之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹工業常用閥門選材要點 閥門是管路附件中十分重要的裝置，根據不同的閥門類型和結構，它的功能是接通或截斷流體通路、改變流體方向、調節流體的流量和壓力、阻止流體倒流以及釋放過剩壓力等。為了保證閥門能有效的實現這些功能，必須滿足許多條件。例如選擇合適的閥門類型、結構、材料等。其中材料的選擇是保證閥門使用功能的關鍵因素之一。由于各工業領域的特性不同，至使流體的溫度、壓力、物理化學性質等均有各自的特點，從而使閥門材料的選擇十分復雜。可供制造閥門零件的材料，包括各種鑄鐵、鋼材、有色金屬及其合金，各種非金屬材料等等。為了減少供應和儲備上的困難，在一定范圍內使用的通用閥門材料已有了標準化的規定。例如JB/T 5300《通用閥門 材料》、SH 3064《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗及驗收》中對通用閥門的主要零件應選用何種牌號材料作了具體規定，某些產品標準中根據產品的適用條件對一些閥門零件應選用何種類型的材料作了原則的規定。但是工業生產的各個領域其工況條件、介質特性十分復雜，對于特殊工況條件，閥門材料的選擇還必須與用戶的使用經驗相結合或通過試驗、驗證，確定合適的材料。

工業常用閥門選材要點由于各工業領域的特殊性以及考慮流體的溫度、壓力、特性、腐蝕以及材料的資源、制造的工藝性等情況，所以材料的選擇原則總的有三個方面，即：滿足使用功能的要求，有良好的工藝性（冷、熱加工性能），有良好的經濟性。經濟性即是要用盡可能低的成本制造出符合閥門功能的產品。以上三個原則中滿足使用功能要求是主要的，也就是說工藝性和經濟性要服從使用功能的要求，在保證使用功能的前題下力求有良好的工藝性和經濟性。十全十美的材料是沒有的。因此，選擇材料要根據具體情況綜合考慮，解決主要

*章 工業常用閥門選材要點鋼制閥門主體和內件材料

   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥 閥門的主體是指承受介質壓力的閥體、閥蓋（或端蓋）、閘板（或閥瓣）。其中，閥體和閥蓋（端蓋）是承受介質壓力的承壓件，閘板（閥瓣）是控制介質流動的控壓件。

    內件是指接觸介質的閥桿和閘板(閥瓣)、閥座兩者的密封面。

    承壓件的定義是：一旦它們失效，其所包容的介質會釋放到大氣中的零件。因此，所用的材料必須能在規定的介質溫度、壓力作用下達到相應的力學性能、耐腐蝕性和良好的冷、熱加工工藝性。

    大多數閥門的閥體、閥蓋（端蓋）、閘板（閥瓣）形狀比較復雜，因此采用鑄件較多，只有某些小口徑閥門根據閥類的不同或特殊工況的要求采用鍛件。

*節 鋼制閥門的主體材料

1、碳素鋼

    碳素鋼適用于非腐蝕性介質，在某些特定的條件下，例如某些有腐蝕性的介質在一定范圍內的溫度濃度條件下也可采用碳素鋼。

碳素鋼的適用溫度范圍：-29~425℃。中石化標準SH 3064《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗及驗收》規定碳素鋼制閥門的適用溫度范圍為-20~425℃，其下限定為-20℃的依據是GB 150《鋼制壓力容器》。但當以WCB、WCC這兩種鋼作閥體、閥蓋、閘板（閥瓣）、支架時，這兩種鋼的適用溫度下限為-29℃。

常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料見表1-1。常用的碳素鋼鑄件、鍛件材料    表1-1

注：

（1）表1中WCA、WCB、WCC是按美國標準表示的牌號，ZG 205-415、ZG 250-485、ZG 275-485是按GB/T 5631鑄鋼牌號表示方法分別對應WCA、WCB、WCC的牌號。UNS J02502、UNS J03002、UNS J02503是以美國金屬與合金統一系統編號方法，分別對應WCA、WCB、WCC的牌號。

（2）表1中zui常用的是WCB鋼，其標準含碳量≤0.30%，但為了獲得優良的焊接性能和力學性能，其含碳量應控制在0.25%左右。

（3）殘留元素Cr、Ni、Mo、V、Cu也是必須控制并達標，其殘留元素總量應≤1%，但有碳當量（CE）要求時此條不適用。

（4）當閥門的連接端為焊連接時必須控制碳總量。ASTM A 216補充要求中規定了使用于不同場合的碳素鋼鑄件碳當量的要求。但不同的產品標準根據其工況條件，對碳當量的要求也不同，如API 6D則要求爐前分析CE≤0.43，成品分析CE≤0.45。同樣為了保證焊接性能API 6D對焊接端的碳素鋼鑄件含碳量也作了規定，爐前分析CE≤0.23%，成品分析CE≤0.25%，硫磷含量≤0.035。碳當量CE=C%+Mn%/6+（Cr+Mo+V）%/5+（Ni+Cu）%/15。

（5）ASTM A 105并不是我國的25號鋼或25Mn鋼，雖然其主要化學成分相當于我國的25Mn鋼，但ASTM A 105對雜質元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的關系和材料的熱處理都有控制要求。

（6）鍛鋼閥門是否需要進行材料的力學性能檢測是根據產品設計要求決定的，對于低碳鋼只要化學成分合格，正火的熱處理工藝正確，其力學性能就是一定的，不像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計決定采用的材料應達到的力學性能。根據所要求的力學性能確定回火溫度以達到材料的性能符合設計要求。

