浅议截止阀的用途以及使用中的优缺点

October 19th, 2009

截止阀用途如下:

截止阀可用于大部分介质流程系统中。已研制出满足石化、电力、冶金、城建、化工等部门各种用途的多种形式的截止阀。

截止阀的使用极为普遍,但由于开启和关闭力矩较大、结构长度较长,通常公称通径都限制在 250mm 以下,也有到 400mm 的,但选用时需特别注意进出口方向。一般 150mm 以下的截止阀介质大都从阀瓣的下方流入,而 200mm 以上的截止阀介质大都从阀瓣的上方流入。这是考虑到阀门的关闭力矩所致。为了减小开启或关闭力矩,一般 200mm 以上的截止阀都设内旁通或外旁通阀门。

截止阀最明显的优点是:

  1. 在开启和关闭过程中,由于阀瓣与阀体密封面间的摩擦力比闸阀小,因而耐磨。
  2. 开启高度一般仅为阀座通道直径的 1/4,因此比闸阀小得多。
  3. 通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面,因而制造工艺性比较好,便于维修。

但是,截止阀的缺点也是不容忽视的。

缺点主要是流阻系数比较大,因此造成压力损失,特别是在液压装置中,这种压力损失尤为明显。

不同元素对不锈钢的影响

October 19th, 2009

目前已知的化学元素有 100 多种,在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说,最常用的元素有十几种,除了组成钢的基本元素铁以外,对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是:碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外,都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的,当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时,它们的影响要比单独存在时复杂得多,因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用,而且要注意它们互相之间的影响,因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。

1、铬在不锈钢中的决定作用

决定不锈钢的元素只有一种,这就是铬,每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止,还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素,根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后,促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明:

  • 铬使铁基固溶体的电极电位提高;
  • 铬吸收铁的电子使铁钝化;

钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多,主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

2、碳在不锈钢中的两重性

碳是工业用钢的主要元素之一,钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作用的程度很大(约为镍的 30 倍),另一方面由于碳和铬的亲和力很大,与铬形成—系列复杂的碳化物。所以,从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。

认识了这一影响的规律,我们就可以从不同的使用要求出发,选择不同含碳量的不锈钢。

例如工业中应用最广泛的,也是最起码的不锈钢 —— 0Crl3 ~ 4Cr13 这五个钢号的标准含铬量规定为 12 ~ 14%,就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的,目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后,固溶体中的含铬量不致低于 11.7% 这一最低限度的含铬量。

就这五个钢号来说由于含碳量不同,强度与耐腐蚀性能也是有区别的,0Cr13 ~ 2Crl3 钢的耐腐蚀性较好但强度低于 3Crl3 和 4Cr13 钢,多用于制造结构零件,后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了克服 18-8 铬镍不锈钢的晶间腐蚀,可以将钢的含碳量降至 0.03% 以下,或者加入比铬和碳亲和力更大的元素(钛或铌),使之不形成碳化铬,再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时,我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量,做到既满足硬度与耐磨性的要求,又兼顾—定的耐腐蚀功能,工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢 9Cr18 和 9Cr17MoVCo 钢,含碳量虽高达 0.85 ~ 0.95%,由于它们的含铬量也相应地提高了,所以仍保证了耐腐蚀的要求。

总的来讲,目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的,大多数不锈钢的含碳量在 0.1 ~ 0.4% 之间,耐酸钢则以含碳 0.1 ~0.2% 的居多。含碳量大于 0.4% 的不锈钢仅占钢号总数的一小部分,这是因为在大多数使用条件下,不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外,较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求,如易于焊接及冷变形等。

3、镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的

镍是优良的耐腐蚀材料,也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素,但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量要达到 24%;而只有含镍 27% 时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时,含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。

基于上面的情况可知,镍作为合金元素在不锈钢中的作用,在于它使高铬钢的组织发生变化,从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。

4、锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍

铬镍奥氏体钢的优点虽然很多,但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍 20% 以下的热强钢的大量发展与应用,以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大,而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区,因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其他合金领域(如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等)中,特别是镍的资源比较缺乏的国家,广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践,在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。

锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些,锰的作用不在于形成奥氏体,而是在于它降低钢的临界淬火速度,在冷却时增加奥氏体的稳定性,抑制奥氏体的分解,使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面,锰的作用不大,如钢中的含锰量从 0 到 10.4% 变化,也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大,形成的氧化膜的防护作用也很低,所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢(如 40Mn18Cr4、50Mn18Cr4WN、ZGMn13 钢等),但它们不能作为不锈钢使用。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一,即 2% 的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体,并且作用的程度比镍还要大。例如,欲使含 18% 铬的钢在常温下获得奥氏体组织,以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢,目前已在工业中获得应用,有的已成功地代替了经典的 18-8 铬镍不锈钢。

5、不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀

6、钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能

7、其他元素对不锈钢的性能和组织的影响

以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响,除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外,不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素,如硅、硫、磷等.也有的是为了某些特定的目的而加入的,如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说,这些元素相对于已讨论的九种元素,都是非主要方面的,虽然如此,但也不能完全忽略,因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。

是形成铁素体的元素,在一般不锈钢中为常存杂质元素。

作为合金元素在钢中应用不多,这是因为钴的价格高及其在其它方面(如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等)有着更重要的用途。在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多,常用不锈钢如 9Crl7MoVCo 钢(含 1.2 – 1.8% 钴)加钴,目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度,因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。

高铬铁素体不锈钢 Crl7Mo2Ti 钢中加 0.005% 硼,可使在沸腾的 65% 醋酸中的耐腐蚀性能提高。加微量的硼(0.0006 ~ 0.0007%)可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体,使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大,但含有较多的硼(0.5 ~ 0.6%)时,反而可防止热裂纹的产生。因为当含有 0.5 ~ 0.6% 的硼时,形成奥氏体-硼化物两相组织,使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时,母材在冷却时产生的张应力,由处于液态-固态的焊缝金属承受,此时是不致引起裂缝的,即使在近缝区形成了裂纹,也可以为处于液态-固态的熔池金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。

在一般不锈钢中都是杂质元素,但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著,故含量可允许高一些,如有的资料提出可达 0.06%,以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达 0.06%(如 2Crl3NiMn9 钢)以至 0.08%(如 Cr14Mnl4Ni 钢)。利用磷对钢的强化作用,也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素,PH17-10P 钢(含 0.25% 磷)乃 PH-HNM 钢(含 0.30% 磷)等。

硫和硒 在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加 0.2 ~ 0.4% 的硫,可提高不锈钢的切削性能,硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能,是因为它们降低不锈钢的韧性,例如一般 18-8 铬镍不锈钢的冲击值可达 30公斤/平方厘米。含 0.31% 硫的 18-8 钢(0.084% C、18.15% Cr、9.25% Ni)的冲击值为 1.8 公斤/平方厘米;含 0.22% 硒的 18-8 钢(0.094% C、18.4% Cr、9% Ni)的冲击值为 3.24公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能,所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。

稀土元素 稀土元素应用于不锈钢,目前主要在于改善工艺性能方面。如向 Crl7Ti 钢和 Cr17Mo2Ti 钢中加少量的稀土元素,可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体-铁素体不锈钢中加 0.02 ~ 0.5% 的稀土元素(铈镧合金),可显著改善锻造性能。曾有一种含 19.5% 铬、23% 镍以及钼铜锰的奥氏体钢,由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件,加稀土元素后则可轧制成各种型材。

市场分析:阀门市场将呈现五大发展趋势

October 19th, 2009

有业内人士分析,在今后一段时间内,阀门市场的发展将呈现出五大趋势。

阀门的最大用户是石化行业、电力部门、冶金部门、化工行业和城市建设部门。石化行业主要使用采用了 API 标准的闸阀、截止阀和止回阀;电力部门主要采用电站用高温压闸阀、截止阀、止回阀和安全阀及一部分给排水阀的低压蝶阀、闸阀;化工行业主要采用不锈钢闸阀、截止阀、止回阀;冶金行业主要采用低压大口径蝶阀、氧气截止阀和氧气球阀;城市建设部门主要采用低压阀,如城市自来水管道主要采用的大口径闸阀,楼寓建设主要采用的中线蝶阀,城市供热主要采用的金属密封蝶阀等;输油管线主要采用平板闸阀和球阀;制药行业主要采用不锈钢球阀;食品行业主要采用不锈钢球阀等。由于用户需求的变化,阀门产品的市场走向也将发生相应的变化,在今后一段时间将朝着以下几个方向发展:

