控制阀的材料选择.pdf

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1、上海大成仪表厂 1控制阀的材料选择控制阀的材料选择 控制阀的材料选择对控制阀的使用质量至关重要，对不同零件的选材也有所区别。阀体、阀盖要求能承受介质的压力、温度和腐蚀；阀内件主要是节流件，阀芯、阀座除要求耐温、耐蚀外，还要求能耐磨、耐冲刷，而耐热、耐蚀与耐磨、耐冲刷在材料选择上往往是一对矛盾，这就需要作合理权宜，如当常规材料配置 304 不能满足要求时，可选用其它不锈钢或选用特种材料，或采取其它特殊工艺手段使之兼顾。材料选择主要考虑介质压力、温度，介质的腐蚀性，冲刷和气蚀及产品经济性。一、材料与介质压力、温度一、材料与介质压力、温度 控制阀常用材料在介质不同温度下的最大许用工作压力。上海大成仪

2、表厂 2 上海大成仪表厂 3二、二、.控制阀控制阀有关有关材料材料牌号牌号对照对照 表四 国内牌号 ASTM、AISI（美）JIS（日）主要成份 主要用途 ZG230-450 A216、WCB SCPH2 C0.30 阀体、阀盖、支架 ZG20CrMoV A217、WC6 SCPH21 C：0.170.24；Cr：0.81.1；Mo：0.150.25；V：0.150.3 阀体、阀盖 12Cr1MoV C：0.080.15;Cr：0.91.2；Mo：0.250.35V：0.150.3 阀体、阀盖 38CrMoAlA 6470E SACM645 C：0.350.42;Cr1.351.65；Mo：0

3、.150.25；Al：0.71.1 渗氮件,如轴、齿轮，气、油缸、导套。ZG0Cr18Ni9 A351、CF8 SCS 13、SCS 13A C0.08;Cr：1719；Ni：811 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 ZG0Cr18Ni12 Mo2Ti A351、CF8M SCS 14、SCS 14A C0.08;Cr：1619；Ni：1114；Mo：1.82.5 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 1Cr18Ni9 302、S30200 SUS 302 C0.14；Cr：1719；Ni：810 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 0Cr18Ni9 304 SUS 304 C0.08;Cr：1719；Ni：8

4、11 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 0Cr17Ni12Mo2 316、S31600 SUS 316 C0.08;Cr：1618；Ni：1014；Mo：23 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 00Cr17Ni14Mo2 316L、S31603 SUS 316L C0.03;Cr：1618；Ni：1215；Mo：23 阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座 0Cr17Ni7Al 17-7PH SUS 631 C0.08;Cr：1618；Ni：6.57.75 阀芯、阀座 0Cr15Ni7MO2Al C0.08;Cr：1416；Ni：6.57.75 弹性阀座、金属膜片、弹簧0Cr17Ni4Cu4Nb 17-4PH

5、SUS 630，SCS24 铸造性能好，耐蚀性与 SCS13相近。C0.08;Cr：15.517.5；Ni：35；Cu：35；Nb：0.150.45 阀芯、阀座、阀杆、弹簧 0Cr15Ni40TiAlB 耐尿素，阀芯、阀座、阀杆00Cr25Ni22Mo2N 阀芯、阀座、阀杆 Cr20Ni25Mo4 Mn2 ISO A-4 阀体、阀盖、阀芯、阀座、阀杆 1Cr18Mn10Ni5Mo3N 耐尿素，阀芯、阀座、阀杆00Ni70Mo28V HastelloyB-2 A296-N-12M-1 C0.03;Mo：28，Fe：5 其余：Ni 耐尿素、盐酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、草酸的阀构件 0Cr15Ni60

6、Mo16W4 HastelloyC-276 A494-C12M-1 C0.08;Mo：16，Cr15.5,W：4,Fe：5.5，其余：Ni 耐温氯、氢氟酸、草酸、磷酸、氯化锌的阀构件 Ni70Cu30Al MonelK-500 耐无气氢氟酸、氯化钙、碳酸、铬酸、7%硫酸的阀件 上海大成仪表厂 40Cr21Ni60Mo9 Nb Inconel625B166 耐硝酸阀件 Cr29Ni20 Duriment20 A296 CN-7M 耐醋酸、冷磷酸、7%硫酸、氯化锌的阀构件 Co-Cr 合金 6 Stellite 6 类似哈氏 B、C、20 合金 GH1140（GH140）C：0.06-0.12；C