2、不銹鋼

2.1奧氏體不銹鋼

閥門中常用的不銹鋼是奧氏體不銹鋼，適用溫度范圍很廣，低溫可用于-296℃（液氦），高溫可達到816℃，常用的溫度范圍為-196℃（液氮）至700℃。

奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性、高溫抗氧化性和耐低溫性能。因此，奧氏體不銹鋼廣泛用于制作耐腐蝕閥門、高溫閥門和低溫閥門。

    奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性是相對的，不是什么樣的腐蝕介質它都能承受。金屬的腐蝕現象或所謂的耐腐蝕性是根據腐蝕性介質的種類、濃度、溫度、壓力、流速等環境條件，以及金屬本身的性質，即含有成分、加工性、熱處理等諸因素的差異而分別有不同的腐蝕狀態和腐蝕速度。例如不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能，可是因為腐蝕環境或使用條件的不同，也可能發生意想不到的腐蝕破壞事故。因此，應充分地了解腐蝕介質和耐腐蝕材料，才能選擇合適的耐腐蝕材料。

2.1.1金屬的腐蝕形態

金屬的腐蝕形態可分為兩大類：均勻（全面）腐蝕和局部腐蝕，均勻（全面）腐蝕包括全面成膜腐蝕和無膜腐蝕。

（1）全面成膜腐蝕：腐蝕在金屬的全部或大部分面積上進行，而且生成保護膜，具有保護性。例如：碳素鋼在稀硫酸中腐蝕很快，當硫酸濃度大于50%時，腐蝕率達到zui大值，此后濃度再繼續增大腐蝕率反而下降。這是由于濃硫酸的強氧化性，在鋼鐵的表面生成一層組織致密的鈍化膜，這種鈍化膜不溶于濃硫酸，從而起到了阻礙腐蝕作用。

（2）無膜腐蝕：無膜全面腐蝕很危險，因為它保持一定速度全面進行腐蝕。

    （3）局部腐蝕：局部腐蝕的形態有十三種，如縫隙腐蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕與應力腐蝕等等。據調查，化工裝置中局部腐蝕約占70%。在諸多局部腐蝕的形態中與閥門制造有關且常見的是晶間腐蝕。

    一般對均勻腐蝕的程度用腐蝕率表示，但如何評價則有不同規定。

    按《石油化工企業管道設計器材選用通則》規定，介質對金屬材料的腐蝕速率，管道金屬材料的耐腐蝕能力可分為下列四類：

年腐蝕率不超過0.05mm的材料為充分耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.05~0.1mm的材料為耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率在0.1~0.5mm的材料為尚耐腐蝕性材料；

    年腐蝕率超過0. 5mm的材料為不耐腐蝕性材料。

    《腐蝕數據手冊》對均勻（全面）腐蝕的耐蝕性用均勻腐蝕率來評價，見表1-2。

 耐蝕性能的評價                        表1-2

據《金屬防腐蝕手冊》（中國腐蝕與防護學會）對金屬材料耐腐蝕性規定見表1-3。

金屬材料耐腐蝕性的10級標準                表1-3

（4）晶間腐蝕：局部地沿著結晶粒子邊界向深度方向腐蝕的形式稱晶間腐蝕。這種腐蝕，外面看不出腐蝕跡象。嚴重的晶間腐蝕可以穿過整個機體厚度。

    產生晶間腐蝕的原因是由于沿晶粒邊界析出碳化鉻Cr23C6或FeCr化合物——稱σ相，使晶界周圍貧格，在適合的腐蝕介質（產生晶間腐蝕的介質）中，就形成碳化鉻（陰極）——貧鉻區（陽級）電池，使晶界貧鉻區產生腐蝕。

    由上述可看出晶間腐蝕是有條件的。其內因是必須有碳化鉻或σ相沿晶界析出使晶界貧鉻。其外因是必須有腐蝕貧鉻區的介質。水和一些中性溶液并不腐蝕貧鉻區，所以即使存在貧鉻區也不會產生晶間腐蝕。如果晶界不貧鉻，即使有產生晶間腐蝕的介質也不會產生晶間腐蝕。所以產生晶間腐蝕的內因、外因缺一不可。

    產生貧鉻的原因：一是鋼水化學成分不合格，如碳高、鉻低或含鈦、鈮的不銹鋼中碳鈦比或碳鈮比不夠。二是熱處理工藝不正確或焊接或加工時加熱至碳化物析出溫度，而在900℃至400℃冷卻速度不夠快而析出碳化物造成貧鉻。

2.1.2控制晶間腐蝕的方法

    控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕有三種方法：

    （1）執行正確的熱處理工藝，將鋼加熱至1100℃水淬（急冷）使碳化物向固溶體中溶解。但是，不同牌號的奧氏體不銹鋼其淬火加熱溫度不*都是1100℃，執行中要按標準規定。

（2）加入固定碳的元素鈦或鈮；

    （3）采用含碳量≤0.03%的超低碳不銹鋼。

2.1.3晶間腐蝕檢驗

晶間腐蝕檢驗的前題是試樣的化學成分合格并經固溶處理。晶間腐蝕檢驗用的試片是80×18×3（長×寬×厚），上下兩平面磨至Ra0.8的薄片，并分為敏化狀態試片和交貨產品狀態試片兩種。

敏化試片：將試片在650℃下加熱，保溫2小時（壓力加工件）或1小時（鑄件）空冷。之所以在650℃加熱是因為奧氏體不銹鋼在500~700℃碳化鉻zui易沿晶界析出造成晶界貧鉻從而在產生晶間腐蝕的介質中發生晶間腐蝕。