首先,随着石油开发向内地油田和海上油田的转移,以及电力工业由 30 万千瓦以下的火电向 30 万千瓦以上的火电及水电和核电发展,阀门产品也应依据设备应用领域变化相应改变其性能及参数。

其次,城建系统一般采用大量低压阀门,并且向环保型和节能型发展,即由过去使用的低压铁制闸阀逐步转向环保型的胶板阀、平衡阀、金属密封蝶阀及中线密封蝶阀过渡,输油、输气工程向管道化方向发展,这又需要大量的平板闸阀及球阀。

第三,能源发展的另一面就是节能,所以从节约能源方面看,要发展蒸汽疏水阀,并向亚临界和超临界的高参数发展。

第四,电站的建设向大型化发展,所以需用大口径及高压的安全阀和减压阀,同时也需用快速启闭阀门。

第五,针对成套工程的需要,阀门供应由单一品种向多品种和多规格发展。一个工程项目所需的阀门,由一家阀门生产厂家全部提供的趋势越来越大。

金属波纹管阀门材料趋势:耐高压、耐腐蚀、耐高温

October 19th, 2009

阀门适于生产波纹管的材料必须具有良好的塑性、高的弹性极限、抗拉强度和疲劳强度,良好的焊接性能,稳定的弹性性能。奥氏体不锈钢因具有这些性能特点,被广泛用于制造波纹管。

在金属波纹管阀门中,金属波纹管组件在阀杆与阀体内的工艺流体之间提供了可轴向移动的金属壳体,形成动密封。波纹管在承受阀杆的压缩与拉伸的同时承受介质的压力、温度和腐蚀,确保阀门在寿命周期内实现零泄漏。随着波纹管在阀门行业的普遍应用,对波纹管的技术要求也不断提高。阀门用金属波纹管不断向耐高压、耐高温、耐腐蚀和长寿命方向发展。

阀门用波纹管材料基本要求

适于生产波纹管的材料必须具有良好的塑性、高的弹性极限、抗拉强度和疲劳强度,良好的焊接性能,稳定的弹性性能。奥氏体不锈钢因具有这些性能特点,被广泛用于制造波纹管。

耐高压

耐压是对阀门及波纹管的基本要求,但随着阀门压力等级的升高,波纹管壁厚增加和刚度加大,给阀门开启及波纹管制造都增加了难度。波纹管生产厂家一般不单纯增加壁厚,而是通过增加层数的方法提高产品耐压力,同时降低了波纹管的轴向刚度,减小阀门开启力。公称压力 15MPa (900lb) 以下的奥氏体不锈钢材料波纹管壁厚范围一般为 0.1 ~ 0.3 mm,层数 1~6 层。该压力等级下的波纹管具有一定通用性,已形成系列产品。当压力达到 25MPa (1500lb) 以上时,要根据阀门口径和工作温度选择合适的材料,由波纹管专业生产厂家设计生产。

耐腐蚀

非金属材料耐腐蚀性能优良,衬氟塑防腐阀门应用广泛,四氟波纹管阀门也有一定的应用领域。但因非金属材料强度和耐热性都较低,一般使用温度不超过 150℃,应用范围受到限制。以 304、316L 为代表的奥氏体不锈钢可以应对腐蚀性较弱的工况,但要对抗例如氯碱行业的湿氯腐蚀以及其他苛刻腐蚀性工况时,必须采用耐腐蚀性能优良的耐腐蚀合金材料。耐蚀合金的耐点蚀以及缝隙腐蚀的能力常用耐点腐当量 (PRE) 值注1表示。PRE 值越高,合金的临界缝隙腐蚀温度 (CCT) 和临界点蚀温度 (CPT) 越高。

耐高温

工作温度高于 450℃ 的阀门称为高温阀门。奥氏体不锈钢的推荐工作温度最高为 400℃,所以高温阀门必须选用耐高温合金材料。

注1:PRE 值计算公式 PRE = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N