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压力等级Class和公称压力对照表

磅级Class

150

300

400

600

900

1500

2500

公称压力

MPa

0.6MPa

1.0MPa

1.6MPa

2.0MPa

2.5MPa

4.0MPa

5.0MPa

6.4MPa

10.0MPa

15.0MPa

25.0MPa

42.0MPa

公称压力

PN

PN6

PN10

PN16

PN20

PN25

PN40

PN50

PN64

PN100

PN150

PN250

PN420

阀门公称压力系列MPa（bar）

0.05（0.5）

0.1（1.0）

0.25（2.5）

0.4（4.0）

0.6（6.0）

0.8（8.0）

1.0（10.0）

1.6（16.0）

2.0（20.0）

2.5（25.0）

4.0（40.0）

5.0（50.0）

6.3（63.3）

10.0（100.0）

15.0（150.0）

16.0（160.0）

20.0（200.0）

25.0（250.0）

28.0（280.0）

32.0（320.0）

42.0（420.0）

50.0（500.0）

63.0（630.0）

80.0（800.0）

100.0（1000.0）

125.0（1250.0）

160.0（1600.0）

200.0（2000.0）

250.0（2500.0）

335.0（3350.0）

公制与英制换算表（适用于阀门）MetricEquivalentCharts

公称

通径

Size

英寸In.

1/8

1/4

3/8

1/2

3/4

1

11/4

11/2

2

21/2

3

31/2

4

毫米DN

4

6

10

15

20

25

32

40

50

65

80

90

100

英寸In.

5

6

8

10

12

14

16

18

20

24

26

28

30

毫米DN

125

150

200

250

300

350

400

450

500

600

650

700

750

英寸In.

32

34

36

42

48

54

60

64

72

80

84

88

96

毫米DN

800

850

900

1050

1200

1350

1500

第一章钢制阀门主体和内件材料

   阀门的主体是指承受介质压力的阀体、阀盖（或端盖）、闸板（或阀瓣）。

其中，阀体和阀盖（端盖）是承受介质的承压件，闸板（阀瓣）是控制介质流动的控压件。

   内件是指接触介质的阀杆和闸板（阀瓣）、阀座两者的密封面。

   承压件的定义是：

一旦它们失效，其所包容的介质会释放到大气中的零件。

因此，所用的材料必须能在规定的介质温度、压力作用下达到相应的力学性能、耐腐蚀性和良好的冷、热加工工艺性。

   大多数阀门的阀体、阀盖（端盖）、闸板（阀瓣）形状比较复杂，因此采用铸件较多，只有某些小口径阀门根据阀类的不同或特殊工况的要求采用锻件。

第一节钢制阀门的主体材料

1、碳素钢

   碳素钢适用于非腐蚀性介质，在某些特定的条件下，例如某些有腐蚀性的介质在一定范围内的温度浓度条件下也可采用碳素钢。

碳素钢的适用温度范围：

-29~425℃。

中石化标准SH3064《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范围为-20~425℃，其下限定为-20℃的依据是GB150《钢制压力容器》。

但当以WCB、WCC这两种钢作阀体、阀盖、闸板（阀瓣）、支架时，这两种钢的适用温度下限为-29℃。

常用的碳素钢铸件和锻件材料见表1-1。

                          常用的碳素钢铸件、锻件材料                       表1-1

材料状态

国别

标准号

材料牌号

铸件

中国

GB/T12229

WCA

WCB

WCC

ZG205-415

ZG250-485

ZG275-485

美国

ASTMA216

WCA

WCB

WCC

UNSJ02502

UNSJ03002

UNSJ02503

锻件

中国

GB/T699

25  25Mn  35  40

美国

ASTMA105

注：

（1）表1中WCA、WCB、WCC是按美国标准表示的牌号，ZG205-415、ZG250-485、ZG275-485是按GB/T5631铸钢牌号表示方法分别对应WCA、WCB、WCC的牌号。

