阀门阀体常用材质性能详解
阀门阀体常用材质性能详解
阀门 主要零件的材质，首先应考虑到工作介质的物理性能（温度、压力）和化学性能（腐蚀性）等。同时，还应了解介质的清洁程度（有无固体颗粒）。除此之外，还要参照国家和使用部门的有关规定和要求。
许多种材料可以满足阀门在多种不同工况的使用要求。但是，正确、合理的选择阀门的材料，可以获得阀门*经济的使用寿命和*佳的性能。
阀门的材质，种类繁多，适用于各种不同工况。现把常用的阀材质、内件材质和密封面材质介绍如下。
阀常用的材质
1．灰铸铁 灰铸铁阀以其价格低廉、适用范围广而应用在工业的各个领域。它们通常用在水、蒸汽、油和气体为介质的情况下，并广泛地应用于化工、印染、油化、纺织和许多其它对铁污染影响少或没有影响到的工业产品上。
适用于工作温度在–15～200℃之间，公称压力PN≤1.6MPa的低压阀门。
2．黑心可锻铸铁 适用于工作温度在–15～300℃之间，公称压力PN≤2.5MPa的中低压阀门。适用介质为水、海水、煤气、氨等。
3．球墨铸铁 球墨铸铁是铸铁的一种，这种铸铁，团状或球状石墨取代了灰铸铁中的片状石墨。这种金属内部结构的改变使它的机械性能比普通的灰铸铁要好，而且不损伤其它性能。所以，用球墨铸铁制造的阀门比那些用灰铸铁制造的阀门使用压力更高。适用于工作温度在–30～350℃之间，公称压力PN≤4.0MPa的中低压阀门。
适用介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等。
4．碳素钢（WCA、WCB、WCC）起初发展铸钢是为适应那些超出铸铁阀和青铜阀能力的生产需要。但由于碳钢阀总的使用性能好，并对由热膨胀、冲击载荷和管线变形而产生应力的抵抗强度大，就使它的使用范围扩大，通常包括了用铸铁阀和青铜阀的工况条件。
适用于工作温度在–29～425℃之间的中高压阀门。其中16Mn、30Mn作温度为–40～400℃之间，常用来替代ASTM A105。适用介质为饱和蒸汽和过热蒸汽。高温和低温油品、液化气体、压缩空气、水、天燃气等。
5．低温碳钢（LCB）低温碳钢和低镍合金钢可以用于低于零度的温度范围，但不能扩大使用到深冷区域。用这些材料制造的阀门适用于以下介质，如海水、二氧化碳、乙炔、丙烯和乙烯。
适用于工作温度在–46～345℃之间的低温阀门。
6．低合金钢（WC6、WC9）低合金钢（如碳钼钢和铬钼钢）制造的阀门可以适用许多种工作介质，包括饱和和过热蒸汽、冷的和热的油、天然气和空气。碳钢阀门的工作温度可以用到500℃，低合金钢阀可用到600℃以上。在高温下，低合金钢的机械性能比碳钢要高。
适用于工作温度在–29～595℃之间的非腐蚀性介质的高温高压阀门；C5、C12适用于工作温度在–29～650℃之间的腐蚀性介质的高温高压阀门。
7．奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢大约含18%的铬和8%的镍。18-8奥氏体不锈钢经常用来使用在温度过高和过低以及很强的腐蚀条件下作为阀体和阀盖材料。以18-8不锈钢为基体加入钼并稍微增加镍的含量，实质上就增加其抗腐蚀能力。用这种钢制造的阀门可以大量地应用在化工上，如输送醋酸、硝酸、碱、漂白液、食品、果汁、碳酸、制革液和许多其它的化工产品。
为了适用高温范围，进一步改变材料成分，在这不锈钢内加入铌，就是我们所知的18-10-Nb，温度可以用到800℃。
奥氏体不锈钢通常用在很低的温度下也不会变脆，所以用这种材料（如18-8和18-10-3Mo）制造的阀门很适于低温下工作。例如输送液态的气体，象天然气、沼气、氧气和氮气。
适用于工作温度在–196～600℃之间的腐蚀性介质的阀门。奥氏体不锈钢也是非常理想的低温阀门材料。
8．蒙乃尔合金‘蒙乃尔’是一种具有很好耐蚀性的高镍—铜合金。这种材料经常被用在输送碱、盐溶液、食品和许多无气酸的阀门上，特别是硫酸和氢氟酸。‘蒙乃尔’合金非常适合于蒸汽、海水和海洋环境。主要适用于含氟氯酸介质的阀门中。
9．哈氏合金 主要适用于稀硫酸等的强腐蚀性介质的阀门中。
（1）‘哈氏’合金B