7、r：20-23，Ni：35-40，Mo：2-2.5,W:1.4-1.8,Ti:0.7-1.2.850的高温阀件 1Cr13 403 SUS 403 C：0.08-0.15；Cr：12-14 焊接、切削性能好，常作紧固件 2Cr13 420 SUS420 C：0.16-0.24；Cr：12-14 阀杆、轴 4Cr13 SUS 420J2 C：0.35-0.45；Cr：12-14 弹簧 9Cr18 440C SUS 440C C：0.9-1.0；Cr：17-19,M 体不锈钢，作导套 3J23（Co40CrNiMoWCe）Diaflex，Elcolloy NAS604PH，K.R.N C：0.08

8、-0.15,Mn：1.8-2.2,Cr：18-20,Co：39-41 Si：0.5 耐腐蚀、耐热、耐震、耐磨、高强度弹性元件 F91 GRADE、F91 C：0.05-0.12,Mn：0.3-0.6,Cr：8-9.5,Mo：0.85-1.05,Nb：0.06-0.10,N：0.03-0.07,Al：0.04max,V：0.18-0.25 超临界（PN24.2MPa，t=570）管阀件 QAl9-4 C61900，AmpcoloyE-5 Al：810；Fe：24 耐海水，阀体、阀芯、阀座、阀杆，轴瓦、齿轮 TA1 GB/T2965-96 杂质：Fe：0.15,Si：0.10,C：0.05,N：0

9、.03,H：0.015,O：0.15。余量 Ti。TA2 GB/T2965-96 杂质：Fe：0.3,Si：0.15,C：0.1,N：0.05,H：0.015,O：0.20。余量 Ti。耐次氯酸钙、次氯酸钠、50%热、冷磷酸。阀体、阀芯、阀座、阀杆。5083（LF4）GB/T3190-1996 杂质：Cu：0.1，Mg：4-4.9，Mn：4-1，Fe：0.49，Si：0.4，Zn：0.25，Al：余量 低温阀材料之一 三、三、.耐高温材料的选择耐高温材料的选择 金属在高温下长期承受载荷会发生蠕变，同时氧化和晶间腐蚀的作用都将加剧，所以选用高温材料必须考虑材料的热强性及高温耐腐蚀性。常用的耐高温

10、材料：-29+425有 WCB，WC1，550时有 WC6、12CrMoV、15Cr1MoV、Cr5Mo；600时有 WC9、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni11Nb（需要焊接的应采用含 Nb 钢）、0Cr17Ni12Mo2（SUS316）、0Cr18Ni2Mo2Ti，阀芯阀座 SUS316L 基体堆焊司太莱合金；超过 600以上时有可以固溶强化、沉淀强化和弥散强化的铁基、镍基、钴基合金，如650时推荐使用 GH1040、GH2038、2132 等高温合金，钴铬钨合金 适用温度-196+650，但不.耐硫酸和高温盐酸；850时推荐用 GH1140 铁基、3039、3044（Fe-Ni 基合金

11、）；用于1035时用 1Cr16Ni35、0Cr25Ni20、R640。当弹性元件与高温介质直接接触时，可选用高温弹性合金Ni43COTiAlNb，使用温度-40400，甚至可在 500下使用。0Cr15Ni26Ti2MoAlVB(3YC-17)是一种廉价的高温弹性合金，可作高温构件和弹性元件，使用温度可达 550，弹性比 3J2、3J3 优良。上海大成仪表厂 50Cr15Ni7Mo2Al(15-7PH)使用温度为400。目前 P91（9Cr1MoV，体合金钢）钢的管件己成功地应用于电厂 1000MW 机组的 300bar 压力和 600蒸汽的超临界系统，（60MW 超临界机组主蒸汽阀门系统的

12、温度为 576，压力 26.7MPa）,并正寻找新材料，以满足 700，350-375bar 主蒸汽的超超临界应用。四、四、.耐低温材料的选择耐低温材料的选择 低温调节阀（-29-196为低温，-196-269为超低温）的材料选择要考虑低温时材料有足够的冲击韧性及温度梯度和低温时组织转变导致的零件变形，故选择的材料其马氏体转变温度 Ms 点要低于使用温度范围。在-101以下使用时，由于这些钢的 Mf 点都低于室温，所以应对主要零件作深冷处理（冷至 Mf 点附近），以使 A（或 A）M转变，使组织和尺寸稳定。当然也增加钢的硬度、降低韧性，其程度取决于 Ms 点，Ms 点低，A多，硬度增加大。常用

