阀门各组成件的材质及标准

1. WCB/LCB/LCC/WC6/WC在阀门中是什么材质?

W:不知道代表什么意思;C:Carbon steel碳钢;A,B,C 表示钢种等级,C的屈服强度值最高。

WCA,WCB,WCC表示的是铸钢,一般常用WCB。

WCB对应的管道材质应为A106B,对应锻件材质为A105。

WC6是合金钢的铸件,对应管道材质约为A355 P11,锻件为A182 F11。

另外还有WC9,耐高温合金钢,对应约为A355 P22,锻件对应A182 F22。

WC可焊性铸件。

LCB/LCC(ASTM A352)低温碳钢

ITCS为进行冲击韧性碳钢; Impact Test C=Carbon S=Steel(A350)

Split body 分体式,side entry 侧装(指执行机构) 对应的是TOP entry 上装式

表1 阀门常用的碳素钢铸件和锻件材料表

材料状态 国别 标准号 材料牌号
铸件 中国 GB/T 12229 WCA WCB WCC
ZG205-415 ZG250-485 ZG275-485
美国 ASTM A216/A216M WCA WCB WCC
UNS J02502 UNS J03002 UNS J02503
锻件 中国 GB/T 12228 25 25Mn 35 40 A105
GB/T 699
美国 ASTM A105/A105M A105

表2 低温铸钢件材料牌号和适用温度

类型 C C C-Mn C-Mo 2.5Ni Ni-Cr-Mo 3.5Ni 4.5Ni 9Ni Cr-Ni-Mo
牌号 LCA LCB LCC LC1 LC2 LC2-1 LC3 LC4 LC9 CA6NM
UNS编号 J02504 J03303 J02505 J12522 J22500 J42215 J31550 J41500 J31300 J91540
适用温度 ℃ -32 -46 -46 -59 -73 -73 -101 -115 -196 -73

表3 阀门常用ASTM材料锻、铸件对照表(ASME B16.5)

ASTM铸件 ASTM锻件 对应中国牌号 适用温度℃ 适用介质
碳钢
A216 WCB A105 20 -29~427 水、蒸汽、空气,以及石油产品等
低温碳钢
A352 LCB A350 LF2 16Mn -46~343 低温介质
A352 LCC A350 LF2 16Mn -46~343 低温介质
高温合金钢
A217 WC1 A182 F1 20MnMo -29~454 高温高压介质
A217 WC6 A182 F11 15CrMo -29~552 高温高压介质
A217 WC9 A182 F22 10Cr2Mo1 -29~593 高温高压介质
A217 C5 A182 F5 1Cr5Mo -29~650 腐蚀性高温介质
A217 C12 A182 F9 Cr9Mo1 -29~593 高硫氧化性介质
马氏体不锈钢
A217 CA15 A182 F6a 1Cr13 -29~371 450℃以上强度比304低
奥氏体不锈钢(C≤0.08)
A351 CF8 A182 F304 0Cr18Ni9 -196~537 腐蚀性介质
A351 CF3 A182 F304L   -196~425 腐蚀性介质
A351 CF8M A182 F316 0Cr18Ni12Mo2Ti -196~537 腐蚀性介质
A351 CF3M A182 F316L   -196~425 腐蚀性介质
超低碳奥氏体不锈钢(C≤0.03)
A351 CF3 A182 F304L 00Cr18Ni10 -196~427 腐蚀性介质
A351 CF3M A182 F316L 00Cr18Ni14Mo2 -196~454 腐蚀性介质
特殊合金
A351 CN7M B462 Gr. NO8020 (ALLOY 20)  -29~149 氧化性介质和各种浓度的硫酸
A494 M-30C (蒙乃尔合金) B564 Gr. NO4400   -29~482 氢氟酸,海水
哈氏合金H.B H.C     稀硫酸等的强腐蚀性介质