交貨產品試片：即試片經固溶處理，實際上是和鑄件一同處理的試樣上取下來的試片。

判別：試片在酸中浸泡后彎曲90°（鑄件）或180°（鍛件）若有裂紋則不合格。不合格時鑄件要重新處理，然后再作試驗，但固溶處理的次數不得超過兩次。

奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是很嚴重的，因此一定要按合同要求或按執行的標準來生產不銹鋼閥門。

常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-4。

2.1.4奧氏體不銹鋼作高溫鋼用

高溫是指溫度超過350℃以上，高溫用鋼是指在高溫下具有較高強度的鋼材。在石油化工裝置里，高溫并伴有腐蝕的場合就必須使用既耐高溫又耐腐蝕的材料。不銹鋼18Cr—8Ni、25Cr—20Ni的高溫強度高，特別是18—8Ti、18—8Nb等合金元素影響使耐高溫性能更為*。一般在沒有耐腐蝕性問題的場合，在規定范圍內，含碳量高的不銹鋼，其高溫強度也高。若在18—8鋼內添加Mo、Nb、Ti等元素可強化基體，Nb、Ti則形成碳化物，從而可改善高溫強度。具體何種牌號的不銹鋼其zui高使用的溫度值，要查材料的溫壓表。

2.2馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼是一種鉻不銹鋼，其金相組織為馬氏體，可通過熱處理進行強化，具有良好的力學性能和高溫抗氧化性。該鋼種在大氣、水和弱腐蝕介質如加鹽水溶液、稀硝酸及某些濃度不高的有機酸，在溫度不高的情況下均有良好的耐腐蝕性。但該鋼種不耐強酸如硫酸、鹽酸、濃硝酸等的腐蝕，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蝕性介質。由于鉻不銹鋼可通過熱處理強化，因此為了避免強度過高產生脆性，應采用正確的熱處理工藝。如ASTM A 217 CA15規定其zui低回火溫度為595℃。

常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-5。

2.3奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼

雙相不銹鋼耐應力腐蝕破壞性好，適用于含氯離子環境的腐蝕，并具有較高的強度，常用于化肥、煉油、海上采油、海水淡化等工況條件。

目前制造閥門主體（承壓件）的雙相不銹鋼材料大多采用美國材料，常用的奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料見表1-6。

3、鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼

鉻—鉬鋼和鉻—鉬—釩鋼主要用在高溫、高壓的場合，要求鋼在高溫下具有較好的抗蠕變強度和抗高溫氧化性，適用溫度-29~650℃，主要用于火力發電的高溫、高壓蒸汽，煉油企業的石油裂解、催化裂化、加氫等含有硫化物、氫腐蝕的石油介質。例如催化系統采用5Cr—0.5Mo鋼，加氫系統溫度較低的采用1.25Cr—0.5Mo鋼，溫度較高的加氫裂化、加氫脫硫煤液化等裝置中采用2.25Cr—1Mo鋼。

在Cr—Mo鋼中需要說明的是ZG1Cr5Mo，過去稱鑄鋼鉻5鉬（ZGCr5Mo）用該鋼制作的閥門習慣上都稱鉻5鉬閥，可是鑄鋼鉻5鉬這個牌號在1999年以前即無國家標準也無專業標準，長期以來各制造廠均參照前蘇聯標準來制訂自己的工廠標準其牌號為ZGCr5Mo，其含碳量為0.15~0.25%，因此實際牌號應定為ZG2Cr5Mo。中石化在制訂SH 3064-94《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗及驗收》標準時參照JIS G 5151中的SCPH61、BS 3100中的B5、ASTM A 217中的C5及我國GB/T 1221中的1Cr5Mo的化學成分將這種材料定為ZG1Cr5Mo，但同樣只有牌號并無相關標準規定它的化學成分、力學性能、熱處理規范等。70年代末引進裝置中這類閥門的材料為ASTM A 217 C5，從化學成分上看相當鑄鋼1鉻5鉬，故建議用ASTM A 217 C5來制造這類閥門，一直到1999年在制訂JB/T 9625《鍋爐管道附件承壓鑄鋼件 技術條件》時才將ZG1Cr5Mo納入該標準中。

ZG1Cr5Mo稱5Cr—0.5Mo鋼，這種鋼具有良好的抗石油裂化過程介質腐蝕的性能，對含有硫化物的熱石油介質耐蝕性良好，具有抗氫腐蝕的能力，并有良好的熱強性。

ZG1Cr5Mo制造工藝性較差，易產生鑄造裂紋，焊接時熱影響區會出現馬氏體組織而產生明顯的脆化，所以要制訂正確的焊接工藝，焊前需進行預熱，焊后需進行熱處理，一般預熱溫度300~400℃，焊后熱處理溫度740~760℃。

常用的鉻—鉬、鉻—鉬—釩鋼鑄件、鍛件材料見表1-7。

表1-4 常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料

續表1-4 常用奧氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料    

表1-5 常用馬氏體不銹鋼鑄件、鍛件材料      

表1-6常用奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼鑄件、鍛件材料                   

表1-7   常用鉻-鉬鋼、鉻鉬釩鋼鑄件、鍛件材料               

4、低溫鋼

   一般低溫指小于-29～-196℃范圍內，小于-196～-269℃為超低溫范圍。石化企業規定低于-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，這種現象稱材料的冷脆現象。為了保證材料的使用性能，不僅要求材料在常溫時有足夠的強度、韌性、加工性能以及良好的焊接性能，而且要求材料在低溫下也具有抗脆化的能力。另外材料在低溫時會發生收縮，各個零件收縮率不同是致使某些密封部位發生泄漏的原因。此外，奧氏體不銹鋼在馬氏體轉變溫度時，部分奧氏體轉變成馬氏體而引起體積變化導致閥門泄漏也是一個重要原因。因此，要研究閥門各部位零件的材料、結構特點以防止低溫時產生間隙而泄漏。

