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蝶阀生产中常用的金属和材料

蝶阀生产中常用的金属和材料

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蝶阀的设计中可以使用许多不同的材料。 典型的蝶阀在其结构内将使用几种不同的材料,以实现功能和成本的最佳组合。 以下简要介绍了可用于设计有效蝶阀的最常用材料,并重点介绍了它们的相对优缺点。

01

碳钢 Carbon Steel

碳钢是铁的合金,其中主要的合金元素是碳。通常,不添加其他合金元素来控制材料的性能。对于蝶形阀的构造,最经常使用砂铸工艺将碳素钢制成阀体和阀瓣。

碳钢有几种不同的等级。用于阀体和阀瓣的最普通等级是ASTM A216 WCB(可焊接的铸造B级)和LCC(低碳含量)铸钢。 WCB材料最适合高温使用,而LCC可以在低温(低于零)温度下使用。

碳素钢的主要优点:

成本-碳钢相对便宜,由碳钢生产的阀门在认为其他因素比成本重要的环境中提供了一种经济高效的解决方案。

碳钢的主要缺点:

耐腐蚀性差。只要管路介质不会从内部腐蚀阀门,可以通过表面保护(例如油漆)来克服这一问题。

02

不锈钢 stainless steel 

不锈钢的定义是最小铬含量为10.5%的铁合金。 铬的作用是在材料表面上形成氧化铬的自愈层。 当表面由于刮擦等机械损坏而破裂时,铬会与空气中的氧气迅速反应,从而防止氧气与铁发生反应并形成氧化铁(生锈)。 越来越多的不锈钢可供使用,其中简单的铁铬镍等级最常被称为“不锈钢”。

不锈钢可进一步分为铁素体,奥氏体,马氏体,双相和可沉淀硬化。 该分类基于通过改变存在的合金元素而在材料中形成的微观结构。 对于阀门结构,最常用的牌号是奥氏体和双相。 这些将在下面简要描述。

03

奥氏体不锈钢 Austenitic stainless steels

除铬外,奥氏体不锈钢还包含镍等元素,这些元素具有将高温面心立方奥氏体组织保持在通常会转变成铁素体体心立方结构的温度下的作用。 与铁素体不锈钢相比,这种面心立方结构使材料具有更高的韧性和延展性。 根据镍的含量,即使在极低的温度下也可以保留坚韧的奥氏体组织,从而使该材料可用于低温应用。 通过向合金中添加钼,可以提高抗点蚀性能。

04

双相不锈钢 Duplex stainless steels

偏心的结构特征为阀杆轴心偏离了闸板中心、从而使闸板上下端不再双相不锈钢包含奥氏体面心立方和铁素体体心铁的平衡结构。 通过仔细地控制合金元素和对该合金进行的热处理来开发这种结构,以获得由50%的奥氏体和50%的铁素体组成的结构。 结果是一种合金将高强度的铁素体与改善的奥氏体韧性相结合。 超级双相不锈钢含有更高含量的铬和钼,以增强其抗点蚀和缝隙腐蚀的能力。成为回转轴心、分散、减轻了闸板上下端与阀座的过度挤压,解决了同心的闸板与阀座的挤压问题。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中闸板与阀座的刮擦现象并未消失、在应用范围上和同心大同小异、故采用不多。

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镍合金 Nickel Alloys

镍合金用于遇到严酷工况的阀门组件中。这些合金在苛刻的腐蚀环境中特别有用,因为腐蚀环境会破坏其保护性氧化层,从而腐蚀不锈钢。

哈氏合金镍基合金最常用于阀门结构中。哈氏合金有几种不同形式,每种形式都通过添加特定的合金元素来量身定制,这些合金元素的比例各不相同,以适应特定的使用条件。

镍合金的主要缺点是它们的重量和成本。镍合金具有高密度,其成本可能是基础不锈钢的许多倍。

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钛合金 Titanium Alloys

钛合金兼具高强度,轻质和出色的耐腐蚀性,在所有金属中具有最高的强度重量比。与不锈钢类似,钛合金通过在其表面上形成保护性氧化层来提高其耐腐蚀性。它们特别耐海水腐蚀,特别是在存在次氯酸盐以防止生物结垢的系统中。

钛合金的主要缺点是成本,大约是基础不锈钢或镍铝青铜的十倍。由于其高反应性,该材料也难以加工。需要特殊的铸造技术以防止在熔化和浇注过程中与氧气发生反应。

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镍铝青铜 Nickel Aluminium Bronze

镍铝青铜是一种铜基合金,包含约10%的铝,5%的镍和5%的铁。镍铝青铜合金具有出色的耐腐蚀性,特别是在海水环境中。它们还强烈抵抗生物膜的形成,这会导致不锈钢腐蚀问题的加剧。

镍铝青铜的成本大约等于不锈钢基本等级的成本。这种材料的一个缺点是它比大多数材料更具阳极性,因此,如果将镍铝青铜阀连接到不锈钢管,则该阀在海水中的腐蚀可能会非常迅速。

上面显示了许多不同的材料可用于阀门构造。最终选择取决于几个因素,包括服务条件,成本和所需的预期寿命。管道的构造材料也会极大地影响选择,在这种情况下还必须考虑电偶腐蚀问题。

Richard Carbin

Materials engineer with Doctor of Philosophy (Ph.D.) in Materials Engineering.

Referance: Process industry forum

翻译 陈慧娟 

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