阀门阀体材料的适宜工作温度

1、阀门阀体材料的适宜工作温度1综述阀门设计和选材时必须重点考虑的问题之一是调节阀的工作温度。为了规范阀门主体材料的适宜工作温度，从各种类型的阀门用钢和合金 牌号的材料性能方面对我国石油化工、化工、化肥、电力及冶金等行 业用的阀门主体材料的适宜工作温度及相关要求作出了明确的规定， 供阀门产品设计、制造及检验时用。另外，从技术管理和生产管理及 物资采购等方面考虑，对每种类型的钢应选用综合性能良好的， 不宜 选用过多的钢号和合金牌号，以防造成混乱。2低温工况2.1超低温阀门材料超低温阀门（-254 （液氢）-10C（乙烯）主体材料必须选用面 心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜合金或铝合金，其热处理后的低温力

2、 学性能，特别是低温冲击韧性必须达到标准的要求。下列奥氏体不锈钢可用于制造超低温阀门。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8和CF3 ,ASTM A182 F316、F316L、F304 和 F304L , ASTM A433 316、316L、304、304L和CF8D。超低温阀门的阀体、阀盖、闸板或阀瓣等在精 加工前，必须在液氮（-196 C）中进行深冷处理。2.2低温阀门材料适用于低温阀门（-100-30 C）的主体材料有低温奥氏体不锈钢和 低温承压件用铁素体和马氏体钢。低温用奥氏体不锈钢有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和 CF3, ASTM A182 F316

3、、F316L、F304 和 F304L , ASTM A433 316、316L、304、304L 和 CF8D。低温承 压件用铁素体和马氏体钢有 ASTMA352LCA (-32 C)、LCB、LCC(-46 C)、LC1 (-59 C)、LC2、LC211 (-73 C)和 LC3 (-100 C)。ASTMA352标准中的材料初级价格较低，但是其冶炼时化学成分必须 有可靠且要求十分严格的工厂内控标准。 其热处理工艺复杂，需要多 次作调质处理，方能达到标准要求的低温冲击韧性的要求，生产周期长。低温冲击韧性达不到标准要求时，不允许投料作低温钢使用。因此，只有在生产批量大，并且可成炉冶炼时才采

4、用，而在一般情况 下选用奥氏体不锈钢。3非腐蚀工况阀门工作介质为水、蒸汽、空气和油品等非腐蚀性物质时，一般采用 碳素钢。阀门用碳素钢系指 ASTMA216标准中的WCB、WCC铸钢 和ASTM A105锻钢。阀门用碳素钢适宜工作温度为-29425 C。但 是为了安全，考虑到介质的工作温度有可能波动，因此，一般碳素钢 的使用温度不应超过400 C。4腐蚀工况4.1 铬-钼系咼温钢阀门选用的Cr-Mo高温铸钢主要是采用ASTM A217标准中的WC6、WC9和C5 (ZG1Cr5Mo ),其对应的轧材分别为 ASTM A182中的 F11、 F22和 F5。(1) 低铬级铬-钼钢 低铬级铬-钼钢有

5、WC6、WC9、F11和F22 , 其适用的工作介质为水、蒸汽和氢气，不宜用于含硫油品。 WC6和 F11适宜工作温度为-29540 C, WC9和F22适宜工作温度为-29 570 C。(2) 铬五钼高温钢 铬五钼高温钢有C5 (ZG1Cr5Mo )和F5,其 适用的工作介质为水、蒸汽、氢气和含硫油品等。C5 (ZG1Cr5Mo )如果用于水蒸汽时，其最高工作温度为 600 C。用于含硫油品等工作 介质时，其最高工作温度为550 C。因此，规定C5 (ZG1Cr5Mo )的 工作温度为 屿50 C。4.2 不锈耐酸钢不锈耐酸钢是指用于石化及化工、化肥行业中抗硝酸、硫酸、醋酸及 有机酸等耐腐蚀

6、性的铬镍或铬镍钼不锈耐酸钢。不锈耐酸钢铸钢主要是采用 ASTM A743 或 ASTM A744 标准中 CF8、CF8M、CF3、CF3M、 CF8C、CD-4MCu和CN7M等，其对应的轧材分别为 ASTM A182 标准中的 F304、F316、F304L、F316L、F347、F53及美国 UNSN08020。(1) Cr-Ni 不锈钢 Cr-Ni 类不锈耐酸钢有 CF8、CF3、F304、F304L、CF8C和F347 ,其适用于工作介质为硝酸等氧化性酸。其最高工作 温度200 C。(2) Cr-Ni-Mo不锈钢 Cr-Ni-Mo类不锈耐酸钢有CF8M、CF3M、F316和F316L