4.1常用氣體的液化溫度

幾種常用氣體的液化溫度（一個大氣壓下的沸點）見表1-8

表1-8                              常用氣體的液化溫度

4.2美國標準的低溫鑄鋼、鍛鋼

適用于低溫下的鋼材要求在低溫下有足夠的韌性，衡量其韌性的指標是在低溫下的沖擊能量，不同類型（或牌號）的低溫鋼適用于不同的低溫溫度。低溫閥門按適用的溫度劃分，分為-46℃、-70℃、-101℃、-196℃四個等級，不同溫度等級的閥門所選用的鋼材必須在其所適用的溫度下達到標準規定的沖擊能量才是安全可靠的。

4.2.1  美國標準的低溫鑄鋼（鑄件）

美國低溫鑄鋼采用的標準是ASTM A 352《低溫受壓零件用鐵素體和馬氏體鑄件技術規范》。該標準規定的材料牌號、適用溫度及沖擊能量要求見表1-8和表1-9。

表1-8    低溫鑄鋼件材料牌號和適用溫度

表1-9                     低溫鑄鋼件材料夏比V型切口沖擊能量要求

ASTM A 352中共有十個低溫鑄鋼牌號，其中zui常用的三個牌號分別是用于-46℃的LCB、LCC，用于的-101℃的LC3。對于低于-101℃以下至-196℃的工況條件下一般采用奧氏體鋼鑄件，如CF8、CF8M，其低溫沖擊能量要求在JB/T 7749《低溫閥門技術條件》中規定，在試驗溫度為-196℃條件下夏比V型切口沖擊能量三個試樣zui小平均值為20~27牛頓每米（焦耳），三個試樣中一個試樣的zui小值為10~20牛頓每米（焦耳）。

4.2.2 美國標準的低溫鍛鋼（鍛件）材料

    美國低溫鍛鋼采用的標準是ASTM A 350《要求進行缺口韌性試驗的管道部件用碳素鋼與低合金鋼鍛件技術規范》，該標準規定的材料牌號，適用溫度及沖擊能量要求見表1-10。

表1-10   低溫鍛件材料牌號適用溫度、夏比V型切口沖擊能量    

ASTM A 350中共有七個低溫鍛鋼牌號，其中兩個zui常用的牌號分別是用于-46℃的LF2和用于-101℃的LF3。對于-101℃以下至-196℃工況條件下一般采用奧氏體鋼鍛件，如F304、F316。

4.3中國低溫閥門用的低溫鋼鑄件和鍛件材料

我國低溫鑄鋼（鑄件）材料采用的標準是JB/T 7248《閥門用低溫鋼鑄件技術條件》，該標準中只規定了LCB、LC1、LC2、LC3四個牌號，等同采用ASTM A 352中相應牌號與要求。至于低溫鋼鍛件目前尚無閥用低溫鋼鍛件的標準，因此鍛造的低溫閥門其材料可直接采用ASTM A 350中的材料及技術要求。

4.4低溫沖擊試驗

由于鋼材在低溫下韌性降低，特別是用鐵素體鋼如LCA、LCB、LCC、LC3等制造的低溫閥門承壓件，在低溫下有明顯的低溫脆性，若在低溫下使用，必須達到一定的韌性指標才能使用。因此，這些材料要進行zui低使用溫度下的沖擊試驗，其試驗方法按GB/T 4159《金屬低溫夏比沖擊試驗方法》或ISO 148《鋼-夏比沖擊試驗（V型切口）》或ASTM A 370《鋼制品機械測試的標準試驗方法和定義》的規定。有的產品標準規定（如API 6D）所有用于設計溫度低于-29℃的碳鋼、低合金鋼承壓部件都應按ISO 148 或ASTM A 370進行V型切口的沖擊試驗。

4.5深冷處理

深冷處理是減少材料由于溫差和在低溫下金相組織改變而產生變形，從而提高閥門在低溫時的密封性能的一種處理方法。深冷處理的方法是將被處理的零件放入冷卻介質中保溫一定時間，然后取出，當零件溫度升至室溫后再重復進行一次處理。一般用于-101℃以下的閥門，主要零件在精加工前（如密封面研磨前）對閥體、閥蓋、閘板（閥瓣）、閥桿、緊固件等進行低于工作溫度下的深冷處理。對用于-101℃以上的低溫閥門，當合同規定要作深冷處理時則也應按要求作深冷處理。

第二節 鋼制閥門的內件材料

內件主要是指閥門關閉件的密封面和閥桿、襯套（上密封座），在國外常以trim表示內件。

內件材料的選用原則是根據主體材料的情況、介質特性、結構特點以及零件所起的作用、受力情況綜合考慮的。對于常規的通用閥門在標準已規定了內件材料或規定了幾種材料由設計者根據具體情況選用。對于一些有特殊要求的閥門，如高溫、高壓、介質有腐蝕等工況條件，則需按工況條件選擇內件材料。

1、關閉件密封面材料

關閉件即閘板（閥瓣）、閥座。關閉件和閥座的密封面是閥門的主要工作面之一，材料選擇是否合理以及它的質量狀況直接影響閥門的功能和使用壽命。

1.1 關閉件和閥座密封面的工作條件

由于閥門用途十分廣泛，因此閥門密封面的工作條件差異很大。壓力可以從真空到超高壓，溫度可以從-269℃到816℃，有些工作溫度可達1200℃，工作介質從非腐蝕介質到各種酸堿等強腐蝕性介質。從密封面的受力情況來看，它受擠壓和剪切。從磨擦學的角度來看，有磨拉磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、沖蝕等等。因此，應該根據不同的工作條件選擇相適應的密封面材料。