注:1)锻造阀门阀体材质组织致密,不容易有缺陷,结构尺寸不受模具限制,承压性能可靠,多用于高压、氧气工况、小口径或其他小批量的阀门制造上,一般在高温、高压或低温或特殊介质下选择锻件;铸件一般只适用于中低压,多用于标准化的成型阀门的批量生产上。

2)材料A351 CF3M跟A182 F316L区别: 两个标准对应的材质都是316不锈钢。CF3M 表示铸件,常用作阀门材料。相对应的锻钢代号是A182 F316L。ASTM A216 WCB是铸件,其锻件是A105;SS304的铸件是A351-CF8,锻件是A182-F304。

2 阀门材质选择

阀门零件材料很多,包括各种不同牌号的黑色金属和有色金属及其合金、各种非金属材料等。制造阀门零件的材料要根据下列因素来选择:

1、工作介质的压力、温度和特性。

2、该零件的受力情况以及在阀门结构中所起作用。

3、有较好的工艺性。

4、在满足以上条件情况下,要有较低的成本。

2.1 阀体、阀盖和阀板(阀瓣)的材料

  1. 灰铸铁:灰铸铁适用于公称压力PN≤1.0MPa,温度为-10℃~200℃的水、蒸汽、空气、煤气及油品等介质。灰铸铁常用牌号为:HT200、HT250、HT300、HT350。
  2. 可锻铸铁:适用于公称压力PN≤2.5MPa,温度为-30~300℃的水、蒸汽、空气及油品介质,常用牌号有:KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10。
  3. 球墨铸铁:适用于PN≤4.0MPa,温度为-30~350℃的水、蒸汽、空气及油品等介质。常用牌号有:QT400-15、QT450-10、QT500-7。
  4. 碳素钢(WCA、WCB、WCC):适用于公称压力PN≤32.0MPa,适用于工作温度在-29~+425℃之间的中、高压阀门,其中16Mn、30Mn工作温度为-29~595℃,常用来代替ASTM A105.常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn。
  5. 低温碳钢(LCB):适用于公称压力PN≤6.4Mpa,温度≥-196℃乙烯,丙烯,液态天然气,液氮等介质,常用牌号有ZG1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni9.
  6. 合金钢(WC6、WC9),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;WC5、WC9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,适用于工作温度在-196~+600℃之间的腐蚀性介质的阀门。
  8. 蒙乃尔合金:主要适用于氢氟介质的阀门。
  9. 铸铜合金:主要适用于工作温度在-29~595℃之间的氧气管路用阀门。

表4 阀门壳体常用材质

壳体材质 标准 适用温度/℃ 适用压力/MPa 适用介质
灰铸铁   -15~200 ≤1.6 水、煤气
黑心可锻铸铁   -15~300 ≤2.5 水、海水、煤气、氨
球墨铸铁   -30~350 ≤4.0 水、海水、煤气、空气、蒸汽
碳素钢(WCA、WCB、WCC) ASTM A216 -29~425 ≤32.0 无腐蚀性应用,包括水,油和气
低温碳钢(LCB、LCC) ASTM A352 -46~345 ≤32.0 低温应用
合金钢(WC6、WC9) (C5、C12) ASTM A217 -29~595 -29~650 高压 非腐蚀性介质 腐蚀性介质
奥氏体不锈钢 ASTM A351 -196~600   腐蚀性介质
蒙乃尔合金 ASTM A494 400   含氢氟酸介质
哈氏合金 ASTM A494 649   稀硫酸等强腐蚀性介质
钛合金       各种强腐蚀性介质
铸造铜合金   -273~200   氧气、海水
塑料、陶瓷   ~60 ≤1.6 腐蚀性介质