7、 ,其适用于工作介质为醋酸等还原性酸。CF8M , CF3M 等可以代替 CF8和CF3，但CF8、CF3不能代替CF8M和CF3M。所以，美国等国家不锈耐酸钢阀门主要用CF8M、CF3M，其最高工作温度00 °Co(3) CN7M合金 CN7M合金具有较好的全面耐蚀性，它广泛地应用于苛刻的腐蚀条件下，包括硫酸、硝酸、氢氟酸和稀盐酸、苛性碱、 海水及热的氯化物盐溶液等，特别是可用于各种浓度和温度<70 C范围的硫酸中。CN7M和UNS N08020合金使用温度为-29450 C。(4) 双相不锈钢 双相不锈耐蚀钢(表1)为沉淀硬化不锈钢，它们是在铁素体的基体中含35%40%的奥

8、氏体，其屈服强度约为19Cr-9Ni奥氏体不锈钢的2倍，并具有高硬度及良好的塑性和冲击韧 性。特别适合在既有磨蚀又有冲刷的腐蚀工作条件下使用，因而广泛地应用于在氧化和还原的强酸工况中，在有氯的环境中有特殊的抗应 力腐蚀开裂的性能。CD-4MCu、CD3MN、CE3MN和F53双相不锈 钢使用温度为-29316 C。表1双相不锈钢材料牌号对照牌号铸材轧材板材棒材0Cr25-Ni5-Mo-A8901AA182F51A240S31A479S31CuCD4MCu80380300Cr22-Ni5-MoA8904A3-NCD3MN00Cr25-Ni7-MoA8905AA182F53A240S32A479S

9、324-NCE3MN7507504.3 耐蚀镍基合金耐蚀镍基合金阀门主要是选用 ASTMA494标准中的铸造蒙乃尔合金（M35-1 ）、铸镍合金（CZ-100 ）、英康乃尔合金（CY-40 ）、哈氏合 金 B（ N-12MV、N-7M ）及哈氏合金 C（CW-12MW、CW-7M、CW-6MC、 CW-2M ）。用于耐蚀蒙乃尔合金阀门的蒙乃尔合金轧材主要为UNS N04400（Monel 400 ）和 UNSN 05500 （ Monel K500 ）。铸镍合金无对应的 轧材，英康乃尔合金的轧材为 Inconel600和Inconel625等。（1）蒙乃尔合金蒙乃尔合金（Mon el ）具有较

10、高的强度和韧性，特别是具有优异的抗 还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能。因此，通常用于制造输送氢氟酸、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸等介质的设备和阀门，也适 用于干燥氯气、氯化氢气、425 C高温氯气及450 C高温氯化氢气等 介质，但不抗含硫介质和氧化性介质（如硝酸及含氧高的介质）的腐 蚀。整体是蒙乃尔合金的阀门材料代号为 MM ,内件是蒙乃尔合金的 阀门，壳体为碳素钢时阀门材料代号为 C/M、壳体为CF8时阀门材 料代号为P/M、壳体为CF8M时阀门材料代号为R/M。蒙乃尔合金M35-1、Monel400和MonelK500合金的适宜工作温度为-2940 C。（2）铸镍合金铸镍合金（CZ-

11、100 ）的化学成分为95%Ni和1100%C，其无对应的 轧材。当CZ-100用于高温高浓度或无水碱溶液中时，具有优异的耐 蚀性能。CZ-100常用于在高腐蚀浓度（包括熔融无水苛性钠）的氯 碱生产中以及用于不能有铜和铁等金属污染产品的场合。铸镍合金 CZ-100阀门的材料代号为Ni。CZ-100合金适宜工作温度为-29316 C(3) 英康乃尔合金英康乃尔合金(Inconel)CY-40和 Inconel 600 (ASTM B564 N06600 ) 等主要用于抗应力腐蚀，尤其适用于高浓度的氯化物介质，当Ni含量纽5%时，对氯化物的应力腐蚀具有 免疫”效果。此外，它还能抗 沸浓硝酸、发烟硝