13、的材料有面心立方晶格的奥氏体不锈钢，如-101-196采用 0Cr18Ni9（304 或 CF8）、0Cr18Ni12Mo2Ti（316 或 CF8M），-104以上用 3.5Ni 钢(ASTM A352 LC3)，此外还有 2.5Ni 钢（A352 LC2）、LF4、ZHSi80-3、镍铜、硅黄铜等。下列图表表示一些材料的低温冲击值和最低使用温度。上海大成仪表厂 6 摘自“调节阀设计及应用实务全书”五、材料与介质腐蚀性五、材料与介质腐蚀性 除了聚四氟乙烯外，没有一种材料能全面抵御各种介质的腐蚀，但聚四氟乙烯往往又难于满足压力和温度的要求，使其应用受到局限。所以对不同温度、压力的腐蚀性介质只有

14、选用不同的材料才能达到预期的效果。1、不同材料的耐腐蚀性能（见表 五）2、常见腐蚀性介质的材料选择：（1）盐酸（HCL）盐酸是强酸，最容易与金属反应，对金属的腐蚀性最为严重，即使是不锈钢，耐腐蚀也不理想。100时 100%的浓盐酸只有钽、锆等贵重金属才有耐蚀性。在沸点以下的一切浓度的 HCL 溶液可用哈氏 B-2（00Ni70M028V 或称 3Y21，以耐盐酸著称，使用温度为 370，晶间腐蚀的敏化温度为 600-800，）、哈氏 C，耐蚀耐热镍基合金或陶瓷、玻璃、TEFLON 等。也可在不锈钢基体上作电沉积 Ni-W 合金，或化学镀 Ni-W 合金镀层，经 5001 小时（HV1050-1

15、100）或 2 小时（HV1180-1260）热处理，在 301Mol/L HCL 溶液中年腐蚀率仅 0.008-0.003mm，比 Ni-P 镀层 0.04mm/a 低一个数量级。（2）硫酸（H2SO4）硫酸对金属的腐蚀性也很严重，而稀硫酸比浓硫酸的腐蚀性更大。14%硅铸铁对室温至沸点、浓度为 20-100%的 H2SO4具有较好的耐蚀性，但对 10%浓度不耐腐蚀，只有 duriment20 合金（使用温度为-45316），蒙乃尔合金才能满足耐蚀要求，使用温度为-240480，哈氏 B 对室温至沸点的各种浓度 H2SO4具有耐蚀性，使用温度 370。在铸铁表面化学镀 Ni-p 也可耐硫酸腐蚀

16、。硬质聚乙稀，TEFLON 也可在室温低压下使用。316、化学镀 Ni-p 耐亚硫酸腐蚀。（3）硝酸（HNO3）奥氏体不锈钢对硝酸具有较好的耐蚀性，主要有 1Cr18Ni9Ti（SUS302）、0Cr17Ni14MO2Ti（SUS316）、0Cr18Ni12MO2Ti、Ti、duriment20 合金，0Cr21Ni36MO3Mn2Cu3Nb（CW7M）、1ncone1625(0Cr21Ni60MO9Nb)，还有 14%的高硅铸铁、钼、锆、陶瓷、玻璃、TEFLON 等。6Y2（NiCr40AL），在各种浓度的硝酸液体都相当稳定。在饱和的 H2S 溶液中也相当稳定，但不耐盐酸腐蚀。（4）磷酸（H

17、3PO4）磷酸的腐蚀性没有硫酸强，但含有氟化物，氟化物杂质的情况就不同。耐腐蚀材料有0Cr18Ni12MO2Ti、钛、哈氏 B、C、CerPenter20、1nconel625（0Cr21Ni60Mo9Nb）、Cu、Cu-Ni 合金、磷青铜、铝青铜、246 型氟橡胶等。SUS316、SUS304 可耐 10%冷磷酸和 80%的冷热磷酸。氯丁橡胶可耐各种浓度的磷酸腐蚀。上海大成仪表厂 7（5）、醋酸（HAC）醋酸往往含有甲酸、铬酸、酯醛、硫酸盐、亚硫酸盐、氯化物等。14%硅铸铁、钛、1Cr18Ni9Ti、SUS316、0Cr18Ni12MO2Ti、CerPenter20 合金（与 durimen

