阀门培训教材

1目录第一章泵阀材料第一节阀体、阀盖和闸板（阀瓣）的材料第二节内件材料第三节焊接材料第四节垫片第五节填料第六节紧固件第二章美标阀门第三章焊接质量控制2第一章泵阀材料阀门是接通流体通路或改变流向、流量及压力的装置。其功能是接通或截断流体通路、调节流体流量、压力；防止流体倒流和释放过剩压力。为了保证阀门有效地实施这些功能必须满足许多条件例如选择合适的阀门类型、结构、材质等等。其中，材质的选择是十分重要的一个环节。由于各工业领域的特殊性以及考虑流体的温度、压力、特性、腐蚀以及材料的资源、制造的工艺性等情况，使材料的选择十分困难。但是，总的材料选择原则有以下三个方面一、满足使用性能的要求为了满足使用性能，就要根据阀门的工作条件，即介质的温度、压力、介质的性质例如有无腐蚀、有无颗粒、是否会被金属离子污染以及阀门零件在阀门中所起的作用、受力情况等等来选择材料。而最最关键的是要保证阀门在相应的环境中可靠的工作。二、有良好的工艺性工艺性包括铸造、锻造、切削、热处理、焊接等性能。三、有良好的经济性经济性即是要用尽可能低的成本制造出符合性能要求的产品。评价经济性的好环可以用价值与性能（功能）成本三者关系表示。从上式可看出提高产品价值有三个途径：性能不变成本降低；成本不变提高性能；提高一定成本带来性能更大的提高。需要说明的是工艺性和经济性要服从使用性能的要求，也就是说要在保证使用性能的前提下力求有良好的工艺性和经济性。十全十美的木料是没有的，选材要综合考虑，解决主要矛盾。例如：在有些强腐蚀工况下使用的阀门，由于没有耐这种介质腐蚀的密封面材料，只能用本体材料作密封面，但是容易造成密封擦伤。密封面擦伤总比堆焊了其他密封面材料而造成严重腐蚀破坏要强。这种选材的处理方法就是解决腐蚀这个主要矛盾来保证阀门一定的使用周期。可供制造阀门零件的材料牌号很多，包括各种铸铁，钢材、有色金属及其合金、各种非金属材料等等。为了减少供应和储备上的困难、在一定范围内使用的通用阀门主要零件材料已经标准化了。例如JB/T5300-1991《通用阀门材料》，SH3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》中对某些阀门的零件应选什么材质作了规定。某些产品标准中根据该产品的适用条件也对某些零件材料作了原则的规定。但是工业生产的各个领域其工况条件、介质特性十分复杂，所以我们必须了解材料的特性、应用场合以便为了适应某一工况条件尽量正确、合理的选择材料和代用材料。3第一节阀体、阀盖和闸板（阀瓣）的材料阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门的主要零件之一，直接承受介质压力。其中阀体、阀盖是承压件，闸板（阀瓣）是控压件。承压件的定义是：一旦它们破坏，其所包容的流体会释放到大气中的零件。因此，所用的材料必须具有能在规定介质温度和压力作用下达到的机械性能和良好的冷、热加工工艺性。大多数阀门的阀体、阀盖和闸板（阀瓣）形状都比较复杂，因此一般采用铸件较多。只有某些小口径阀或特殊工况要求的阀门采用锻件。一、碳素钢适用于非腐蚀性介质，在某些特定条件下如在一定范围内的温度、浓度条件下也可用于某些腐蚀性介质。适用温度-29～425℃。1.碳素铸钢目前国内采用的现行标准是GB12229-89《通用阀门碳素钢铸件技术条件》，材料牌号为WCA、WCB、WCC。该标准是参照美国材料试验协会标准ASTMA216-77《高温用可熔焊碳钢铸件标准规范》制定的。美国的这个标准至少已修改过两次而我们的GB12229-89仍在使用。目前见到的较新的版本是ASTMA216-89。它与ASTMA216-77的区别（也即与GB12229-89的区别）在于以下三个方面A：89年的标准对WCB钢增加了一条规定，即含碳量最大限值每降低0.01%含锰量最大限值可增加0.04%直到最大值为1.28%。B：WCA、WCB、WCC三个牌号的杂质元素CU：77年为0.50%，89年修改为0.30%；Cr：77年为0.40%，89年修改为0.50%；Mo：77年为0.25%，89年修改为0.20%。C：杂质元素的总合应≤1.0%，89年加上了当有碳当量要求时此条不适用，并规定三个牌号的碳当量最大值为0.5以及碳当量的计算式。