一、概述：

按使用工況分，現(xiàn)行國內(nèi)外鋼制閥門常用的主體材料按工況條件主要分為4大類,即普通碳鋼(WCB、WCC等)、普通低溫鋼(LCB、LC2、LC3等)、高溫鋼(WC6、WC9、ZG15Cr1Mo等)、不銹鋼(CF8、CF8M、CF3、CF3M等)。

按成型方法分分，一般情況下采用鑄件的形式較多。但由于有些工況條件要求不允許采用鑄件或采用其他類毛坯更為合理等情況下,便應(yīng)根據(jù)具體情況選用鍛件、鍛焊或板焊等結(jié)構(gòu),就需要采用鑄件的變形合金。其變形合金與鑄件的性能要求一般相同,但其化學(xué)成分略有差別,其原因是在保證性能的前提下,鑄件需要有較好的鑄造性能,其他的變形合金材料應(yīng)有較好的塑性以便加工。

閥門主體材料的變形合金主要有鍛件、板材和管材。這樣按材料的成型工藝不同,其主體材料又可分為鑄件、鍛件、板材和管材

二、材料大類：

閥體、閥蓋和閘板（閥瓣）是閥門主要零件之一，直接承受介質(zhì)壓力，所用材料必須符合“閥門的壓力與溫度等級”的規(guī)定。

常用材料有下面幾種：

1、灰鑄鐵：灰鑄鐵適用于公稱壓力PN≤1.0MPa，溫度為－10℃～200℃的水、蒸汽、空氣、煤氣及油品等介質(zhì)?；诣T鐵常用牌號為：HT200、HT250、HT300、HT350。

2、可鍛鑄鐵：適用于公稱壓力PN≤2.5MPa，溫度為－30～300℃的水、蒸汽、空氣及油介質(zhì)，常用牌號有：KTH300—06、KTH330—08、KTH350—10。

3、球墨鑄鐵：適用于PN≤4.0MPa，溫度為－30～350℃的水、蒸汽、空氣及油品等介質(zhì)。常用牌號有：QT400—15、QT450—10、QT500—7。鑒于目前國內(nèi)工藝水平，各廠參差不齊，用戶又往往不易檢驗。根據(jù)經(jīng)驗，建議PN≤2.5MPa，閥門還是采用鋼制閥門為安全。

4、耐酸高硅球墨鑄鐵：適用于公稱壓力PN≤0.25MPa，溫度低于120℃的腐蝕性介質(zhì)。

5、碳素鋼：適用于公稱壓力PN≤32.0MPa，溫度為－30～425℃的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質(zhì)。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優(yōu)質(zhì)鋼20、25、30及低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn。

6、銅合金：適用于PN≤2.5MPa的水、海水、氧氣、空氣、油品等介質(zhì)，以及溫度－40～250℃的蒸汽介質(zhì)，常用牌號為ZCuSn10Zn2(錫青銅），H62、Hpb59—1（黃銅）、QAZ19—2、QA19—4(鋁青銅)。

7、高溫鋼：適用于公稱壓力PN≤17.0MPA、溫度≤570℃的蒸汽及石油產(chǎn)品。常用牌號有ZGCr5Mo,1Cr5M0.ZG20CrMoV,ZG15Gr1Mo1V,12CrMoV,WC6,WC9等牌號。具體選用必須按照閥門壓力與溫度規(guī)范的規(guī)定。

8、低溫鋼，適用于公稱壓力PN≤6.4Mpa,溫度≥—196℃乙烯，丙烯，液態(tài)天然氣，液氮等介質(zhì)，常用牌號）有ZG1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni9

9、不銹耐酸鋼，適用于公稱壓力PN≤6.4Mpa、溫度≤200℃硝酸，醋酸等介質(zhì)，常用牌號有ZG0Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni10<耐硝酸>，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<耐酸和尿素>。

三、閥門常用主體材料

1、碳素鋼

1）碳素鋼鑄件

適用于非腐蝕性介質(zhì)，在某些特定條件下，如在一定范圍內(nèi)的溫度，濃度條件下也可用于某些腐蝕性介質(zhì)。適用溫度-29℃~425℃。（常用于水、蒸氣、油等非腐蝕介質(zhì)）目前國內(nèi)采用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB12229-89《通用閥門碳素鋼鑄件技術(shù)條件》，材料牌號為WCA、WCB、WCC。該標(biāo)準(zhǔn)是參照美國材料實驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM A216《高溫用可熔焊碳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》制定的。另外國內(nèi)還常用ZG230-450 ZG25等，常用WCB代替。