12、酸、含硫和钒的高温气体及燃烧物的腐蚀。In co nel 合金已广泛用于制造核动力工厂的锅炉给水系统的部件，因为它比不锈钢的安全性更高。同时，它还适用于需要高强度、高压密圭寸的高抗 蚀性能，以及在高温下具有抗机械磨损和抗氧化能力的工业生产中。如大化肥厂用Inconel 600或In co nel 625合金(为哈氏合金CW-6MC 的轧材牌号)制造高压(6001500LB )高浓度氧气阀门等。CY-40 和In co nel600合金阀门的材料代号为 In。适宜工作温度为-29 650 C。(4) 哈氏合金哈氏合金(Hastelloy )是商业名称，它包括有一系列的合金牌号，用 于耐蚀阀门上的

13、主要是哈氏合金B ( Hastelloy B)和哈氏合金 C(Hastelloy C )这两类。哈氏合金B (Hastelloy B )的铸造合金牌号在 ASTM A494标准中为 N-12MV ( N-12M-1 )及N-7M (有的资料称之为 N-12M-2，也称它 为Chlorimet 2合金)，其轧材牌号为 ASTM B335标准中的UNSN10665。哈氏合金B对各种浓度的盐酸均耐蚀，对非氧化性盐及酸 亦耐蚀。哈氏合金B的耐蚀阀门，从耐蚀性及抗晶间腐蚀性考虑宜选用低碳级的哈氏合金B (N-7M )。哈氏合金的材质代号阀门行业尚无规定，哈氏合金B阀门的材质代号，可直接用其铸造合金牌号来

14、表示。哈氏合金B适宜工作温度为-29 °C425 °C。哈氏合金C (Hastelloy C )的铸造合金牌号为 CW-12MW (有的资 料称之为 CW-12M-1 )和 CW-7M (CW-12M-2 ,也称它为 Chlorimet3 合金)及HastelloyC-276合金，其铸造合金牌号为 CW-6MC和 HastelloyC-4合金，其铸造合金牌号为 CW-2M。铸造哈氏合金 CW-7M、CW-12MW、CW-6MC和CW-2M 其对应的轧材牌号分别 是 UNS N10001、UNS N10003、UNSN10276 禾口 UNS N06455。哈 氏合金C对氧化

15、性溶剂、低浓度常温的盐酸和硝酸耐腐蚀。第一代 Hastelloy C (0Cr16Ni60Mo16W4 )的特点是在强腐蚀的氧化性和还 原性酸介质中，具有优良的耐蚀性能，但由于高镍耐蚀合金为奥氏体 组织，因为Ni降低了 C在奥氏体中的固溶度等原因。所以，Ni-Mo 系HastelloyB和Ni-Mo-Cr系的HastelloyC 合金均存在较严重的晶 间腐蚀倾向或敏感性，在高温时还会导致应力腐蚀和缝隙腐蚀。为了 克服晶间腐蚀，于是推出了第二代哈氏合金HastelloyC-276 (C由0112%降低到6%)及第三代哈氏合金 CHastelloyC-4，其特点是低Si (Si0108% )和超微

16、C (C<01015% ),并降低了 Fe和 W的含量，加入了稳定化的合金元素Ti等。哈氏合金C的耐蚀阀门， 从耐蚀性及抗晶间腐蚀性考虑，宜选用哈氏合金C-276 (CW-6MC )及哈氏合金C-4 (CW-2M )。哈氏合金C阀门的材料代号多，且性能 和工作温度差别大，所以CW-12MW、CW-7M、CW-6MC和CW-2M 分别用HC-12、HC-7、HC-276和HC-4表示，或直接用其铸造合金 牌号来表示。哈氏合金 CW-7M和UNSN10001合金的适宜工作温度 为-29425 C,哈氏合金 CW-12MW 和UNSN10003合金的适宜工 作温度为-29700 C,哈氏合金C

17、W-6MC和UNSN10276合金的适 宜工作温度为-29676 C,哈氏合金CW-2M和UNSN06455合金的 适宜工作温度为-29425 C。4.4 钛合金钛（Ti）具有强度高，质量轻，足够高的抗热性和低温韧性及良好的 加工性能和焊接性能。用于阀门生产中主要是铸造纯钛和锻造纯钛ZTA2。钛对腐蚀性介质因温度等工况的不同而表现出耐蚀、不耐蚀 甚至起火、爆炸等。因此，订货和设计选用时应对使用介质的性质 （浓 度、温度等）给予明确的规定。钛材质的阀门在多种氧化性强腐蚀性介质和中性介质中具有优异的耐蚀性能。钛在沸点以下且浓度80%的硝酸中均具有优异的耐蚀性。 而在发烟硝酸中当NO2含量超过2%而