（1）磨粒磨損

磨粒磨損是指粗糙的硬表面在軟表面上滑動時出現的磨損。硬材料壓入較軟的材料表面，在接觸表面就會劃出一條微小的溝槽，此溝槽所脫落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推離物體的表面。

（2）腐蝕磨損

金屬表面腐蝕時產生一層氧化物，這層氧化物通常覆蓋在受到腐蝕作用的部位上，這樣就能減慢對金屬的進一步腐蝕。但是，如果發生滑動的話，就會清除掉表面的氧化物，使裸露出來的金屬表面受到進一步的腐蝕。

（3）表面疲勞磨損

反復循環加載和卸載會使表面或表面下層產生疲勞裂紋，在表面形成碎片和凹坑，zui終導致表面的破壞。

（4）沖蝕

材料的損環是由銳利的粒子沖撞物體而產生的，它與磨粒磨損相似，但表面很粗糙。

（5）擦傷

擦傷是指密封面相對運動的過程中，材料因摩擦引起的破壞。

1.2 對密封面材料的要求

理想的密封面要耐腐蝕、抗沖蝕、耐擦傷、有足夠的擠壓強度、在高溫下有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性、密封面與本體有相近的線膨脹系數、有良好的焊接性能與加工性能。

上述的這些對密封面材料的要求只是個理想狀態，不可能有這樣十全十美的材料。因此，選材要視具體情況解決主要矛盾。

1.3 密封面材料的種類

常用的密封面材料分為兩大類：軟質材料和硬質材料。軟質材料為各種橡膠、尼龍、氟塑料等。硬質材料為各種金屬和合金。

1.3.1軟質材料

通用閥門密封面常用的軟質材料為各種橡膠、尼龍、氟塑料等。見表2-1

1.3.2.3硬質合金

硬質合金中zui常用的是鈷基硬質合金也稱鈷鉻鎢硬質合金。它的特點是耐腐蝕、耐磨、抗擦傷，特別是紅硬性好，即在高溫下也能保持足夠的硬度，此外加工工藝性適中，其許用比壓80～100MPa，國外資料介紹155MPa。適用溫度范圍-196℃～650℃，特殊場合可達816℃。但是，它在硫酸、高溫鹽酸中不耐腐蝕。在一些氯化物中也不耐腐蝕。

常用牌號：SLITE N0.6  符合AWS ECoCr-A 、GB EDCoCr-A-03，也相當D802，焊前根據工件大小進行250～400℃預熱，焊時控制層間溫度250℃，焊后600～750℃保溫1～2小時后隨爐緩冷或將工件置于干燥和預熱的沙缸或草灰中緩冷。

其它牌號還有SLITE N0.12  符合AWS ECoCr-B 、GB EDCr-B-03，也相當D812，焊后其硬度HRC≥41。

以上兩種是鈷基硬質合金電焊條。鈷基硬質合金還有焊絲，可以進行氧—乙炔堆焊或鎢極氬弧焊，牌號：SLITE N0.6焊絲符合AWS：RCoCr-A也相當HS 111 ，常溫硬度HRC 40～46；SLITE N0.12符合AWS：RCoCr-B也相當HS 112 ，常溫硬度HRC 45～50。

硬質合金（鈷基）焊接都要對工件預熱，焊時控制層間溫度焊后處理，要根據焊接工藝或焊條說明書施焊。

1.3.2.4等離子噴焊密封面

等離子噴焊用的是合金粉末，類型有鐵基合金粉末、鎳基合金粉末和鈷基合金粉末。噴粉有許多優點，省材料、質量好，但需要設備投資。

1.3.2.5表面處理后作密封面

有些閥類的關閉件不能堆焊，如球閥的球體。如果是Cr不銹鋼制的球體可通過熱處理來提高表面硬度，如果是奧氏體鋼制作的球體由于其表面很軟就要用表面處理的方法來提高表面硬度，在提高硬度的同時還要考慮處理后表面的耐蝕性。

常用的表面處理辦法有：鍍硬鉻、化學鍍鎳、鍍鎳磷合金、氮化、多元復合氮化、噴涂等。

1.3.2.6不銹鋼密封面

不銹鋼密封面大多為以本體材料作密封面，即304或CF8的閥體在其上直接作出密封面，除了304、CF8外還有316、CF8M、304L、CF3、316L、CF3M、FA20、CN7M等。

1.3.2.7其它密封面材料

其它密封面材料見表2-2 。

表2-2   其它密封面材料

1.4閥門密封面焊接材料牌號和使用范圍

閥門密封面的材料根據其焊接的方法不同，可用電焊條、焊絲、噴焊粉末對閥門密封面進行堆焊各種焊接材料，見表2-3。表2-3

2、閥桿與閘板（閥瓣）、閥座的材料組合

閥桿材料與閘板（閥瓣）、閥座的密封面材料定義為內件（trim）材料。常用的內件材料組合見表2-4，API 600《石油和天然氣工業用閥蓋螺栓連接的鋼制閘閥》規定的內件材料組合見表2-5。