國外一般都制定了用于閥門主體材料的碳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)。國際上常用的為ASTMA216/A216M中的WCA、WCB、WCC,其牌號的基本含義是:W表示可焊接的,C表示為鑄造的,A、B、C則表示碳素鑄鋼的強度等級,其中A為較低強度的,B為中等強度的,C為較高強度的。一般最常用的為中等強度的WCB牌號的可焊接的碳素鑄鋼。當(dāng)強度要求較高時,應(yīng)采用WCC,因為WCC中的Mn的含量較高,對鋼的強化作用提高,σs值也隨之提高。

2）碳素鋼鍛件

我國根據(jù)需要也制定了適用于閥門主體材料要求的碳鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)。其常用的有GB 12228和JB 4726。

制造鍛造閥門主要承壓件、閥體、閥蓋的材料最常用的牌號是GB699《優(yōu)質(zhì)碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》中的20.25.30.35.40以及25Mn.一般習(xí)慣上中壓鍛鋼閥采用25號鋼制作承壓件，35號40號用于制作PN16.0Mpa、PN32.0Mpa鍛造角式高壓閥承壓件。PN14.0Mpa的縮徑鍛鋼閥承壓件常用25或25Mn制作。應(yīng)注意鍛件鍛造后必須進(jìn)行熱處理，25號鋼（包括25號）以下采用正火處理。

國內(nèi)閥門主體常用碳鋼鍛件材料化學(xué)成分及力學(xué)性能

引進(jìn)裝置進(jìn)入我國后，國外進(jìn)口的鍛造碳素鋼閥門如800磅級鍛鋼閥采用的材料是

ASTM A105《管道部件用碳素鋼鍛件》其主要化學(xué)成分（%）：

注意事項:

⑴ASTM A105并不是我國的25號鋼或25Mn鋼，雖然其主要化學(xué)成分相當(dāng)于我國的25Mn，但ASTM A105對其雜質(zhì)元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn的含量的關(guān)系都有控制要求。

⑵鍛鋼閥門是否需要進(jìn)行材料的力學(xué)性能檢測是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求決定的，對于低碳鋼只要化學(xué)成分合格，正火的熱處理工藝正確，他的力學(xué)性能就是一定的，不象中碳鋼和高碳鋼可以按淬火后的不同回火溫度得到不同的力學(xué)性能。對于鍛造高壓閥門如PN16.0Mpa.PN32.0Mpa或更高壓力的鍛鋼閥由設(shè)計決定采用的材料應(yīng)達(dá)到的機械性能。根據(jù)所要求的機械性能確定回火溫度，以達(dá)到材料的性能符合設(shè)計要求。

ASTM A105為適用于閥門主體材料的碳鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中對材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行了規(guī)定,同時還對鋼材的冶煉方法,制造要求、熱處理方式和化學(xué)成分及力學(xué)性能的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)都作出了規(guī)定。

2、普通低溫鋼

1）低溫鋼鑄件：

一般低溫系指小于-29℃至-196℃范圍內(nèi)。小于-196℃至-269℃為超低溫范圍。石化企業(yè)規(guī)定低于-20℃就算低溫。一般碳素鋼、低合金鋼、鐵素體鋼在低溫下韌性急劇下降，脆性上升，這種現(xiàn)象叫材料的冷脆現(xiàn)象。

ASTM A352/352M標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了適用于低溫工況條件下閥門主體材料的馬氏體和鐵素體鋼的鑄件。該標(biāo)準(zhǔn)中共有LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC2-1、LC3、LC4、LC9和CA6NM等9種低溫鋼鑄件牌號,其適用的低溫等級從-32(LCA)～-196℃(LC9)。鋼號中的L表示低溫用鋼,C表示材料的類型為鑄件,后面的A、B、C表示屬于碳鋼類系列,是按鋼適用溫度的高低排列,越排后的其力學(xué)性能越好、低溫性能越好及沖擊試驗的溫度越低,分別是LCA(-32℃)>LCB和LCC(-46℃)。雖然LCB與LCC的沖擊試驗溫度都是-46℃,但3個試樣的平均值和3個試樣中的最小值LCC都大于LCB。第3位用阿拉伯?dāng)?shù)字表示的表明其是屬于合金鋼類,數(shù)字越大表明其低溫性能越好,低溫沖擊試驗的溫度越低。

