各种材质在阀门中的应用

它是管道附件中非常重要的装置，材料的选择是保证阀门安全使用的关键因素之一。由于各个工业领域的特点不同，流体的温度、压力、物理化学性质都有各自的特点。所用材料必须在规定的介质温度和压力下具有机械性能和良好的冷热加工工艺性，这使得阀门材料的选择非常复杂。本文简要介绍了材料在马森耐兰调节阀中的应用。由于Masoneilan是一家美国公司，本文中的材料介绍基于ASTM美国材料试验协会的标准。

 ASTM A216-本标准适用于能与其它铸钢件或锻钢件在高温下焊接的阀门、法兰、管件或其它承压部件的碳钢铸件。

世界上常用的是WCA、WCB和ASTM A216的WCC。它们品牌的基本含义是:W是可焊的，C是铸造的，A、B、C是碳铸钢的强度等级，其中A是低强度，B是中强度，C是高强度。碳钢适用于非腐蚀性和氧化性应用。在某些特定的条件下，如一定的温度范围和一定的浓度，也

可用于发烟硫酸等腐蚀性介质中。适用温度-29℃~427℃碳钢在427℃以上有石墨化倾向。

ASTM A216 WCC具有如下优点超过ASTM A216 WCB:

低碳含量(0.25%比0.30%)，因为较低的碳含量具有更好的抗发生脆性破坏和焊接性能。

高锰含量(1.2%比1%)，因为较高的锰含量提高了强化作用，具有更高的屈服强度。

WCC的温压曲线较WCB更高一些。

基于如上三点，所以Masoneilan调节阀采用ASTM A216 WCC牌号的可焊接的碳素铸钢作为标准的碳钢材质。

另两种碳素钢ASTM牌号如下：

1、ASTM A105 ---管道部件用碳素钢锻件。A代表的是普通碳素结构钢。因为这个标准里只规定了一种碳钢锻件，A105也就算一种锻件碳钢牌号。

ASTM A106--- 高温用无缝碳素钢管。 A106包括A106-A，A106-B。前者相当于国内的10#材质，后者相当于国内的20#材质。

2、 ASTM A352--低温承压用铁素体和马氏体铸钢件标准规范

ASTM A 352中共有十个低温铸钢牌号（见如下表格），其中常用的三个牌号分别是用于-46℃的LCB、LCC，用于的-101℃的LC3。对于低于-101℃以下至-196℃的工况条件下一般采用奥氏体钢铸件，如CF8、CF8M。

低温铸钢件材料牌号和适用温度

LCB和LCC的适用温度： -46℃~343℃

LCB的和WCB的化学成分相同

LCC和WCC的化学成分相同.

紧急切断阀相比较，LCC同样优于LCB. Masoneilan调节阀采用LCC牌号做为标准的低温碳钢材质。

LC3的适用温度：-101℃~343℃。但因该材质是非标准的，而不锈钢（例如CF8M）可以用于-198℃，并且无需冲击测试，所以在-101°C低温下运用CF8M不锈钢会更加经济，因此在调节阀行业中很少用到LC3这种材质。

ASTM A350管道部件用要求切口韧性试验的碳素钢与低合金钢锻件。常用的两个牌号分别是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。但对于-101℃以下至-196℃工况条件下一般采用奥氏体钢锻件，如F304、F316。

          铬-钼钢

          铬钼钢是指加入Cr和Mo等合金元素以显著提高高温强度极限和蠕变极限的钢种，同时具有良好的抗氢腐蚀和耐高温的性能，可以用于593C的高温，因此被广泛地运用于电厂、炼油、化工等高温和含氢工况中。

          ASTM A217 高温用承压部件马氏体不锈钢和合金钢铸件标准规范

          ASTM A182  高温用锻制或轧制合金钢和不锈钢管法兰、锻制配件、阀门与零部件标准规范

          国际上常用的铸造铬-钼钢为ASTM A217 中的WC6、WC9、C12A，相对应的锻件为ASTMA182 中的F11、F22、F91.

          ASTM A217 WC6 --- ASTM A182 F11 (1.25Cr-0.5Mo)，适用于工作温度在-29～595℃之间的非腐蚀性介质的高温高压。

          ASTM A217 WC9 --- ASTM A182 F22 (2.25Cr- 1Mo) ，WC6和WC9都是铸钢件，两个的机械性能基本相同，常温下具有相同的拉伸强度，屈服强度和延展率。和WC6相比，WC9含有更多的铬和钼，因此其在高温工况下的机械强度会更好一些，另外WC9抗冲刷的能力也会更好一些。

          ASTM A217 C12A --- ASTM A182 F91 (9Cr-1Mo), C12A具有良好的抗高温氧化性能和高温蠕变强度以及良好的塑性和加工性能。适用于工作温度在-29～650℃之间的腐蚀性介质的高温高压阀门。C12A多用于超临界电站阀门的铸钢材料。

