2、堆焊司太莱合金

3、通过化学手段镀超硬合金,比如镀硬铬、碳化钨、镍基合金等;还有一些手段比如渗氮低温处理,喷涂陶瓷等

304L.316L等低碳不锈钢不适合堆焊斯泰莱加硬。

根据德国标准DIN50150,以下是常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。

1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12  2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15  3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV)  4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3

 

常见阀门用金属材料硬度:

 

waiting 

  
 

 

强度

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式,所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系,使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。

 

塑性  

塑性是指金属材料在载荷作用下,产生塑性变形(永久变形)而不破坏的能力。常用指标为断后伸长率和断面收缩率。

 

疲劳 

前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上,许多机器零件都是在循环载荷下工作的,在这种条件下零件会产生疲劳。

 

冲击韧性

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

 

耐腐蚀性

                         

各类不锈钢合金钢性质:

 

铬-钼系高温钢

阀门选用的Cr-Mo高温铸钢主要是采用ASTM A217标准中的WC6、WC9和C5(ZG1Cr5Mo),其对应的轧材分别为ASTM A182中的F11、F22和F5。

⑴ 低铬级铬-钼钢

低铬级铬-钼钢有WC6、WC9、F11和F22,其适用的工作介质为水、蒸汽和氢气,不宜用于含硫油品。WC6和F11适宜工作温度为-29~540℃,WC9和F22适宜工作温度为-29~570℃。

⑵ 铬五钼高温钢

铬五钼高温钢有C5(ZG1Cr5Mo)和F5,其适用的工作介质为水、蒸汽、氢气和含硫油品等。

C5(ZG1Cr5Mo)如果用于水蒸汽时,其最高工作温度为600℃。用于含硫油品等工作介质时,其最高工作温度为550℃。因此,规定C5(ZG1Cr5Mo)的工作温度为≤550℃。

 

不锈耐酸钢

不锈耐酸钢是指用于石化及化工、化肥行业中抗硝酸、硫酸、醋酸及有机酸等耐腐蚀性的铬镍或铬镍钼不锈耐酸钢。不锈耐酸钢铸钢主要是采用ASTM A743或ASTM A744标准中CF8、CF8M、CF3、CF3M、CF8C、CD-4MCu和CN7M等,其对应的轧材分别为ASTM A182标准中的F304、F316、F304L、F316L、F347、F53及美国UNS N08020。

⑴ Cr-Ni不锈钢

Cr-Ni类不锈耐酸钢有CF8、CF3、F304、F304L、CF8C和F347,其适用于工作介质为硝酸等氧化性酸。其最高工作温度≤200℃。

⑵ Cr-Ni-Mo不锈钢

Cr-Ni-Mo类不锈耐酸钢有CF8M、CF3M、F316和F316L,其适用于工作介质为醋酸等还原性酸。

CF8M,CF3M等可以代替CF8和CF3,但CF8、CF3不能代替CF8M和CF3M。所以,美国等国家不锈耐酸钢阀门主要用CF8M、CF3M,其最高工作温度≤200℃。

⑶ CN7M合金

CN7M合金具有较好的全面耐蚀性,它广泛地应用于苛刻的腐蚀条件下,包括硫酸、硝酸、氢氟酸和稀盐酸、苛性碱、海水及热的氯化物盐溶液等,特别是可用于各种浓度和温度≤70℃范围的硫酸中。CN7M和UNS N08020合金使用温度为-29~450℃。

⑷ 双相不锈钢

双相不锈耐蚀钢(表1)为沉淀硬化不锈钢,它们是在铁素体的基体中含35%~40%的奥氏体,其屈服强度约为19Cr-9Ni奥氏体不锈钢的2倍,并具有高硬度及良好的塑性和冲击韧性。特别适合在既有磨蚀又有冲刷的腐蚀工作条件下使用,因而广泛地应用于在氧化和还原的强酸工况中,在有氯的环境中有特殊的抗应力腐蚀开裂的性能。CD-4MCu、CD3MN、CE3MN和F53双相不锈钢使用温度为-29~316℃。

 

耐蚀镍基合金

耐蚀镍基合金阀门主要是选用ASTM A494标准中的铸造蒙乃尔合金(M35-1)、铸镍合金(CZ-100)、英康乃尔合金(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)。

用于耐蚀蒙乃尔合金阀门的蒙乃尔合金轧材主要为UNS N04400(Monel 400)和UNS N05500(Monel K500)。铸镍合金无对应的轧材,英康乃尔合金的轧材为Inconel 600和Inconel 625等。