分別是LC1(-59℃)>LC2和LC2-1(-73℃)>LC3(-101℃)>LC4(-115℃)>LC9(-196℃)。其中常用的LCB、LC1、LC2和LC3已被轉(zhuǎn)化為我國的閥門用低溫鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7248,按其主要化學(xué)元素依次被稱為低溫碳鋼、0.5Mo鋼、2.5Ni鋼、3.5Ni鋼。

注：低溫沖擊試驗用鐵素體鋼如LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC3制造的低溫閥們主要零件特別是鑄件，在低溫下有明顯的低溫脆性，在低溫下使用時必須達(dá)到一定的韌性，在低溫下使用必須達(dá)到一定的韌性指標(biāo)才能使用。因此，這些材料要進(jìn)行最低使用溫度下的沖擊試驗。其方法是把試塊放在冷卻介質(zhì)中浸15分鐘，然后在5秒鐘內(nèi)迅速試驗完畢。沖擊試樣為夏氏V形缺口沖擊試樣（10mm×10mm）。上述各種材料的沖擊能量指標(biāo)即為夏氏V形缺口沖擊試樣（10mm×10mm）指標(biāo)。

ASTM A352/A352M及JB/T7248中常用低溫鋼鑄件化學(xué)成分和力學(xué)性能

2)低溫鋼鍛件：ASTM A350/350M中的LF1、LF2、LF3.

JB 4727為我國低溫壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn),閥門主體材料可以選用。在該標(biāo)準(zhǔn)中列出了20D、16MnD、16MnMoD、09Mn2VD、09MnNiD、20MnMoD、08MnNiCrMoVD和10Ni3MoVD等8種鋼號。

4、高溫鉻鉬鋼：

高溫情況下金屬材料的力學(xué)性能與常溫下的力學(xué)性能存在很大差異,其總的特點是溫度越高,強度越低。而且在一定應(yīng)力的作用下,變形量隨著時間的增加而增大。這種現(xiàn)象就是金屬的蠕變現(xiàn)象。

1）高溫鋼鑄件：

ASTM A217/A217M中的高溫承壓用馬氏體不銹鋼和合金鋼鑄件適用于高溫工況條件的閥門主體材料。

在該標(biāo)準(zhǔn)中共包括1個牌號的馬氏體不銹鋼和9個牌號的鐵素體合金鋼,按鋼種可分碳鉬鋼(WC1)、鎳鉻鉬鋼(WC4、WC5)、鉻鉬鋼(WC6、WC9、WC11、C5、C12)和鉻鉬釩鋼(CA12、CA15)。

鋼中的W表示為可焊接性,說明其具有較良好的焊接性能。C表示為鑄鋼,后面的數(shù)值表示高溫合金鋼適用工作溫度高低的排列順序。數(shù)值越大,表示其適用溫度越高。

以介質(zhì)為水和蒸氣為例。其可焊性的幾種高溫鋼的最高使用溫度分別是:WC1(≤450℃)<WC4(≤540℃)<WC5(≤565℃)≤WC6(≤595℃)<WC9(≤600℃)等。

在ASME B16134中規(guī)定,當(dāng)連接形式采用法蘭連接時,使用溫度的最高限額為540℃,當(dāng)超過540℃時,適用的最高溫度只適用于對焊連接的閥門。

在這些鋼種及鋼的牌號中,使用最廣泛的應(yīng)屬鉻鉬鋼中的WC6、WC9和C5。WC6和WC9廣泛應(yīng)用于電力和熱力系統(tǒng)等介質(zhì)為水和蒸氣的高溫高壓狀態(tài)中,雖然這兩個鋼號我國沒有正式轉(zhuǎn)化為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),但在JB/T 3595電站閥門的技術(shù)條件中,已列入其選用的材料,并對其壓力2溫度等級做出了具體規(guī)定。C5適用于含S熱態(tài)石油介質(zhì),同時還具有抗氫腐蝕能力,因此廣泛應(yīng)用于石油煉制及乙烯生產(chǎn)含硫介質(zhì)的高溫中。用于介質(zhì)為蒸汽和油品的閥門,應(yīng)有足夠的安全可靠性,通常規(guī)定的工作溫度是WC6≤540℃,WC9≤570,C5≤550℃。

ASTM A217M中幾種常用Cr2Mo的化學(xué)成分和力學(xué)性能

2）高溫鋼鍛件：

國際上應(yīng)用于閥門主體材料高溫鉻鉬鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)最具有代表性的應(yīng)為ASTM A182/A182M中的低合金鋼種。其中的F11.2級和F11.3級、F22.1級和F22.3級、F5和F5a分別為常用鑄件WC6、WC9和C5的變形合金。