表2-4     常用的內件材料組合

注：（1）表中所列的材料組合僅是各種材料組合中的一部分，根據工況條件的不同應以使用條件為依據來選材，或根據合同要求確定。

（2）表中13Cr表示Cr13系不銹鋼，如1Cr13、2Cr13等。

（3）STL即SLITE（硬質合金如鈷基硬質合金等）。

（4）Monel即蒙耐爾合金，Hasloy即哈氏合金。Inconel即因科鎳爾合金。

（5）用斜杠分開的兩種材料，閥座密封面材料可選用兩種材料之一，閘板（閥瓣）密封面材料為另一種。

表2-5   API 600規定的內件材料組合

注：（1）閥桿材料應使用鍛件。

   （2）13 Cr類型材料不應使用易切削鋼。

     （3）密封件號1的密封副硬度差≥HB50。

     （4）密封件號1和4至8A的上密封套表面硬度≥HB250。

     （5）HF為CoCr或NiCr，合金詞尾A適用于NiCr合金。

     （6）表中斜杠分開的兩種材料，閥座密封面可選用兩種材料之一，閘板密封面為另一種材料。

第三節  焊接材料

焊接主要應用于閥門密封面的堆焊，鑄件缺陷的補焊和產品結構要求焊接的地方。焊接材料的選用與其工藝方法有關，手工電弧焊、等離子噴焊、埋弧自動焊、二氧化碳氣體保護焊，所用的材料各不相同。我們這里只介紹zui普遍zui常用的焊接方法——手工電弧焊所用的各種材料。密封面堆焊材料在第二節內件材料中已有介紹，本章重點介紹鑄件補焊，結構焊的手工電弧焊所用的各種電焊條。

1、對焊工的要求

焊工應通過中華人民共和國勞動人事部制訂的《鍋爐壓力容器焊工考試規則》基本知識與操作考試，持有合格證，并在有效期內才可從事焊接作業。

閥門屬于壓力容器，焊工的技術水平和焊接工藝直接影響產品質量以及安全生產，所以對焊工嚴格要求是十分重要的，在閥門生產企業中焊接是個特殊工序，特殊工序就要有特殊的手段，包括人員、設備、材料的管理和控制等。

2、對焊條的保管要求

（1）注意環境濕度防止焊條受潮，要求空氣中的相對濕度＜60%，并離開地面與墻壁一定距離（約30cm）。

（2）分清焊條型號，規格不能混淆。

（3）運輸 堆放過程應注意不要損傷藥皮。特別對不銹鋼焊條、鑄鐵焊條等更要小心。

3、閥門產品上用于鑄件補焊、結構焊常用的焊條

閥門產品上用于鑄件補焊、結構焊常用的焊條牌號見表3-1。

表3-1         常用焊條牌號                             

續表3-1

* CHE 508-1相當于中國焊條廠牌號GB E5018-1。

4、承壓鑄件補焊用焊條

（1）基體材料為WCB、WCC采用GB/T 5117  J502（型號E5003）或J507（型號E5015）。

（2）基體材料為奧氏體不銹鋼類，焊條選用見表3-2。

（3）基體材料為低合金耐熱鋼類，焊條選用見表3-3。

（4）基體材料為低溫鋼類，焊條選用見表3-4。

表3-2    奧氏體不銹鋼承壓鑄件補焊焊條選用                  

表3-3   低合金耐熱鋼承壓鑄件補焊焊條選用                 

表3-4  低溫鋼類承壓鑄件補焊焊條選用  

5、鑄件的焊補

（1） 鑄件如有包砂、裂紋、氣孔、砂眼、疏松等缺陷允許補焊，但在補焊前必須將油污、鐵銹、水份、缺陷切除干凈。切除缺陷后用砂輪打磨出金屬光澤，其形狀要平滑，有一定坡度，不得有尖棱存在。

（2）承壓鑄件上有嚴重的穿透性裂紋、冷隔、蜂窩狀氣孔、大面積疏松或無法清除缺陷處，或補焊后無法修整打磨處不允許補焊。

（3）承壓鑄件試壓滲漏的重復焊補次數不得超過兩次。

（4）鑄件補焊后必須打磨平整光滑，不得留有明顯的補焊痕跡。

（5）補焊后的無損檢測要求按有關標準規定。

6、焊后的消除應力處理

（1） 重要的焊接件如保溫夾套焊縫，閥座鋃焊于閥體上的焊縫，要求焊后處理的堆焊密封面等，以及承壓鑄件焊補超過規定范圍的，焊后均要消除焊接應力。無法進爐處理的也可采用局部消除應力的方法，消除焊接應力的工藝可參考焊條說明書進行。

（2）焊補深度超過壁厚的20%或25mm（取小值）或面積大于65cm2或試壓滲漏的焊補，焊后都要進行消除焊接應力處理。

7、焊接工藝評定

正確的選擇焊條只是焊接這道特殊工序中的一個重要環節，只正確選用焊條如果沒有前面諸條內容的保證也無法獲得良好的焊接質量。

由于手工電弧焊的焊接質量和焊條本身的質量、焊條的規格、母材、母材的厚度、焊層的厚度、焊接位置、預熱溫度、采用的電流（交流或直流）極性的變化（焊條接正極—反接，焊條接負極—正接）、層間溫度、焊后處理等都有關系，所以正式生產前要進行工藝評定，也即*行驗證，驗證在給定的條件下所采取的措施是否能保證施焊產品的質量。這些給定條件也即重要參數一但發生變化，就要重新進行評定。堆焊和補焊、鋃焊規定的重要參數不一樣，要注意這些重要參數的變化。

閥門產品中需要進行焊接工藝評定的有密封面堆焊，閥座與閥體鋃焊（按對接焊評定）和承壓鑄件的補焊（按對接焊評定）。

具體的工藝評定方法可參看ASME《鍋爐壓力容器規范》第Ⅸ卷——焊接和纖焊工藝評定標準和我國《壓力容器焊接工藝評定》。

第四節  墊片

常用的墊片有非金屬墊片、半金屬墊片和金屬墊片。非金屬墊片也稱軟墊片，如石棉橡膠板、橡膠、聚四氟乙烯等，軟墊片用于溫度、壓力都不高的場合。半金屬墊片由金屬材料和非金屬材料組合而成，如柔性石墨復合墊、纏繞式墊片、金屬包覆墊等。半金屬墊片比非金屬墊片承受的溫度、壓力范圍較廣。金屬墊片全部由金屬制作，有波形、齒形、橢圓形、八角形、透鏡墊、錐面墊等。金屬墊片用于高溫高壓場合。

