鋼制閥門的內件材料

上海申弘閥門有限公司

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。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應用在礦山井下供水系統中。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，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

表2-1                             通用閥門密封面常用的軟質材料 

注：（1）表中的適用溫度是性的安全使用溫度,根據密封面結構和受力的不同適用溫度也不盡相同。

（2）表中的適用溫度范圍是這類產品的一般范圍，每種產品都有多種牌號，適用溫度也不盡相同。此外，使用場合不同的使用溫度范圍也不同。

（3）表中的名稱是這類材料的統稱，每種都有幾個牌號，性能也不一樣，如尼龍就有尼龍1010、尼龍6、尼龍66等等。，選用時要注意不同牌號的性能。

（4）氟塑料具有冷流傾向，即應力達到一定值時開始流動，例如聚四氟乙烯如果在結構上沒有考慮保護措施，在一定應力下即會流動、失效。

（5）表中的適用的介質范圍也是攏統的，應用時要查這些材料與某種介質的相容性數據。

1.3.2硬質材料

硬質材料的密封面主要是各種金屬如銅合金、不銹鋼、硬質合金等。

1.3.2.1銅合金

JB/T 5300《通用閥門 材料》中規定的灰鑄鐵閥、可鍛鑄鐵閥，球墨鑄鋼閥的銅合金密封面材料牌號有：鑄鋁黃銅ZCuZn2l6Fe3Mn3、鑄錳黃銅ZCuZn38Mn2Pb2、鑄鋁青銅ZCuAl9Mn2、ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，當然還有其它牌號如H62、巴氏合金（ZChPbSb16-16-2鉛銻軸承合金）等。銅合金在水或蒸汽中的耐腐蝕性和耐磨性都較好，但強度低，不耐氨和氨水腐蝕，適用介質溫度≤250℃。但巴氏合金耐氨及氨水腐蝕、熔點低，強度低，適用于溫度≤70℃，PN1.6MPa氨閥。

1.3.2.2鉻不銹鋼

鉻不銹鋼有較好的耐腐蝕性，常用于水、蒸汽、油品等非腐蝕性介質，溫度-29~425℃的碳素鋼閥門。但鉻不銹鋼耐擦傷性能較差，特別是在大比壓的情況下使用很易擦傷。試驗表明比壓在20MPa下耐擦傷較好。對于高壓小口徑閥門常采用棒材或鍛件其牌號為1Cr13、2Cr13、3Cr13制作的整體閥瓣，密封面經表面淬火（或整體淬火），其硬度值對2Cr13 HRC41～47、3Cr13 HRC 46～52為宜。國外標準中，如API 600 、BS 1873中對Cr13型密封面的硬度要求為小HB 250硬度差至少HB 50，材料牌號為ASTM A 182 F6a。對于大口徑閥門其密封面往往采用堆焊，下面介紹幾種堆焊焊條。

① D507符合GB EDCr-A1-15  堆焊金屬為1鉻13半鐵素體高鉻鋼。焊層有空淬特性，一般不需熱處理，硬度均勻，亦可在750～800℃退火軟化。當加熱至900～1000℃空冷或油淬后可重新硬化。焊前須將工件預熱至300℃以上，焊后空冷HRC≥40。焊后如進行不同熱處理可獲得相應硬度。

② D507Mo  符合GB EDCrA2-15 堆焊金屬為1鉻13半鐵素體高鉻鋼，有空淬特性，焊前不預熱，焊后不處理，焊后空冷HRC≥37。

③ D577鉻錳型閥門，堆焊焊條符合GB EDCrMn-C-15，焊前不預熱，焊后不處理，抗裂性好，HRC≥28，與D507Mo配合使用。

說明：（1）D507Mo和D577兩種焊條是為了代替Cr13型焊條，堆焊有硬度差的閥門密封面而配套研制的。D507Mo堆焊金屬硬度較高，用于閘板；D577堆焊金屬硬度較低，用于堆焊閥體或閥座密封面。兩者組成的密封面可獲得良好的抗擦傷性能。

（2）堆焊層的高度加工后應在5mm以上，以保證硬度和成分穩定。

（3）堆焊要按焊接工藝規定操作，焊接電流不可過大以防止焊條成分發生變化影響焊接質量。

1.3.2.3硬質合金

硬質合金中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。

與本文相關的論文有：水用減壓閥在魯礦集團的應用