ASTM A182/A182中常用Cr2Mo高溫鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能

5、奧氏體不銹鋼：

Cr是決定不銹鋼抗腐蝕性的主要元素。Cr可以使不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象,即表面上形成一層很薄的保護(hù)膜。同時Cr能有效地提高電極電位。當(dāng)含Cr量達(dá)12.5%時,合金電極電位由負(fù)變正,因此不銹鋼一般含Cr量均需達(dá)13%以上。鋼中含Cr量越高,抗腐蝕性能越好。此外,Cr對鋼的力學(xué)性能和工藝性能都有很好的作用。

1)不銹鋼鑄件：

目前國際上推薦使用的閥門主體材料用不銹鋼很多。ASTM A351/A351M中就有20余種,其中大多數(shù)為奧氏體不銹鋼,最常用的有CF3、CF8、CF3M、CF8M和CF8C等。其基型為18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。牌號中的C表示為使用溫度在650℃以下的不銹鋼鑄件,第2個字母表示不銹鋼中含Ni量,其英文字母越靠后,含Ni量越高,F的含Ni量為8.0%～12.0%,數(shù)字代表含C量的最大值(以萬分之幾表示),后面的M和C等表示在鉻鎳含量為18-8的基礎(chǔ)上添加其他的不同合金元素,M表示Mo,C表示Nb等。加Mo是提高再結(jié)晶溫度,增加了高溫下抗蠕變的性能進(jìn)而改善其耐熱性,加Nb是使Cr的碳化物減少,增加晶間含鉬量,提高抗晶間腐蝕的性能。

幾種常用奧氏體不銹鋼鑄件化學(xué)成分和力學(xué)性能

我國于1989年制定了GB 12230閥門用奧氏體鑄鋼件技術(shù)條件。常用不銹鋼對比：CF8==304 CF8M==316 CF3=304L CF3M==316L

口決：帶M的是316型，帶3的后面加L。

帶L的為低碳型不銹鋼，

例：304L比304的碳量要低,主要用防晶間腐蝕場合中。

2）不銹鋼鍛件：

ASTM A182/A182M標(biāo)準(zhǔn)中列出的34種奧氏體不銹鋼鍛件中,與前面提到的常用5種鑄件相對應(yīng)的變形合金牌號為F304、F316、F304L、F316L和F347。

牌號中的F表示制造工藝為鍛造或軋制,3表示為奧氏體不銹耐酸鋼系列,304為常用的含碳較低的18Cr-8Ni類奧氏體不銹鋼(通用型為302),316為304的基礎(chǔ)上加Mo用以改善鋼的耐熱性;后面加L表示為低碳的304或316,用來改善其耐蝕性能。

F347是在F304的基礎(chǔ)上加Nb而增加奧氏體化進(jìn)一步減小晶間腐蝕傾向。標(biāo)準(zhǔn)中對補焊要求做出了具體規(guī)定,如焊條牌號,焊后最低熱處理溫度等。

在我國的JB 4728壓力容器用不銹鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)中,有6種為奧氏體不銹鋼,其中前面提到的鑄件變形合金有4種,分別為0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2和Cr17Ni14Mo2,而還有一種0Cr18Ni10Ti則與A182/A182M中的F321相當(dāng),F321是在F304的基礎(chǔ)上加Ti而改善晶間腐蝕傾向,其作用與Nb相同。

國內(nèi)鋼制閥門常用主體材料簡表

四、其它材料

1、17-4PH：

此合金是由銅、鈮/鈳構(gòu)成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼，具有強度高、硬度高和抗腐蝕等特點。經(jīng)過熱處理后，機械性能更加好。

2、INCONEL（英科鎳）：如:Inconel800

3、Monel(蒙乃爾):

蒙乃爾的耐蝕性容一般情況下比鎳銅更優(yōu)越，它比純鎳更耐還原性介質(zhì)的腐蝕，比純銅耐氧化性介質(zhì)的腐蝕對硫酸、磷酸、碳的耐蝕性非常好，特別是耐氫氯酸的腐蝕，對熱濃堿也有優(yōu)良的耐腐性。此外，還耐中性溶液、高溫鹵素、海水、大氣及多種有機化合物的腐蝕。其典型的成分70%Ni和30%的Cu,如:Monel400

4、20號合金：

5、哈氏合金：