18、t 配对），从室温到沸点在任何浓度下都具有很好的耐蚀性。00Cr18Ni12M02Ti 在 50%浓度在 70时年腐蚀速率为 0.008mm，在沸腾时为0.009mm。（6）氢氧化钠（NaoH）金属对碱的耐蚀性要比酸强得多，因为在稀碱溶液中容易形成氧化膜。在 100以下可以用1Cr18Ni9，温度高时可用纯镍，蒙乃尔合金和哈氏 B，司太莱堆焊层对碱也具有耐蚀性。碳钢和铸铁对在 60以下 30%浓度的碱液也有较好的耐蚀性。（7）氨（NH3）对氨气和氨水除了铜和铜基合金不能用外，其它金属都有耐蚀性。铸铁和碳钢都可以用，但在高温高压时，由于分解出 H 和 N 会产生氢脆和氮化现象，使材料变脆、表面硬

19、化，所以应选用不锈钢。（8）氯（CL2）温氯对金属材料的腐蚀最为严重，耐蚀材料只有钛（Ta，即 3YC23）、钽、锆、铂、TEFLON和玻璃。14%的高硅铸铁。Hastelloy Alloy C-276，即哈氏 C-276（3YC24，即 00Cr15Ni60Mo16W4，固溶处理 1150-1200水冷）也可使用。干氯气的耐蚀材料多些，低温干氯可选用铸铁和碳钢。高温可选用 14%硅铸铁、哈氏 C、0Cr18Ni12Mo2Ti。（9）氢氟酸（HF）氢氟酸腐蚀性较强，沸点以下 30%浓度的耐蚀材料有蒙乃尔、哈氏 B、C、钼、F4 和橡胶。在温度低于 120的各种浓度 HF 中，蒙乃尔 K-500

20、（3YC22，即 Ni70CU30Al）都较稳定，且酸中含有还原性物质时也不影响其腐蚀速度，但当酸中有氧化性铜盐、铁盐存在时，腐蚀加速，在潮湿的HF 蒸汽中会发生应力腐蚀开裂。无气的 HF 也可使用碳钢。（10）尿素（氨基甲酸铵，H2NCONH2、分子量 60.02，溶点 135，加热到 160左右会分解产生氨气，同时变为氰酸），耐尿素腐蚀和冲刷的材料有经合理热处理的 0Cr15Ni40CuTiAlB（3YC7）、NiCr40AL（6YC2）、00Cr25Ni22Mo2N、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、Cr17Mn14Mo2N（即 A4，俗称尿素钢）、1Cr17Mn13Mo2CuN、和低碳

21、 3RE60。耐尿素钢一般均含 N 元素。（11）海水 海水对金属易产生电化学作用，所以最好用衬橡胶或 F46 的铸铁，QAl 9-4、QAl 9-9 铝青铜，或用奥氏体不锈钢 0Cr17Ni12Mo2Ti、00Cr24Ni6Mo3N（A+体钢）。六、耐气蚀、耐冲刷材料的选择六、耐气蚀、耐冲刷材料的选择 气蚀对调节阀节流件的破坏是十分严重的，除了在阀的结构设计上采用多级降压等措施以避免气蚀，减少冲刷，在材料选用上也需要认真对待，一般选用耐磨耐冲刷的高硬度材料，常用的是经过恰当热处理的半奥氏体沉淀硬化型不锈钢 Cr17Ni7AlTi（17-7PH，SUS631，经固溶处理、低温调质处理、时效处理

22、），析出硬化型超高强度不锈钢 0Cr12Ni4Co12Mo5(NASMA-164)和马氏体不锈钢 9Cr18。CO43CrNiWNb 合金（6YC1）尤其适用于高压调节阀的阀芯、阀座。常采用的材料和工艺方法也有以 1Cr18Ni9 为基的阀芯阀座密封面堆焊司太莱合金或超音速 WC、Ni（Co）喷涂，用 YG6、YG8N 硬质合金整体制造等。用 YG 系列制作的阀芯、阀座最高工作压力可达 300MPa，适用温度可达-268+850。上海大成仪表厂 8七、兼具耐磨耐蚀性的工艺方法自溶合金粉末喷焊。七、兼具耐磨耐蚀性的工艺方法自溶合金粉末喷焊。单一材料对于耐磨耐蚀性一般较难兼具，经济而有效的办法是采