（3）纏繞式墊片使用條件見表4-4。

表 4-4     纏繞式墊片使用條件

注：① 也可采用其他金屬帶材

② 用于氧化性介質時≤450℃

（4）齒形組合墊使用條件見表4-5。

表 4-5     齒形組合墊使用條件

注：① 也可采用其他材料     ② 用于氧化性介質≤450℃

3、金屬墊片使用條件

金屬墊片使用條件表4-6。

表4-6    金屬墊片使用條件

續表4-6

注：①也可采用其他材料

②金屬環墊材料的硬度值應比法蘭材料的硬度值低30～40 HB

4、其他資料中介紹的金屬墊片使用條件

其他資料中介紹的金屬墊片使用條件見表4-7。

表  4-7  其他資料中介紹的金屬墊片使用條件

5、注意事項

（1）閥門中法蘭墊片的尺寸是沒有標準的，墊片的厚度可以參照管道法蘭墊片的有關標準，因墊片用的板材、帶材都是有一定規格的，不能任意選擇厚度。

（2）墊片用聚四氟乙烯材料時在結構上要考慮防止冷流。

（3）采用纏繞式墊片在結構上要防止墊片壓散，解決辦法是墊片加內環，外圓由止口定位。

（4）墊片的選用不只是溫度、壓力，還要考慮介質的腐蝕性。

第五節  填 料

填料是動密封的填充材料，用來填充填料室空間以防止介質經由閥桿和填料室空間泄漏。

填料密封是閥門產品的關鍵部位之一，要想達到好的密封效果一方面是填料自身的材質，結構要適應介質工況的需要，另方面則是合理的填料安裝方法和從填料函的結構上考慮來保證可靠的密封。

1、對填料自身的要求

（1）降低填料對閥桿的摩擦力；

（2）防止填料對閥桿和填料函的腐蝕；

（3）適應介質工況的需要。

2、常用填料品種

國外資料介紹用于各種工況條件下的填料品種達40余種，而我們通用閥門中zui常用的不過幾種或十幾種。

（1） 盤根型

a. 橡膠石棉盤根：XS250F、XS350F、XS450F、XS550F

b. 油浸石棉盤根：YS450F、YS350F、YS450F

c. 浸聚四氟乙烯石棉盤根

d. 柔性石墨編織填料：根據增強材料的不同可分別耐溫300℃、450℃、600℃、650℃、850℃

e. 聚四氟乙烯編織填料、膨脹聚四氟乙烯方型編織填料

f. 半金屬編織填料：以夾有不銹鋼絲、銅絲的石棉作為芯子，外表用夾銅絲、不銹鋼絲、蒙乃爾絲、因科鎳爾絲的石棉線編織起來，根據用途其表面用石墨、云母、二硫化鉬潤滑劑處理。也有的以石棉為芯，用潤滑的涂石墨的銅箔扭制而成。

（2）成型填料

成型填料即壓制成型的填料，其品種有：

a、橡膠

b、尼龍

c、聚四氟乙烯

d、填充聚四氟乙烯（增強聚四氟乙烯）增強材料為玻璃纖維，一般為8～15%玻璃纖維。

JB/T 1714標準中規定的填充聚四氟乙烯為：聚四氟乙烯+20%玻璃纖維+5%MoS2

聚四氟乙烯+20%玻璃纖維+5%石棉

e、柔性石墨環

3、注意事項

（1）盤根型填料切斷時用45°切口，安裝時每圈切口相錯180°。

（2）在高壓下使用聚四氟乙烯成型填料時要注意其冷流特性。

（3）柔性石墨環單獨使用密封效果不好，應與柔性石墨編織填料或YS450F（視溫度情況）組合使用，填料函中間裝柔性石墨環，兩端裝編織填料，也可隔層裝配，即一層柔性石墨一層編織材料，也可填料函中間放隔環，隔環上下分別成兩組組合裝配的填料。

（4）石墨對閥桿、填料函壁有腐蝕，使用中應選擇加緩蝕劑的盤根。

（5）柔性石墨在王水、濃硫酸、濃硝酸等介質中不適用。

（6）填料函的尺寸精度、表面粗糙度、閥桿尺寸精度和表面粗糙度是影響成型填料密封性的關鍵。

（7）API 6D標準關于使用石棉或其代用材料的重要信息中提到：由于石棉與某些嚴重危害身體健康的疾病有關，其中有些甚至是致命的，如肺癌。因此，目前正在使用和開發許多代用材料以取代在某些場合石棉的使用。

第六節  緊固件

閥門產品上用的緊固件主要指的是閥門中法蘭用的螺栓和螺母，這個部位的緊固件是重要連接件。

1、緊固件的選用原則

（1）按產品標準規定，產品標準如何規定就如何選用。

（2）根據用戶提出的要求確定。

（3）根據工況條件,如工作溫度、工作壓力、環境狀況、墊片的類型等綜合考慮。

（4）參照有關的管道法蘭用的緊固件材料及對緊固件的要求確定材料。

2、常用的緊固件材料（螺柱、螺母配對）

常用的緊固件材料（螺柱、螺母配對）見表6-1至6-8。

表6-1  常用緊固件材料                           

表6-2GB 150  螺柱、螺母材料組合                       

*  GB/T 1220-92為0Cr18Ni9

表6-3   國標法蘭用螺栓螺母材料 

表6-4  低溫管道法蘭用螺栓、螺母                        

表6-5 級緊固件材料要求                        

表6-6   PN 16.0～32.0MPa雙頭螺柱                           

表6-7    PN 16.0～32.0MPa螺母                           

表6-8PN 16.0～32.0MPa螺栓、螺母配對                          

3、關于閥門中法蘭緊固件選材中的說明

(1) 表6-1至表6-8是根據有關管道法蘭標準中規定的緊固件選配情況列出的。閥門中法蘭用緊固件如何選材，沒有標準規定。有的產品只規定中法蘭螺栓根部總面積上的拉應力不超過多少，及材料的類型，如中法蘭螺栓應使用合金鋼，螺母采用碳素鋼，并無具體的規定。在具體應用中,閥門中法蘭螺栓、螺母的選材可參考管道法蘭標準中的規定。