代码 材质 标准 适用条件 温度范围
WCB 碳钢 ASTM A216 无腐蚀性应用,包括水,油和气 -29℃~+425℃
LCB 低温碳钢 ASTM A352 低温应用 -46℃~+345℃
LC3 3.5%镍钢 ASTM A352 低温应用 -101℃~+340℃
WC6 1.25%铬0.5%钼钢 ASTM A217 无腐蚀性应用,包括水,油和气 -30℃~+593℃
WC9 2.25铬
C5 5%铬0.5%钼 ASTM A217 轻度腐蚀性或侵蚀性应用及无腐蚀性应用 -30℃~+649℃
C12 9%铬1%钼
CA15(4) 12%铬钢 ASTM A217 腐蚀性应用 +704℃
CA6NM(4) 12%铬钢 ASTM A487 腐蚀性应用 -30℃~+482℃
CF8M 316不锈钢 ASTM A351 腐蚀性或超低温或高温无腐蚀性应用 -268℃至+649℃,425℃以上要指定碳含量0.04%及以上
CF8C 347不锈钢 ASTM A351 主要用于高温,腐蚀性应用 -268℃至+649℃,540℃以上要指定碳含量0.04%及以上
CF8 304不锈钢 ASTM A351 腐蚀性或超低温或高温无腐蚀性应用 -268℃至+649℃,425℃以上要指定碳含量0.04%及以上
CF3 304L不锈钢 ASTM A351 腐蚀性或无腐蚀性应用 +425℃
CF3M 316L不锈钢 ASTM A351 腐蚀性或无腐蚀性应用 +454℃
CN7M 合金钢 ASTM A351 具有很好的抗热硫酸腐蚀性能 +425℃
M35-1 蒙乃尔 ASTM A494 可焊接等级。具有很好的抗所有普通有机酸和盐水腐蚀的性能。也具有很高的抗大多数碱性溶液腐蚀的性能 +400℃
N7M 哈斯特镍合金B ASTM A494 特别适用于处理器各种浓度和温度的氢氟酸。具有很好的抗硫酸和磷酸腐蚀的性能 +649℃
CW6M 哈斯特镍合金C ASTM A494 具有很好的抗强氧化环境腐蚀的性能。在高温下具有很好的特性,对甲酸(蚁酸)、磷酸、亚硫酸和硫酸具有很高的抗腐蚀性能 +649℃
CY40 因科镍合金 ASTM A494 在高温应用中表现很好。对于强腐蚀流体介质具有很好的抗腐蚀性能  

2.2 密封面材料

密封面是阀门最关键的工作面,密封面质量的好坏关系到阀门的使用寿命,通常密封面材料要考虑耐腐蚀,耐擦伤,耐冲蚀,抗氧化等因素。通常分两大类:

2.2.1 软质材料
  1. 橡胶(包括丁睛橡胶,氟橡胶等)
  2. 塑料(聚四氟乙烯,尼龙等)
2.2.2 硬密封材料
  1. 铜合金(用于低压阀门)
  2. 铬不锈钢(用于普通高中压阀门)
  3. 司太立合金(用于高温高压阀门及强腐蚀阀门)
  4. 镍基合金(用于腐蚀性介质)

2.3 阀杆材料

阀杆在阀门开启和关闭过程中,承受拉、压和扭转作用力,并与介质直接接触,同时和填料之间还有相对的摩擦运动,因此阀杆材料必须保证在规定温度下有足够的强度和冲击韧性,有一定的耐腐蚀性和抗擦伤性,以及良好的工艺性。常用的阀杆材料有以下几种。

2.3.1 碳素钢

用于低压和介质温度不超过300℃的水、蒸汽介质时,一般选用A5普通碳素钢(现Q275,A3为Q235)。

用于中压和介质温度不超过450℃的水、蒸汽介质时,一般选用35优质碳素钢。

2.3.2 合金钢

用于中压和高压,介质温度不超过450℃的水、蒸汽、石油等介质时,一般选用 40Cr(铬钢)。

用于高压、介质温度不超过540℃的水、蒸汽等介质时,可选用38CrMoALA渗氮钢。

用于高压、介质温度不超过570℃的蒸汽介质时,一般选用25Cr2MoVA铬钼钒钢。

2.3.3 不锈耐酸钢

用于中压和高压、介质温度不超过450℃的非腐蚀性介质与弱腐蚀性介质,可选用1Cr13、2Cr13、3Cr13铬不锈钢。

用于腐蚀性介质时,可选用Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti等不锈耐酸钢和PH15-7Mo沉淀硬化钢。