18、含水量不足时，钛与发烟硝酸 反应会发生爆炸，因此，钛一般不用于含量80%以上的高温硝酸。钛 在硫酸中不耐蚀，钛在盐酸中具有中等的耐蚀性。一般认为，工业纯 钛可用于室温时浓度7.5%、60 C时浓度3%及100 C时浓度0.5%的盐 酸中，钛还可用于35 C时浓度30%、60 C时浓度10%及100 C时浓度 3%的磷酸中。钛在HF （氢氟酸）中不耐蚀，钛在酸性氟化物溶液中 也不耐蚀，钛在硼酸和铬酸中耐蚀，在氢碘酸和氢溴酸中可以使用。钛可用于60 C 10%硫酸和90%硝酸的混酸，沸腾的1%盐酸和5%硝酸的混酸以及室温王水（注：王水是3体积的浓盐酸和1体积的浓硝酸 的混合物）中。钛在室温下各种浓

19、度的氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化 镁、氢氧化钠和氢氧化钾溶液中完全耐蚀，但不能用于沸腾的氢氧化 钠和氢氧化钾中。碱中含氨会加剧钛的腐蚀。钛在自来水、河水和空 气中最高工作温度为300 C。钛可用于海水中最高流速达20m/s，钛 在温度120 C海水中有很高的耐蚀性，若温度高于120 C,可能会产 生点腐蚀和缝隙腐蚀。钛除了蚁酸、草酸和较浓的柠檬酸（浓度为0%） 外，钛对所有的有机酸均具有优异的耐蚀性，但有机酸中含水量过低（011%）时钛易发生点腐蚀。钛在碳氢化合物和氯化碳氢化合物中 有优异的耐蚀性。钛在干氯气中能发生剧烈反应生成TiCI4，并有着火的危险，但钛在湿氯（含水量在013115% ）中

20、具有很好的耐蚀性。 钛在20160 C干燥的HCI中是稳定的，但在湿氯化氢中盐酸对钛造 成腐蚀。钛在氯化物溶液中的点蚀电位较不锈钢高，钛抗氯离子的点蚀性能比不锈钢好，因而钛在氯化物溶液中获得了广泛的应用。在温度80 C时钛一般不会产生点蚀，但在高温中等浓度的氯化物溶液（如 100 C的25%氯化铝溶液、175 C的70%氯化钙溶液、200 C的25%氯 化镁溶液和200 C的75%氯化锌溶液）中较易发生点蚀。5 高温工况高温工况阀门主要是指炼油厂用的门。5.1 亚咼温亚高温是指阀门的工作温度在325425 C区域。如果介质是水和蒸 汽时，主要用 WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介

21、质是含硫油品时，主要用具有抗硫化物腐蚀的 C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M 等。它们多用在炼油厂的常减压装置和延迟焦化装置上，此时CF8、CF8M、CF3及CF3M材质的阀门不是用于抗酸溶液腐蚀，而是用于 含硫油品及油气管路上。在此工况中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的最高工作温度上限为450 C。5.2 高温I级阀门的工作温度为425550 C时为高温I级（简称 PI级）。PI级阀 门的主体材料为ASTMA351标准中的CF8为基形的 高温I级中碳 铬镍稀土钛优质耐热钢”。因PI级是特定的称呼，在这里包含了高温 不锈钢（P）的概念。因此，如果工作介质为水或蒸汽时，虽然也可 用高

22、温钢 WC6 （t<540 C）或WC9 （t屿70 °C）,在含硫油品时虽然 也可用高温钢C5 （ZG1Cr5Mo ），但在这里不能称它们为 PI级。5.3 高温H级阀门的工作温度为550650 C,定为高温H级（简称为P H级）。P II 级高温阀门主要用于炼油厂的重油催化裂化装置， 它包含用在三旋喷 嘴等部位的高温衬里耐磨闸阀。P I级阀门的主体材料为 ASTMA351 标准中的CF8为基形的 高温I级中碳铬镍稀土钛钽强化型耐热钢 ”。5.4 高温皿级阀门的工作温度为650730 C,定为高温皿级（简称为P皿级）。P皿 级高温阀门主要是用在炼油厂的大型重油催化裂化装置上。P皿级高温阀门主体材料为ASTMA351标准中的CF8M为基形的 高温皿级中 碳铬镍钼稀土钛钽强化型耐热钢5.5 高温W级 阀门的工作温度为730816 C,定为高温W级（简称为 P W级）。