          不锈钢：

          调节阀中常用的不锈钢材料为马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。

          马氏体不锈钢

          马氏体不锈钢是其中铬含量不低于12%(一般在12%~18%)，碳含量较高，使用态组织为马氏体的不锈钢。通过热处理可以调整其力学性能，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中的碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。在调节阀中马氏体不锈钢多用来作为阀内件材质，运用于腐蚀性不高的工况下。常用于调节阀的马氏体不锈钢有： 410、416、和440C，。

          410型不锈钢（ASTMA276等级 S41000）—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，但抗腐蚀性较差。相对应的铸件是ASTM A217 CA15。 ASTM A743 CA6NM是CA15的改进版，通常用在既需要高强度又需要高硬度，同时具有中等腐蚀环境的场合，在Masoneilan阀中用于碳钢阀体的标配阀内件材质。

          416型不锈钢(ASTMA582 S41600)—416是一个免加工的 410版本。添加了硫改善了材料的加工性能。416用于需要高强度和一些耐腐蚀性能的工况。由416制成的零件不能焊接或硬面堆焊。拉伸性能是低于410，尤其是在横向方向上的延性是远远低于410的。

          440C型不锈钢（ASTM A276 S44004）—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于比较硬的不锈钢之列。常见的应用例子就是“剃须刀片”。在调节阀中多用于加工成导向套环或消气蚀的阀笼。

          马氏体沉淀硬化不锈钢，是碳含量低于0.1%，加入铜、钼、钛、铝等元素使之沉淀析出碳化物和金属间化合物而进一步强化的马氏体不锈钢。

          17-4PH型不锈钢（ASTMA564 630）—常用的沉淀硬化不锈钢，17%Cr，4%Ni, 它是由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢。这个等级具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性。经过热处后,产品的机械性能更加完善，它对大气及稀释酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力,它的抗腐蚀能力与304一样。正因为由于其耐磨性和耐腐蚀性都好，多用来加工成调节阀的阀杆、阀芯、阀笼等。由于在升高的温度下，马氏体沉淀硬化材料会发生脆化。脆化的程度取决于温度和时间，因此在温度高于316°C避免使用该材质。

          奥氏体不锈钢

          奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括******的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。由于奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性，高温抗氧化性和耐低温性能，广泛运用于制作耐腐蚀调节阀、高温调节阀和低温调节阀。

          如下是调节阀中常用的奥氏体不锈钢。

304型不锈钢(ASTMA351 CF8)：通用型号；即18/8不锈钢。标准成分是 18 % 铬加8 %镍。

304L型不锈钢(ASTMA351 CF3)：与 304相同特性，但低碳故更耐蚀、易热处理，但机械性较差,适用焊接及不易热处理之产品。对于硝酸工况，较304，316,316L，317等不锈钢，304L的抗腐蚀性是特别好的。

316型不锈钢(ASTM A351 CF8M)：继 304之后，第二个得到广泛应用的钢种，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构，由于较304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。316 SST 在除了氮酸之外的几乎所有场合比 304SST 具有更好的耐腐蚀性能。

316L型不锈钢(ASTMA351 CF3M)：含碳量低，低碳故更耐蚀、易热处理，

          316H型不锈钢(ASTM A351 CF10M):含碳量高，抗脱碳性更高，故适于高温条件使用。耐温范围：538℃-816℃.,缺点焊接性能差，抗晶间腐蚀差。

          317型不锈钢(ASTM A351 CG8M)：是铬和钼含量各增加1%的316, 从而比316具有更大的抗点蚀的能力。它对于蒸煮液、干二氧化氯和很多其它纸浆与造纸环境有优良的抵抗性能。因此多用于造纸行业。

          Nitronic 50型不锈钢（ASTMA479 S20910）：是氮强化奥氏体不锈钢，属于合金金属。又称为S20910 / XM-19。其抗腐蚀性能优于316、316L、317和317L，且室温下屈服强度几乎是它们的两倍。该钢种在高温及零下的温度中都具有非常好的机械性能。该钢种在抗硫化物应力腐蚀开裂及耐晶间腐蚀方面都有非常杰出的表现。这种高度防锈蚀及高强度的NITRONICS50不锈钢常用来加工酸性或高压工况下调节阀的阀杆。

          660型不锈钢(ASTMA638 660)：是一种时效硬化奥氏体。它是具有良好耐腐蚀性的铁基高温合金，由于其在高温下优良的强度，在调节阀中主要加工阀杆可用在高达704℃的高温的工况下。

          高温稳定性钢。钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。多用于石化炼油行业的高温含硫工况。

          321型不锈钢(ASTMA479 321)：高温稳定性钢，添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险。

          347型不锈钢（ASTM A351 CF8C)：高温稳定性钢，添加稳定化元素铌，提高耐晶间腐蚀性能，在酸、碱、盐腐蚀介质中的耐腐蚀性同321不锈钢。焊接性能良好。对于欧美的阀门厂家，更倾向于采用347不锈钢。

          双相不锈钢

          所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

          双相钢一般可以分成如下四类：

          低合金型━代表牌号是UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N）PREN值24～25，是不含钼的低级双相不锈钢。

          中合金型代表牌号是UNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）,PREN 值32～ 33，主要的双相不锈钢钢种，占