⑴ 蒙乃尔合金

蒙乃尔合金(Monel)具有较高的强度和韧性,特别是具有优异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、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸等介质的设备和阀门,也适用于干燥氯气、氯化氢气、425℃高温氯气及450℃高温氯化氢气等介质,但不抗含硫介质和氧化性介质(如硝酸及含氧高的介质)的腐蚀。整体是蒙乃尔合金的阀门材料代号为MM,内件是蒙乃尔合金的阀门,壳体为碳素钢时阀门材料代号为C/M、壳体为CF8时阀门材料代号为P/M、壳体为CF8M时阀门材料代号为R/M。蒙乃尔合金M35-1、Monel 400和Monel K500合金的适宜工作温度为-29~480℃。

⑵ 铸镍合金

铸镍合金(CZ-100)的化学成分为95%Ni和1.00%C,其无对应的轧材。当CZ-100用于高温高浓度或无水碱溶液中时,具有优异的耐蚀性能。CZ-100常用于在高腐蚀浓度(包括熔融无水苛性钠)的氯碱生产中以及用于不能有铜和铁等金属污染产品的场合。铸镍合金CZ-100阀门的材料代号为Ni。CZ-100合金适宜工作温度为-29~316℃。

⑶ 英康乃尔合金

英康乃尔合金(Inconel)CY-40和Inconel 600(ASTM

B564 N06600)等主要用于抗应力腐蚀,尤其适用于高浓度的氯化物介质,当Ni含量≥45%时,对氯化物的应力腐蚀具有“免疫”效果。此外,它还能抗沸浓硝酸、发烟硝酸、含硫和钒的高温气体及燃烧物的腐蚀。

Inconel合金已广泛用于制造核动力工厂的锅炉给水系统的部件,因为它比不锈钢的安全性更高。同时,它还适用于需要高强度、高压密封的高抗蚀性能,以及在高温下具有抗机械磨损和抗氧化能力的工业生产中。如大化肥厂用Inconel 600或Inconel 625合金(为哈氏合金CW-6MC的轧材牌号)制造高压(600~1500??LB)高浓度氧气阀门等。CY-40和Inconel 600合金阀门的材料代号为In。适宜工作温度为-29~650℃。

⑷ 哈氏合金

哈氏合金(Hastelloy)是商业名称,它包括有一系列的合金牌号,用于耐蚀阀门上的主要是哈氏合金B?(Hastelloy ?B)和哈氏合金C(Hastelloy C)这两类。

哈氏合金B(Hastelloy ?B)的铸造合金牌号在ASTMA494标准中为N-12MV(N-12M-1)及N-7M(有的资料称之为N-12M-2,也称它为Chlorimet2合金),其轧材牌号为ASTM B335标准中的UNS N10665。哈氏合金B对各种浓度的盐酸均耐蚀,对非氧化性盐及酸亦耐蚀。哈氏合金B的耐蚀阀门,从耐蚀性及抗晶间腐蚀性考虑宜选用低碳级的哈氏合金B(N-7M)。哈氏合金的材质代号阀门行业尚无规定,哈氏合金B阀门的材质代号,可直接用其铸造合金牌号来表示。哈氏合金B适宜工作温度为-29℃~425℃。

哈氏合金C(Hastelloy C)的铸造合金牌号为CW-12MW(有的资料称之为CW-12M-1)和CW-7M(CW-12M-2,也称它为Chlorimet3合金)及Hastelloy C-276合金,其铸造合金牌号为CW-6MC和Hastelloy C-4合金,其铸造合金牌号为CW-2M。铸造哈氏合金CW-7M、CW-12MW、CW-6MC和CW-2M其对应的轧材牌号分别是UNS N10001、UNS N10003、UNS N10276和UNS N06455。哈氏合金C对氧化性溶剂、低浓度常温的盐酸和硝酸耐腐蚀。

第一代Hastelloy C(0Cr16Ni60Mo16W4)的特点是在强腐蚀的氧化性和还原性酸介质中,具有优良的耐蚀性能,但由于高镍耐蚀合金为奥氏体组织,因为Ni降低了C在奥氏体中的固溶度等原因。所以,Ni-Mo系Hastelloy B和Ni-Mo-Cr系的Hastelloy C合金均存在较严重的晶间腐蚀倾向或敏感性,在高温时还会导致应力腐蚀和缝隙腐蚀。为了克服晶间腐蚀,于是推出了第二代哈氏合金——Hastelloy C-276(C由0.03%降低到0.02%)及第三代哈氏合金C——Hastelloy C-4,其特点是低Si(Si≤0.08%)和超微C(C≤0.015%),并降低了Fe和W的含量,加入了稳定化的合金元素Ti等。