(2) 閥門中法蘭緊固件一般均需熱處理后使用。經過熱處理達到一定的力學性能才能充分發揮材料的作用。

根據產品的需要有的高壓閥門其緊固件要作力學性能檢驗。但對于一般產品而言，緊固件所用的材料達到一定硬度要求即可滿足使用要求，而硬度要求是通過產品設計來確定，由熱處理來實現的。由于材料的硬度和其σb、σs之間有一定關系，知道了硬度也即大約知道σb、σs的范圍。

對于按國外標準制作的閥門，如果緊固件采用國外牌號則要注意這個牌號不只是化學成分符合此牌號要求，其力學性能也要達到要求。

（3）API 6D《管線閥門》規定用于低于-29℃的緊固件應按ASTM A 320《低溫用合金鋼螺栓材料規格》作低溫沖擊試驗，其夏比V型切口沖擊功三個試樣平均值要達到27J。

4、美標閥門用緊固件

4.1美標閥門用緊固件采用的標準

ASTM A 193《高溫設備用合金鋼和不銹鋼螺栓材料》

ASTM A 194《高溫和高壓設備用碳素鋼與合金鋼螺栓和螺母材料規格》

ASTM A 320《低溫用合金鋼螺栓材料規格》

4.2常用的美標閥門用螺栓、螺母材料配對

常用的美標閥門用螺栓、螺母材料配對見表6-9。

表6-9                      美標閥門用螺栓、螺母材料配對      

第二章 鑄鐵閥門和銅合金閥門

    鑄鐵閥門是國民經濟發展建設中*的管路附件，廣泛用于水道、建筑、煤氣、船舶、消防、石油化工等領域。鑄鐵的優點在于溶解溫度低、耗能少、金屬流動性好，適于鑄造形狀復雜的零件。此外，工藝成品率高、切削性能好，并且由于鑄鐵組織中含有石墨，它可夾雜在腐蝕生成物中間防止腐蝕繼續進行。因此，鑄鐵有一定的耐腐蝕性，其耐水性比碳鋼強，在一定條件下，也可耐堿腐蝕，缺點是耐酸性弱、韌性低，屬脆性材料，使用中要尤其注意它的脆性。

    鑄鐵是鐵（Fe）、碳（C）、硅（Si）三種元素組成的合金。通過在該合金中添加其它元素或改變熔解方法、冷卻條件、進行熱處理等，可得到組織、機械強度不同的各種鑄鐵。

    制作閥門承壓件的鑄鐵主要有灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵，分別在不同工況條件下使用。

*節 鑄鐵閥門的主體材料

1、灰鑄鐵

1.1適用范圍

灰鑄鐵閥門用于公稱壓力PN≤1.0MPa，溫度-10～200℃的水、蒸氣、油品等介質。

1.2常用的灰鑄鐵牌號

制作閥門承壓件的灰鑄鐵材料牌號見表2-1-1。

表2-1-1    灰鑄鐵承壓件材料牌號

2、可鍛鑄鐵

2.1適用范圍

可鍛鑄鐵閥門用于公稱壓力PN≤2.5MPa溫度-29～300℃的水、蒸氣、空氣、油品等介質，一般制作DN≤65的截止閥、升降式止回閥。

2.2常用的可鍛鑄鐵牌號

制作閥門承壓件的可鍛鑄鐵牌號見表2-1-2。

表2-1-2                         可鍛鑄鐵承壓件材料牌號

3、球墨鑄鐵

3.1適用范圍

球墨鑄鐵閥門用于公稱壓力PN≤4.0MPa、溫度-29～350℃的水、蒸氣、油品等介質。

3.2常用的球墨鑄鐵牌號

制作閥門承壓件的球墨鑄鐵牌號見表2-1-3。

表2-1-3    球墨鑄鐵承壓件材料牌號

第二節  鑄鐵閥門的其它零件材料

其它零件指除主體（承壓件）外的內件材料（閥桿、密封面）、墊片、填料和緊固件，其材料牌號見表2-2-1。

表2-2-1                鑄鐵閥門閥桿、密封面、墊片、填料、緊固件材料 

第三節  銅合金閥門主要零件材料

銅合金閥門用于公稱壓力PN≤2.5MPa的水、海水、氧氣、空氣、油品等介質，一般情況下用于中低壓閥門，也可用于常溫高壓的小口徑氣瓶閥。銅具有良好的塑性和耐低溫性能，但強度較低，可用于溫度≤-196℃的低壓閥門。選擇合適的銅合號也可用于工作壓力≤3.0MPa的氧氣管路閥門，但銅不耐氨的腐蝕，對某些化工產品會產生腐蝕或污染介質，因而某些化工產品用的閥門禁止用銅內件，甚至外部零件也不準用銅制作。

銅合金閥門的主要零件材料見表2-3-1。

表2-3-1                           銅合金閥門主要零件材料

與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