23、用金属表面强化技术。如化学镀层，化学热处理、堆焊、电火花表面强化、复合粉冶、真空溶烧、物理气相沉积等。化学热处理、电火花表面强化、物理气相沉积等表面强化工艺用于耐气蚀时，零件的基体也必须有足够的硬度。化学镀 Ni-P15-20m（Hv500-550）经 28016h 或 4001h 达 Hv1000。化学镀 Ni-P 技术是近几年 七十年代中期国内推广应用自溶合金粉末喷焊，成效显著，编者在实践中的试验数据表明，例G112Ni 基喷焊层的耐磨性是 STELLITE 堆焊层的 8 倍，YC-61 的 16 倍，17-7PH 的 60 倍，1Cr18Ni9Ti的 130 倍，而耐腐蚀性在 10%HC

24、L 溶液中是 1Cr18Ni9 的 5 倍，在其它碱液中也有较好的耐蚀性。又如粉104 喷焊层其耐磨性是 1Cr18Ni9Ti 的 92 倍，是 Stellite 堆焊层的 6 倍，是 17-7PH 的 42 倍，是 YC-61 的11 倍，而耐腐蚀性在 10%HCL 溶液中是 1Cr18Ni9Ti 的 2 倍，是 Stellite 堆焊层的 120 倍，其高温硬度和高温抗氧化性也优于 18-8 和 Stellite 合金。WC 喷焊层（或真空溶烧）可耐硅粉等磨损。八常作调节阀、自力式阀密封或膜片用的非金属材料。八常作调节阀、自力式阀密封或膜片用的非金属材料。天然橡胶（NR）：耐盐类、盐酸、水

25、、湿氯，使用温度为 85。丁腈橡胶：耐油、耐水、耐热性好，能在 120连续使用，热油中能耐 150，但耐低温性能差，-30会变硬脆。一般使用温度为-20+120。乙丙橡胶（EPDM，三元乙丙）：耐老化、耐 40%硼水、5-15%硝酸、氯化钠、冲击弹性好，但耐油性差，使用温度为-50+150。硅橡胶：无味、无毒、对人体无不良反应，常用于医疗、食品卫生阀密封。甲基硅橡胶使用温度为-60+250，低苯基（苯基 611%）硅橡胶在-100下仍有弹性，是所有橡胶中低温性能中最好的一种。中苯基（苯基 2040%）硅橡胶具有耐燃烧的特点。甲苯基（苯基 4050%），有优异的耐幅射性能。26 型氟橡胶的使用温

26、度为-73277，能耐热、耐各种酸、碱，耐过热水蒸汽，能用于超高真空场合，有较高的强度和硬度。硼硅橡胶的使用温度为-60+400，耐热、耐幅射、耐油。聚四氟乙稀（PTFE）有优良的热稳定性，在-250超低温下仍不脆而有挠性。在 260时，b 还有5MPa，1/5 室温时s 有 1.4MPa。几乎能耐所有不同浓度的酸、碱及有机酸，使用温度-30+120。缺点是有冷流和蠕变，用作阀座时，常用 20%玻璃纤维+5%MOS2增强。用作薄形件时其工艺为：模压 烧结 车削 压延。F46 即聚全氟乙丙烯，国外称 Teflon FEP，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，它基本上保持了聚四氟乙烯（PTFE）的性能，其机械强度、耐腐蚀性能，电绝缘性，耐磨性，不粘性，耐老化性均非常优良，与聚四氟乙烯相仿。但更有流动性，弹性，低温柔软性和透明性，高温极限比 F4 低 50，长期使用温度为-85205，脆化温度为-90，熔点 263，热分解温度为 400，耐一般化学品和溶剂（包括浓硝酸和王水），不耐熔融氢氧化钠和碱金属、发烟硝酸，能与氟、强氟化剂（DF2，CIF）发生作用。F46 性能指标满足模塑和挤塑，常作耐腐阀的衬里、隔膜片。对位聚苯使用温度为 300，适用介质同聚四氟乙稀。柔性石墨不适用于王水、浓硫酸、浓硝酸，并与阀杆等金属件有微电池腐蚀。应加缓蚀剂，并与其它填料组合使用。