2.3.4 耐热钢

用于介质温度不超过600℃的高温阀门时,可选用4Cr10Si2Mo马氏体型耐热钢和4Cr14Ni14W2Mo奥氏体型耐热钢。

2.4 阀杆螺母材料

阀杆螺母在阀门开启和关闭过程中,直接承受阀杆轴向力,因此必须具备一定的强度。同时它与阀杆是螺纹传动,要求摩擦系数小,不生锈和避免咬死现象。

2.4.1 铜合金

铜合金的摩擦系数较小,不生锈,是目前普遍采用的材料之一。对于Pg<1.6MPa的低压阀门可采用ZHMn58-2-2铸黄铜。对于Pg16-6.4Mpa的中压阀门可采用ZQAL9-4无锡青铜。对于高压阀门可采用ZHAL66-6-3-2铸黄铜。

2.4.2 钢

当工作条件不允许采用铜合金时,可选用35、40等优质碳素钢,2Cr13、1Cr18Ni9、Cr17Ni2等不锈耐酸钢。工作条件不允许下列情况。

  1. 用于电动阀门上,带有瓜形离合器的阀杆螺母,需要进行热处理获得高的硬度或表面硬度。
  2. 工作介质或周围环境不适合选用铜合金时,如对铜有腐蚀的氨介质。

选用钢制阀杆螺母时,要特别注意螺纹的咬死现象。

2.5 紧固件、填料及垫片材料

2.5.1 紧固件材料

紧固件主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。紧固件在阀门上直接承受压力,对防止介质外流起关重要作用,因此选用的材料必须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。

根据介质压力和温度选择紧固件材料时可按表选择。

表5 紧固件材料

名称 公称压力Pg(Mpa) 介质温度(℃)
300 350 400 425 450 530
螺栓 双头螺栓 1.6-2.5 Q235(A3) 35 30CrMoA -
4.0-10.0 35 35CrMoA 25Cr2MoVA
16.0-20.0 30CrMoA 35CrMoA 25Cr2MoVA
螺母 1.6-2.5 Q235(A3) 30 35 -
4.0-10.0 30 35 35CrMoA
16.0-20.2 35 35CrMoA

选用合金钢材料时必须经过热处理。对紧固件有特殊耐腐蚀要求时,可选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等不锈耐酸钢。

2.5.2 填料材料

在阀门上,填料是用来充填阀盖填料室的空间,以防止介质经由阀杆和阀盖填料室空间泄漏。

1、对填料的要求

  1. 耐腐蚀性好,填料与介质接触,必须能耐介质的腐蚀。
  2. 密封性好,填料在介质及工作温度的作用下不泄漏。
  3. 摩擦系数小,以减小阀杆与填料间的摩擦力矩。

2、填料的种类

填料可分为软质填料及硬质填料两种:

1)软质填料:系由植物质,即大麻、亚麻、棉、黄麻等,或由矿物质,即石棉纤维,或由石棉纤维内夹金属丝和外涂石墨粉等编织的线绳,也有压成的成型的填料,以及近年来新发展的柔性石墨填料材料。

植物质填料常用于100℃以下的低压阀门;矿物质填料可用于450-500℃的阀门。

近年来使用橡胶O型圈做填料的结构介质温度一般限制在60℃以下。

高温高压阀门上的填料也有采用纯石棉加片状石墨粉压紧而成的。

2)硬质填料:即由金属或金属与石棉、石墨混合而成的填料以及聚四氟乙烯压合烧结而成型的填料,金属填料使用较少。

3、填料的选择

选择填料要根据介质、温度和压力来选择,常用的材料有以下几种:

