超高溫閥門材質選型

超高溫閥門材質選型 超高溫閥門材質選型 超高溫閥 特高溫閥門 耐高溫閥門 高溫閥門

之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現在介紹超高溫閥門材質選型材料的性質，考慮用于確定高的操作和峰值溫度極限是：張力、屈服限、蠕變和斷裂（800°F以上）、熱硬度、沖擊強度和老化。其他應考慮的因素是：抗銹蝕、熱處理溫度及塑性變形。結構考慮包括：與各種材料不同的熱膨脹系數有關的可動零件的間隙和緊固零件（松動）與溫度、負荷和接觸程度如從關閉或振動的反復沖擊等有關的材料綜合塑性變形。也要考慮溫度的循環變化對閥門的密封墊、閥座墊片密封及導向襯套松動的影響。

材料

在高溫下，屈服限、張力和抗壓強度降低了；在800°F以上，蠕變和斷裂成為應考慮的因素。在高溫下使用，閥內件經受一個初始的彈性變形，并在承受荷載下連續地變形或隨時間而“蠕變”。塑變發生于應力低于給定溫度時的屈服強度。這點可利用來裝填固定閥桿閥芯和壓緊閥座、閥桿及閥芯。把套筒或閥內件固定在應有的位置也簡化為壓緊裝填。設計零件，應力選取低一些就不會發生蠕變，但零件的重量大，而且不經濟。所以，設計人員應當知道材料的蠕變率，必須選取一個應力，使總的蠕變在正常使用壽命的范圍內不擴展到斷裂區或允許變形而不影響可動零件。

熱硬度是必需的，防止損傷閥座的密封表面，并防止塑變。老化及隨之而來的物理性質變化如韌性、顆粒大小等必須考慮。耐銹蝕是表示材料抗氧化的能力，在溫度的循環變化時無重復銹蝕或表面分層剝落而暴露出新的金屬。選擇高的溫度極限，必須有一個緩沖區，以防止金屬硬度的變化，當使用條件達到或超過熱處理溫度時，將使閥芯、閥座接合面及耐磨損的表面退火。

在高溫閥門設計中，必須仔細地考慮零部件的不同的熱膨脹。當熱流體進入一個冷的閥門時，包圍著閥芯，很快就使它達到管線的溫度，而閥芯的熱損失受到截面較小的閥桿和（或）導向桿熱傳導的限制。閥座環的質量很小，和閥芯一樣快地受到如熱，但熱量從一開始就通過閥體中的橋形壁傳熱。由于閥體的線性熱膨脹系數往往小于閥座，它的作用相當于一個約束部件，限制閥座在徑向的膨脹。閥芯桿和導向襯套也同樣受到影響。這些工作條件會減小所設計的標準閥門的工作間隙，所以，當所制造的閥門是在高溫下使用時，標準閥門的室溫間隙應當增加。這樣，在高的工作溫度下，間隙差不多接近于正常的。閥芯桿在導向襯套中的緊配合要比閥芯的圓柱部分與閥座孔的間隙做的更緊一些，藉以防止塑性變形和摩擦。當導向間隙增加時，閥芯與閥座孔的間隙也必須增加。在常溫下使用或進行流量測試時，這種結構對降低可調范圍或低流量的控制是有影響的。

雙座閥有些問題，因為閥芯在兩個閥座接合面之間的線性膨脹可能超過閥體的膨脹。而閥座環是固定在閥體上的。在平衡式的套筒閥中可以避免發生這個問題，它使用兩種不同的金屬材料，閥芯和套筒是用同樣的材料制造的，閥座是用另一種材料做成的。