这种合金含有60%的镍、30%的钼和5%的铁。它特别能抵抗无机酸的强腐蚀，‘哈氏’合金‘B’对于各种浓度的盐酸可以用到沸点温度，而对于硫酸来说，在腐蚀性*强的浓度下可以用到70℃。对于磷酸，它可以在各种条件下，而且‘哈氏’合金‘B’对于氯化铵、氯化锌、硫酸铝和硫酸铵也很适用。
在氧化性气氛中，‘哈氏’合金‘B’可以用到大约800℃，在还原气氛中，使用温度可以更高一些。
（2）‘哈氏’合金C
这种合金是含有15%的铬和17%的钼的镍基合金。在氧化和还原两种气氛下，它可以用到1100℃。它对于盐酸、硫酸和磷酸有很好的抗腐蚀性。而且在许多情况下，它也可用于硝酸。
‘哈氏’合金‘C’对于氯化物、氢氯化物、硫化物、氧化盐溶液和许多其它的腐蚀性介质有很强的抗腐蚀性。还特别适用于氢卤酸类介质，例如氢氟酸。
10．钛合金 主要适用于各种强腐蚀介质的阀门中。
11．铸造铜合金 工业用的阀门很多是由有色金属材料制成，主要是青铜和黄铜。制造阀门的青铜合金中铜、锡、铅、锌的比例通常为85:5:5:5或87:7:3:3。如果需要无锌青铜，必须加以说明。青铜的物理强度、结构稳定性、抗腐蚀性使它特别适合工业生产。工业用的青铜阀门的口径可达100mm。
青铜阀常用在相对中等温度的场合，有些牌号的青铜可用到280℃左右。在低温方面，多数铜合金具有在很低的温度下不变脆的特性，这使得青铜广泛地应用在低温工况下，例如液氧、液氮，其温度在-180℃以下。
12．20号合金 在普通不锈钢不能胜任的非常严格的情况下，使人*感兴趣的一类钢就是高合金不锈钢。也许*常见的一种就是20号合金钢。它含有29%的镍、20%的铬、外加钼和铜。这种合金对于各种温度和浓度的硫酸都有很强的抵抗能力。另外，在大多数情况下，它还可用于磷酸和醋酸介质，特别是有氯化物和其它杂质的场合。
13．双向不锈钢 双向不锈钢（铁素体结构或奥氏体结构）的应用发展趋势。这种钢含有20%或更多的铬和5%左右的镍，以及一定量的钼，这些合金的强度和硬度比普通的奥氏体不锈钢好，而且在硫酸和磷酸的非常恶劣的工况下，抗局部腐蚀的能力很强。
主要适用于工作温度在–273～200℃之间氧气管路和海水管路用的阀门中。
14．塑料、陶瓷 这两种材料都属于非金属。非金属材料阀门的*大特点是耐腐蚀性强，甚至有金属材料阀门所不能具备的优点。一般适用于公称压力PN≤1.6MPa，工作温度不超过60℃的腐蚀性介质中，无毒塑料阀门也适用于给水工业中。塑料、陶瓷阀门一般不能单独作为阀体材料使用，需用钢质材料作骨架，内衬塑料、陶瓷，我们将在第六章中叙述。常用阀体材料见表1。
表1 常用阀体材料选用表
材 料 常 用 工 况 适 用 介 质
类 别 材 料 牌 号 代号 PN/Mpa t/℃
灰铸铁 HT200 Z ≤1.6 ≤200 水、蒸汽、油类等
HT250 氨≤2.5 氨≥-40
可锻铸铁 KT30-6
KT30-8 K ≤2.5 300
氨≥-40
球墨铸铁 QT400-18
QT400-15 Q ≤4.0 ≤350
高硅铸铁 NSTSi-1S G ≤0.6 ≤120 硝酸等腐蚀介质
上等碳素钢 ZG200、ZG250、WCA、WCB、WCC C ≤16.0 ≤425 水、蒸汽、油类等
氨、氮氢气等
A3、10、20、25、35 ≤32.0 ≤200
铬钼合金钢 12CrMo、WC6
15CrMo
ZG20CrMo I P5410 540 蒸汽类
Cr5Mo
ZGCr5Mo ≤16.0 ≤550 油类
铬钼钒合金钢 12Cr1MoV
15Cr1MoV
ZG12Cr1MoV
ZG15Cr1MoV
WC9 V P5714 570 蒸汽类
镍、铬、钛耐酸钢 1Cr18Ni9Ti
ZG1Cr18Ni9Ti P ≤6.3 ≤200 硝酸等腐蚀介质
-100～-196 乙烯等低温介质
≤600 高温蒸汽、气体等
镍铬钼钛耐酸钢 1Cr18Ni12Mo2Ti
ZG1Cr18Ni12Mo2Ti R ≤20.0 ≤200 尿素、醋酸等
上等锰钒钢 16Mn
15MnV I ≤16.0 ≤450 水、蒸汽、油品类
铜合金 HSi80-3 T ≤4.0 ≤250 水、蒸汽、气体类