哈氏合金C的耐蚀阀门,从耐蚀性及抗晶间腐蚀性考虑,宜选用哈氏合金C-276(CW-6MC)及哈氏合金C-4(CW-2M)。哈氏合金C阀门的材料代号多,且性能和工作温度差别大,所以CW-12MW、CW-7M、CW-6MC和CW-2M分别用HC-12、HC-7、HC-276和HC-4表示,或直接用其铸造合金牌号来表示。

哈氏合金CW-7M和UNS N10001合金的适宜工作温度为-29~425℃,哈氏合金CW-12MW和UNS?? N10003合金的适宜工作温度为-29~700℃,哈氏合金CW-6MC和UNS N10276合金的适宜工作温度为-29~676℃,哈氏合金CW-2M和UNS N06455合金的适宜工作温度为-29~425℃。

 


钛合金

钛(Ti)具有强度高,质量轻,足够高的抗热性和低温韧性及良好的加工性能和焊接性能。用于阀门生产中主要是铸造纯钛和锻造纯钛ZTA2。

钛对腐蚀性介质因温度等工况的不同而表现出耐蚀、不耐蚀甚至起火、爆炸等。因此,订货和设计选用时应对使用介质的性质(浓度、温度等)给予明确的规定。

钛材质的阀门在多种氧化性强腐蚀性介质和中性介质中具有优异的耐蚀性能。

钛在沸点以下且浓度≤80%的硝酸中均具有优异的耐蚀性。而在发烟硝酸中当NO2含量超过2%而含水量不足时,钛与发烟硝酸反应会发生爆炸,因此,钛一般不用于含量80%以上的高温硝酸

钛在硫酸中不耐蚀,钛在盐酸中具有中等的耐蚀性。一般认为,工业纯钛可用于室温时浓度7.5%、60℃时浓度3%及100℃时浓度0.5%的盐酸中,钛还可用于35℃时浓度30%、60℃时浓度10%及100℃时浓度3%的磷酸中。

钛在HF(氢氟酸)中不耐蚀,钛在酸性氟化物溶液中也不耐蚀,钛在硼酸和铬酸中耐蚀,在氢碘酸和氢溴酸中可以使用。

钛可用于60℃10%硫酸和90%硝酸的混酸,沸腾的1%盐酸和5%硝酸的混酸以及室温王水(注:王水是3体积的浓盐酸和1体积的浓硝酸的混合物)中。

钛在室温下各种浓度的氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钠和氢氧化钾溶液中完全耐蚀,但不能用于沸腾的氢氧化钠和氢氧化钾中。碱中含氨会加剧钛的腐蚀。

钛在自来水、河水和空气中最高工作温度为300℃。钛可用于海水中最高流速达20m/s,钛在温度≤120℃海水中有很高的耐蚀性,若温度高于120℃,可能会产生点腐蚀和缝隙腐蚀。

钛除了蚁酸、草酸和较浓的柠檬酸(浓度≥50%)外,钛对所有的有机酸均具有优异的耐蚀性,但有机酸中含水量过低(??<0.1%)时钛易发生点腐蚀。

钛在碳氢化合物和氯化碳氢化合物中有优异的耐蚀性。钛在干氯气中能发生剧烈反应生成TiCl4,并有着火的危险,但钛在湿氯(含水量在0.3~1.5%)中具有很好的耐蚀性。

钛在20~160℃干燥的HCl中是稳定的,但在湿氯化氢中盐酸对钛造成腐蚀。

钛在氯化物溶液中的点蚀电位较不锈钢高,钛抗氯离子的点蚀性能比不锈钢好,因而钛在氯化物溶液中获得了广泛的应用。

在温度≤80℃时钛一般不会产生点蚀,但在高温中等浓度的氯化物溶液(如100℃的25%氯化铝溶液、175℃的70%氯化钙溶液、200℃的25%氯化镁溶液和200℃的75%氯化锌溶液)中较易发生点蚀。

 


本页问题问答

  1. 150度HCL气体,阀门配置何种材料比较合适

    答:HAST C,绝干配316L或304L,阀内件加波纹管, 碳钢阀体。

 


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