  1. 油浸石棉绳,可按表5-2选择。
  2. 橡胶石棉绳:可按表5-3选择。
  3. 石墨石棉绳:石棉绳上涂有石墨粉,可用温度450℃以上,压力可以达到16Mpa,一般适用于高压蒸汽上。近后来又逐步采用了压成人字型填料,单圈放置,密封性好。
  4. 聚四氟乙烯:这是一种目前使用较广的一种填料。特别适用腐蚀性介质上,但温度不得起过200℃。一般采用压制或棒料车制而成,形状如图5-1所示。


表6 填料


注:形状代号F表示方的,穿心或一至多层编结;Y表示圆的,中间是一扭制芯子,外边是一至多层编结;N表示扭制的。

表7 填料

阀门各组成件的材质及标准

2.5.3 垫片材料

垫片是用来充填两个结合面(如阀体和阀盖之间的密封面)间所有凹凸不平处,以防止介质从结合面间泄漏。

1、对垫片的要求

垫片材料在工作温度下具有一定的弹性和塑性以及足够的强度,以保证密封。同时要具有良好的耐腐蚀性。

2、垫片材料的种类和选择

垫片可分为软质和硬质两种,软质一般为非金属材料,如硬纸板、橡胶、石棉橡胶板,聚四氟乙烯等。硬质一般为金属材料或者金属包石棉、金属与石棉缠绕的等。

垫片的形状有很多,有扁平的、圆形的、椭圆形的、齿形的、透镜式的以及其他特殊形状的。

图5-2为金属包有石棉衬垫和金属石棉缠绕式垫片

图5-3为橡胶制O形圈。

图5-4为梯形槽式金属垫片。

图5-5为密封面凹凸式金属齿形垫片。

图5-6为密封面透镜式金属垫片。

阀门各组成件的材质及标准

金属垫片的材料一般用08、10、20优质碳素钢和1Cr13、1Cr18Ni9不锈钢,加工精度和表面光洁度要求较高,适用于高温高压阀门。

非金属垫片材料一般塑性较好,用不大的压力就能达到密封,适用于低温低压阀门。

垫片材料可按表8选择。

表8 垫片

阀门各组成件的材质及标准

表9 阀门内件常用材质

内件材质 适用温度/℃ 内件材质 适用温度/℃
304 -268~316 440型不锈钢60RC -29~427
316 -268~316 17-4PH -40~427
青铜 -273~232 6号合金钢(Co-Cr) -273~816
因科镍尔合金 -240~649 化学镀镍 -268~427
K蒙乃尔合金 -240~482 镀铬 -273~316
蒙乃尔合金 -240~482 丁腈橡胶 -40~93
哈斯特洛依合金B -198~371 氟橡胶 -23~204
哈斯特洛依合金C -198~538 聚四氟乙烯 200
钛合金 -29~316 尼龙 -73~93
镍基合金 -198~316 聚乙烯 -73~93
20号合金 -46~316 氯丁橡胶 -40~82
416型不锈钢40RC -29~427    

表10 阀门密封面常用材料及适用温度

密封面材料 适用温度/℃ 硬度 适用介质
青铜 -273~232   水、海水、空气、氧气、饱和蒸汽等
316L -268~316 14HRC 蒸汽、水、油品、气体、液化气体、等轻微腐蚀且无冲蚀的介质
17-4PH -40~400 40~45HRC 具有轻微腐蚀但有冲蚀的介质
Cr13 -101~400 37~42HRC 具有轻微腐蚀但有冲蚀的介质
司太立合金 -268~650 40~45HRC(常温) 38HRC(650℃) 具有冲蚀和腐蚀性的介质
蒙乃尔合金KS -240~482 27~35HRC 30~38HRC 碱、盐、食品,不含空气的酸溶液等
哈氏合金CB 371
538
14HRC
23HRC
腐蚀性矿酸、硫酸、磷酸、湿盐酸气、无氯酸溶液、强氧化性介质
20号合金 -45.6~316 -253~427 氧化性介质和各浓度的硫酸