下面給出一個口徑為2英寸的雙座閥的例子：

全負荷流通口的閥座，相距高度為3英寸

閥芯材料為316不銹鋼，線性膨脹系數為10.3x10-6英寸/英寸/oF

閥體材料為碳鋼，線性膨脹系數6.3x10-6英寸/英寸/oF

線性膨脹系數之差為4x10-6英寸/英寸/oF

在70oF下閥芯同時裝入兩個閥座

在270oF時，ΔT=200oF

（200oF）x（4x10-6英寸/英寸/oF）（3英寸）= 0.0025英寸的膨脹差

這樣就帶來了下閥芯在閥座上，溫度270°F，而上閥芯將離開它的閥座0.0025英寸，這將出現一個大的泄漏量。為了克服上述的問題，高質量閥門的閥芯往往采用和閥體相同的合金鋼來制造，閥座接合面經表面硬化處理。溫度的循環變化引起了閥座環和導向襯套松動，所以必須分別進行密封焊或定位搭焊。對于*的溫度，在大口徑的閥門中，較好的辦法是直接利用閥體中經表面硬化的橋形壁做為閥座，這叫做整體閥座。由于閥座的墊片必須超載承擔密封，惡劣的溫度循環變化會引起蠕變和泄漏，所以在高溫高壓的使用條件下不用墊片。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥閥內件結構和使用溫度的關系對于相應的溫度范圍，必須考慮下列的結構變更：

450°F以上   - 上閥蓋延伸，要求較長的閥桿來維持填料冷卻

600°F以上   - 間隙必須增大，閥芯和閥座的密封部分須經表面硬化處理

750°F以上  - 所有螺紋連接的閥座環將引起泄漏和切去根部，所以必須密封焊，以防止松動

900°F以上  - 所有導向襯套，閥芯導向和導向桿須經表面硬化處理。全部的導向襯套必須定位搭焊

l050°F以上  - 表面硬化，必須使用整體的閥座接合面

附帶的考慮是配件，由于熱膨脹不同易遭受增高的壓縮應力和蠕變，給上閥蓋的螺栓增添負擔。這包括由閥體橋形壁和上閥蓋固定的套筒式閥內件。用于溫度周期性變化的閥座接合面結構

圖1 用于溫度周期性變化的柔性閥座

柔性閥座唇部結構如圖29中所示，允許用于零件的膨脹率變化、應變引起的不圓及多次關閉引起的閥座磨損。這種結構已經證明可以滿意地用于：氣體脫濕，60~600°F，8次/天，壓降40磅/英寸2；液態鈉使用在300~1200°F，壓降50磅/英寸2。

圖2 表面硬化材料的熱硬度

圖2是表面硬化材料，鎢鉻鈷硬質合金和鉻硼系合金熱硬度的一個比較。列出400系列不銹鋼硬化的閥內件材料是為了參考，注意400系列不銹鋼在700°F以上時很快就軟化了。

下列是高溫對316不銹鋼閥內件基本材料的物理性質的影響：

   物理性質         70°F     1200°F

   抗拉強度極限    85ksi①    56ksi

   屈服限          38.5       20ksi

   蠕變（在100，000小時或11年內為1%）（見②）     6ksi

   斷裂（在100，000小時）     （見②）           12~16ksi     塑變

塑變是和溫度、配用的材料、表面光潔度、硬度和荷載有關的，并受管線中流體的影響。一種金屬表面將被其他材料擦傷、連結在一起和（或）滾成球形，從而：（1）卡住閥門行程；（2）損壞閥座接合面；或（3）增加操作力，引起閥芯的定位不穩定。高溫使金屬退火或軟化，增加它們的塑變趨勢。

管線內的流體中，如果夾帶較大的顆粒，有時會把軟的閥內件磨的粗糙不平，產生蠕變。振動沖擊可能形成一個“振動磨損”的條件，引起導向支承表面損壞乃至*磨損。

液態金屬，如鈉和鉀，從金屬表面清除氧化的保護膜是相當有效的，使用溫度在400°F或以上時這種磨損是一個嚴重的問題。對于這種類型的使用場合（例如在核電站的換熱器上應用），材料必須仔細選擇，負荷必須保持在低水平。

金屬表面的摩擦損傷可以用下述方法來防止：

1）零件采用硬質材料，即用的材料制成；

2）選用低塑變趨勢的配對材料（見下面給出的表）；

3）對于兩種零件采用不同的材料而不是相同的材料；

4）在材料的硬度上保證有5~10Rc的硬度差；

5）規定一個要求的光潔度和表面硬度，或者特殊的覆蓋層；

6）設計一個合理的荷載；

7）設計一個適當的操作間隙；

8）在低荷載及帶潤滑劑下進行試運轉。

下述的金屬配對具有低塑變的趨勢

與本產品相關論文：波紋管減壓閥波紋管材料