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
选择阀门材料是阀门设计工作不可缺少的一个重要组成部分。几乎每一台钢制阀门都同时包含了多种性能各异的结构材料和密封材料,如黑色金属材料、有色金属材料、合金材料以及塑料、橡胶等非金属材料。对于不锈钢阀门来说,它所涉及到的材料种类比一般碳钢阀门还要广泛得多,同时,材料的选择除了必须遵循一般碳钢阀门的原则外,尚应充分往意到不锈钢阀门在设计和制造工艺方面的不同特点。因此,也可以这样说,掌握阀门常用材料是设计不锈钢阀门的基础和前提。
选择不锈钢阀门材料的基本依据是:
- 工作介质的性质;
- 零件在阀门中所起的主要作用;
- 阀门的综合经济效果等。
不锈钢阀门通常应用于工作介质具有一定腐蚀行为的场合。但是,任何一种阀用材料,耐工作介质腐蚀的能力都是相对有限的,并受到许多因素的影响,不能笼统地讲哪一种不诱钢适用于哪一种工作介质。
以 18-8 不锈钢为例,它是一种耐硝酸腐蚀的典型钢种,这是说,它在浓度低于 90%、室温或浓度低于 40%、沸腾温度条件下的硝酸介质中具有极高的化学稳定性。须知,这种说法本身已经对硝酸这种介质的浓度及温度条件作出了限制,但是这还不够,如果在制造过程中采用的加工工艺与热处理工艺不得当,从而不能保证这种材料具有均匀的单相奥氏体组织,就会明显地降低它的耐腐蚀性能,甚室出现严重的晶间腐蚀倾向,在许多情况下,就不能用它制作不锈钢阀门的主要零件。至于在浓度高于 98% 的浓硝酸介质中,无论采用什么样的热处理工艺,这种钢材都不具有耐腐蚀性能。
因此,在根据工作介质的性质来选用阀门材料时,必须同时研究介质的浓度、温度以及材料的热处理工艺等诸因素对耐腐蚀性能的影响。