表11 铸铁阀门阀杆、密封面、垫片、填料、紧固件材料表

名称 标准 材料牌号 备注
阀杆 ASTM A 182 F6a  
ASTM A 276 410 、420
GB/T 1220 1Cr13、2Cr13
密封面 GB/T 1176 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 铸铝黄铜
ZCuZn38Mn2Pb2 铸锰黄铜
ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3 铸铝青铜
GB/T 1220 1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti  
  聚四氟乙烯(PTFE)  
  橡胶
垫片 GB/T 3985 XB350、XB450 橡胶石棉板
  1Cr13 / XB450 缠绕式垫片
GB/T 3985 1Cr18Ni9 / XB450
填料   聚四氟乙烯(PTFE)  
JB/T 6617 柔性石墨环
螺固件 GB/T 699 螺栓35 / 螺母25
GB/T 3077 GB/T 699 螺栓30CrMo、35CrMo / 螺母35、45

3 通用阀门材料

表12 通用阀门材料 API 600规定的内件材料组合

阀杆材料类型 硬度 HB 密封面
密封件号 材料类型 硬度
13Cr 200~275 1 13Cr ≥HB250
4 13Cr ≥HB750
5或5A HF ≥HB350
6 13Cr/NiCu ≥HB750/≥HB175
7 13Cr/13Cr ≥HB250/≥HB750
8~8A 13Cr/HF ≥HB250/≥HB350
18Cr-8Ni 不规定 2 18Cr-8Ni 不规定
25Cr-20Ni 3 25Cr-20Ni
镍铜合金 9 镍铜合金
11或11A 镍铜合金/HF 不规定/≥HB350
18Cr-8Ni-Mo 10 18Cr-8Ni-Mo 不规定
12或12A 18Cr-8Ni-Mo/HF 不规定/≥HB350
19Cr-29Ni 13 19Cr-29Ni 不规定
14或14A 19Cr-29Ni/HF 不规定/≥HB350

表13 常用的内件材料组合

阀杆材料 密封面材料 阀杆材料 密封面材料
13Cr 13Cr/13Cr 321 321/321
13Cr 13Cr/STL 321 321/STL
13Cr STL/STL 321 STL/STL
13Cr 13Cr/Monel 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti/1Cr18Ni9Ti
17-4PH STL/STL 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti/STL
17-4PH 17-4PH/17-4PH 1Cr18Ni9Ti STL/STL
Monel Monel/Monel 1Cr18Ni12Mo2Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti/1Cr18Ni12Mo2Ti
304 304/304 1Cr18Ni12Mo2Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti/STL
304 304/STL 1Cr18Ni12Mo2Ti STL/STL
304 STL/STL 20号合金 20号合金/20号合金
316 316/316 Hastelloy B Hastelloy B /Hastelloy B
316 316/STL Hastelloy C Hastelloy C /Hastelloy C
316 STL/STL F51 F51/F51
304L 304L/304L F51 F51/STL
304L 304L/STL 38CrMoALA STL/STL
304L STL/STL 25Cr2MoIV A STL/STL
316L 316L/316L 4Cr10Si2Mo STL/STL
316L 316L/STL 4Cr14Ni14W2Mo STL/STL
316L STL/STL Inconel Inconel/Inconel

表14 常用紧固件材料

螺柱 螺母 温度 max℃ 螺柱 螺母 温度 max℃
35 25 425 0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 600
35CrMo 35、45 425 0Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 600
35CrMo 30CrMo 500 25Cr2Mo1VA 25Cr2MoVA 600
25Cr2MoVA 30CrMo 550 25Cr2MoVA 35CrMo 600

表15 美标阀门用螺栓、螺母材料配对

螺栓 螺母 适用范围
标准 牌号 标准 牌号
ASTM A 193 B7 ASTM A 194 2H -29~425℃
B7M 2HM -29~425℃执行NACE标准的抗硫阀
B16 7 -29~593℃
B8 8 -196~700℃
B8M 8M
ASTM A 320 L7 4 -46~101℃低温阀

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阀门各组成件的材质及标准

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