注意事项：A：合格的铸件必须是化学成份合格，力学性能也合格，并且全面达到标准要求，特别是杂质元素的控制，否则影响焊接性能。B：标准中规定的化学成份是最大值。在制造过程中为了获得良好的焊接性能又能达到标准中规定的力学性能必须制订化学成分的内控标准和对铸件，试棒进行正确的热处理。否则制造不出合格的铸件。例如WCB钢的含碳量标准规定≤0.3%如果冶炼出来的WCB钢含碳量为0.1%或更低从成分上看是合格的，但力学性能达不到要求。含碳量如果等于0.3%也合格但焊接性能差，含碳量的控制以0.25%左右为最佳。如果做“出口”有的外商会提出含碳量的控制要求。C：关于碳素钢阀门的温度范围（a）JB/T5300-91《通用阀门材料》规定碳素钢制阀门的适用温度为-30℃至450℃。（b）SH3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》规定碳素钢制阀门的适用温度为4-20℃至425℃（使用下限规定为-20℃是为了与GB150钢制压力容器统一）。（c）ANSIB16.34《法兰和对焊端阀门》压力——温度额定值基准中规定WCBA105（碳素钢）适用温度范围为-29℃至425℃不允许在425℃以上长期使用。固碳素钢在425℃以上有石墨化倾向。2.碳素钢锻材JB/T7746-95《缩径锻钢阀门》执行GB12228-89《通用阀门碳素钢锻件技术条件》。JB/T450-92《PN16.0～32.0MPa锻造角式高压阀门、管件、紧固件技术条件》中执行的JB755-85《压力容器技术条件》已废止，由JB4726-94《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》代替。制造锻造阀门主要承压件、阀体、阀盖的材料最常用的牌号是GB699《优质碳素结构钢技术条件》中的20、25、30、35、40以及25Mn。一般习惯上中压锻钢阀采用25号钢制作承压件。35号、40号用于制作PN16.0MPa、PN32.0MPa锻造角式高压阀承压件。PN14.0MPa的缩径锻钢阀承压件常用25或25Mn制作。应注意锻件锻造后必须进行热处理，25号钢以下包括25号采用正火处理，30、35、40根据产品设计需要的力学性能采用正火或调质处理。引进装置进入我国后，国外进口的锻造碳素钢阀门如800磅级锻钢阀采用的材料是ASTMA105《管道部件用碳钢锻件》其主要化学成分（%）：CMnSiPS≤0.350.60～1.05≤0.35≤0.04≤0.05力学性能：σb（MPa）σs（MPa）δ%ψ%HB≥485≥250≥22≥30≤187注意事项：A：ASTMA105并不是我国的25号钢或25Mn钢，虽然其主要化学成分相当于我国的25Mn，但ASTMA105对其杂质元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的关系都有控制要求。B锻钢阀门是否需要进行材料的力学性能检测是根据产品设计要求决定的，对于低碳钢只要化学成份合格，正火的热处理工艺正确，他的力学性能就是一定的，不象中碳钢和高碳钢可以按淬火后的不同回火温度得到不同的力学性能。对于锻造高压阀门如PN16.0MPa、PN32.0MPa或更高压力的锻钢阀由设计决定采用的材料应达到的机械性能。根据所要求的机械性能确定回火温度以达不到材料的性能符合设计要求。二、不锈钢阀门中常用的不锈钢是奥氏体不锈钢，用于腐蚀性介质适用温度范围很广，低温可用于-269℃（液氦）高温可达816℃常用的温度范围为-196℃（液氮）至650℃。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。因此，广泛用于制作耐腐蚀阀门、高温阀门和低温阀门。奥氏体不锈钢的耐蚀性是相对的，不是什么样的腐蚀介质它都能承受。金属的腐蚀现象或所谓的5耐腐蚀性是根据腐蚀性介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境条件，以及金属本身的性质、即含有成分、加工性、热处理等诸因素的差异而分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。