选择阀门主要零件的材料，首先应考虑到工作介质的物理性能（温度、压力）和化学性能（腐蚀性）等。同时还应了解介质的清洁程度（有无固体颗粒）。除此之外，还要参照国家和使用部门的有关规定和要求。 许多种材料可以满足阀门在多种不同工况的使用要求。但是，正确的、合理的选择阀门的材料，可以获得阀门*经济的使用寿命和*佳的性能。 在阀门零件材料的划分中，*一般的方法是按壳体所使用的材料划分：如铸铁阀，壳体材料用灰铸铁、可锻铸铁或球墨铸铁制成的阀门；钢阀，壳体用碳素钢、合金钢或不锈耐酸钢制成的闪；钛阀，壳体用钛合金制成的阀门；铜阀，壳体用铜合金制成的阀门；铝阀，壳体用铝合金制的阀门；塑料阀，壳体用塑料制成的阀门；陶瓷阀，壳体内衬有陶瓷的阀门，等等。5 ~( o1 d4 k7 Q
1、铸铁阀 铸铁阀以其价格低廉，制造工艺简单，有较好的耐腐蚀性能，广泛应用于国民经济各个部门，是水道、建筑设备、煤气设备、船舶、消防设备、石油化工设备、炼铁设备、食品加工设备等不可缺少的管路附件。铸铁阀的工作温度范围通常中从环境（室温）温度到225℃以下。但是，由于灰铸铁是脆性材料，限制了铸铁阀的使用范围。 在铸铁阀门中，由于可锻铸铁和球铸铁内部显微组织的改变，可锻铸铁的组织近表层为铁素体，中心部为珠光体，与软钢的组织大致相同。球墨铸铁是经过添加元素和变质处理，且在铸过程中获得球状石墨，因此，其力学性能比普通灰铸铁要好得多，其使用工作压力可更高些。 通常，铸铁阀门的使用范围规定如下：5 @1 ?+ ?* w# j6 u! D. C. O9 Z
（1）当用于公称压力PN≤1.0MPa，工作温度为—10～200℃，工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等，通常选用牌号为HT200、HT250、HT300、HT350的灰铸铁阀。2 A/ u2 _ {; ]
（2）当用于公称压力PN≤2.5MPa，工作温度为—30～300℃，工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等，通常选用牌号为KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10的可锻铸铁阀。
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（3）当用于公称压力PN≤4.0MPa，工作温度为—30～350℃，工作介质为水、海水、蒸汽、空气、煤气、油品等，通常选用牌号为QT400-15、QT450-10、QT500-7的球墨铸铁阀。 2、钢阀 由于使用钢材的种类不同，钢阀所适用的介质也大不相同，尽管钢阀的价格比较昂贵，但由于钢是一种塑性材料，适用范围广，可以在多种介质中应用，如钨、饱和蒸汽和热蒸汽、高温和低温油品、液化气体、腐蚀性强的介质等，因此应用非常广泛。 碳钢，由于其力学性能和综合使用性能优异，因此，其使用范围更广，通常还包括铸铁阀及青铜阀（广泛应用于—180℃以下）使用的工况条件。一般在重要的设备、装置和管道上都采用坚固可靠的钢制阀门。在介质为可燃性气体、液体，毒性气体、液体，易燃易爆性介质，压缩气体，液化气体，动力装置的管道上，以及其它类似的场合，必须使用钢制阀门。 特碳钢和低镍合金钢可用于工作温度低于零度的工况，但不能使用到深冷的区域。用这些材料制造的阀门，可能适用于海水、二氧化碳、乙炔、丙烯和乙烯等介质。 耐腐蚀钢材包括不锈钢、特种不锈钢、“蒙乃尔”合金，哈斯特洛依“B”，哈斯特洛依“C”，不锈耐酸钢等。 不锈钢耐酸钢阀门可以广泛应用于化工和食品行业。如输关醋酸、硝酸、硫酸、碱、西漂白液、食品、果汁、碳酸、制革液和其它许多化工产品的管路上。超低碳奥氏体不锈耐酸钢阀门，通常用于在低温下输送液态气体，如天然气、沼气、氧气和氢气等。特种不锈钢阀门有很好的耐腐蚀性能，通常用于输送各种温度和浓度的硫酸的管道和装置上。“蒙乃尔”合金阀门，主要用于输送碱、盐溶液，食品和许多无机酸，特别是硫酸和氢氟酸的管道和装置上。此外，这类阀门还可用于蒸汽和海水的管道上。镍阀，对于碱和盐溶液具有极强的耐腐蚀能力，通常用在产品输送中，要求确保高纯度的工况。