例如不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，可是因为腐蚀环境或使用条件的不同，也可能发生意想不到的腐蚀破坏事故。因此，应充分地了解腐蚀介质和耐腐蚀材料，才能选择合适的耐腐蚀材料。金属的腐蚀形态可分为两大类；均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀，均匀（全面）腐蚀包括全面成膜腐蚀和无膜腐蚀。全面成膜腐蚀：腐蚀在金属的全部或大部面积上进行，而且生成保护膜，具有保护性。例如：碳素钢在稀硫酸中腐蚀很快当硫酸浓度大于50%时，腐蚀率达到最大值，此后浓度再继续增大腐蚀率反而下降。这是由于浓硫酸的强氧化性，在铁的表面生成一层组织致密的钝化膜，这种钝化膜不溶于浓硫酸，从而起到了阻碍腐蚀作用。无膜腐蚀：无膜全面腐蚀很危险，因为它保持一定速度全面进行。局部腐蚀：局部腐蚀的形态有十三种如缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀应力腐蚀等等。据调查，化工装置中局部腐蚀约占70%。在诸多局部腐蚀的形态中与阀门制造有关且常见的是晶间腐蚀。一般对均匀腐蚀的程度用腐蚀率表示。但如何评价则有不同规定。按《石油化工企业管道设计器材选用通则》规定，介质对金属材料的腐蚀速率，管道金属材料的耐腐蚀能力可分为下列四类：年腐蚀速率不超过0.05mm的材料为充分耐腐蚀材料；年腐蚀速率在0.05～0.1mm的材料为耐腐蚀性材料；年腐蚀速率0.1～0.5mm的材料为尚耐腐蚀性材料；年腐蚀速率超过0.5mm的材料为不耐腐蚀材料。《腐蚀数据手册》对均匀（全面）腐蚀的耐蚀性用均匀腐蚀率来评价，如表1所示。表1耐蚀性能的评价腐蚀率，mm/a评价＜0.050.05～0.50.5～1.5＞1.5优良良好可用，但腐蚀较重不适用，腐蚀严重据《金属防腐蚀手册》（中国腐蚀与防护学会）规定如表2所示。表2金属材料耐腐蚀性的10级标准耐蚀等级12345678910腐蚀率，mm/a＜0.0010.001～0.0050.005～0.010.01～0.050.05～0.10.1～0.50.5～1.01.0～5.05.0～10.0＞10耐蚀性类别完全耐蚀很耐蚀耐蚀尚耐蚀欠耐蚀不耐蚀6按日本《配管》《装置用配管材料及其选定法》规定如表3所示。表3耐蚀性能的评价腐蚀率，mm/a评价0.0050.05～0.0050.5～0.05可充分使用可使用尽量不要使用0.5以上不使用晶间腐蚀：局部地沿着结晶粒子边界向深度方向腐蚀的形式称晶间腐蚀。这种腐蚀，外表看不出腐蚀迹象。严重的晶间腐蚀可以穿过整个机体厚度。产生晶间腐蚀的原因是由于沿晶粒边界析出碳化铬Cr23C6或FeCr化合物——称σ相使晶界周围贫铬，在适合的腐蚀介质（产生晶间腐蚀的介质）中，就形成碳化铬（阴极）——贫铬区（阳级）电池。使晶界贫铬区产生腐蚀。由上述可看出晶间腐蚀是有条件的。其内因是必须有碳化铬或σ相沿晶界析出使晶界贫铬。其外因是必须有腐蚀贫铬区的介质。水和一些中性溶液并不腐蚀贫铬区，所以即使存在贫铬区也不会产生晶间腐蚀。如果晶界不贫铬，即使有产生晶间腐蚀的介质也不会产生晶间腐蚀。所以产生晶间腐蚀的内因、外因缺一不可。产生贫铬的原因：一是钢水化学成分不合格，如碳高、铬低或含钛、铌的不锈钢中碳钛比或碳铌比不够。二是热处理工艺不正确或焊接或加工时加热至碳化物析出温度，而在900℃至400℃冷却速度不够快而析出碳化物造成贫铬。控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法：（1）执行正确的热处理工艺将钢加热至1100℃水淬（急冷）使碳化物向固溶体中溶解；（2）加入固定碳的元素钛或铌；（3）采用含碳量≤0.03的超低碳不锈钢。奥氏体不锈钢作高温钢用。高温是指温度超过350℃以上。高温用钢是指在高温下具有较高强度的钢材。在石油化工装置里，高温并伴有腐蚀的场合就必须使用既耐高温又耐腐蚀的材料。不锈钢18Cr-8Ni～25Cr-20Ni的高温强度高，特别是18-8Ti～18-8Nb等合金元素影响更为优越。一般在没有耐腐蚀性问题的场合，在规定范围内，含碳量高的不锈钢，其高温强度也高。若在18-8钢内添加Mo、Nb、Ti、Mo可强化基体Nb、Ti则形成碳化物，从而可改善高