UNSJ02502、UNSJ03002、UNSJ02503是以美国金属与合金统一系统编号方法，分别对应WCA、WCB、WCC的牌号。

（2）表1中最常用的是WCB钢，其标准含碳量≤0.30%，但为了获得优良的焊接性能和力学性能，其含碳量应控制在0.25%左右。

（3）残留元素Cr、Ni、Mo、V、Cu也是必须控制并达标，其残留元素总量应≤1%，但有碳当量（CE）要求时此条不适用。

（4）当阀门的连接端为焊连接时必须控制碳总量。

ASTMA216补充要求中规定了使用于不同场合的碳素钢铸件碳当量的要求。

但不同的产品标准根据其工况条件，对碳当量的要求也不同，如API6D则要求炉前分析CE≤0.43，成品分析CE≤0.45。

同样为了保证焊接性能API6D对焊接端的碳素钢铸件含碳量也作了规定，炉前分析CE≤0.23%，成品分析CE≤0.25%。

（5）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钢，但ASTMA105对杂质元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的关系和材料的热处理都有控制要求。

（6）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分合格，正火的热处理工艺正确，其力学性能就一定的，不像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同设计决定采用的材料应达到的力学性能。

根据所要求的力学性能确定回火温度以达到材料的性能符合设计要求。

2、不锈钢

2.1奥氏体不锈钢

阀门中常用的不锈钢是奥氏体不锈钢，适用温度范围很广，低温可用于-296℃（液氦），高温可达到816℃，常用的温度范围为-196℃（液氮）至700℃。

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，奥氏体不锈钢广泛用于制作耐腐蚀阀门、高温阀门和低温阀门。

   奥氏体不锈钢的耐腐蚀性是相对的，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。

2.1.1金属的腐蚀形态

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。

（1）全面成膜腐蚀：

腐蚀在金属的全部或大部分面积上进行，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，在钢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。

（2）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腐蚀。

   （3）局部腐蚀：

局部腐蚀的形态有十三种，如缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀与应力腐蚀等等。

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：

年腐蚀率不超过0.05mm的材料为充分耐腐蚀性材料；

   年腐蚀率在0.05~0.1mm的材料为耐腐蚀性材料；

   年腐蚀率在0.1~0.5mm的材料为尚耐腐蚀性材料；

   年腐蚀率超过0.5mm的材料为不耐腐蚀性材料。

   《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，见表1-2。

                            耐蚀性能的评价                       表1-2

腐蚀率，mm/a

评  价

<0.05

优良

0.05~0.5

良好

0.5~1.5

可用，但腐蚀较重

>1.5

不适用，腐蚀严重

据《金属防腐蚀手册》（中国腐蚀与防护学会）对金属材料耐腐蚀性规定见表1-3。

                         金属材料耐腐蚀性的10级标准               表1-3

耐蚀等级

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

腐蚀率，mm/a

<0.001

0.001

~

0.005

0.005

~

0.01

0.01

~

0.05

0.05

~

0.1

0.1

~

0.5

0.5

~

1.0

1.0~5.0

5.0

~

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

（4）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，外面看不出腐蚀迹象。

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，使晶界周围贫格，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。

2.1.2控制晶间腐蚀的方法

   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。

2.1.3晶间腐蚀检验

晶间腐蚀检验的前提是试样的化学成分合格并经固溶处理。

晶间腐蚀检验用的试片是80×18×3（长×宽×厚），上下两平面磨至Ra0.8的薄片，并分为敏化状态试片和交货产品状态试片两种。

敏化试片：

将试片在650℃下加热，保温2小时（压力加工件）或1小时（铸件）空冷。

之所以在650℃加热是因为奥氏体不锈钢在500~700℃碳化铬最易沿晶界析出造成晶界贫铬从而在产生晶间腐蚀的介质中发生晶间腐蚀。

交货产品试片：

即试片经固溶处理，实际上是和铸件一同处理的试样上取下来的试片。

判别：

试片在酸中浸泡后弯曲90°（铸件）或180°（锻件）若有裂纹则不合格。

不合格时铸件要重新处理，然后再作试验，但固溶处理的次数不得超过两次。

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是很严重的，因此一定要按合同要求或按执行的标准来生产不锈钢阀门。

常用奥氏体不锈钢铸件、锻件材料见表1-4。

2.1.4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等元素可强化基体Nb、Ti则形成碳化物，从而可改善高温强度。

具体何种牌号的不锈钢其最高使用的温度值，要查材料的温压表。

2.2马氏体不锈钢

马氏体不锈钢是一种铬不锈钢，其金相组织为马氏体，可通过热处理进行强化，具有良好的力学性能和高温抗氧化性。

该钢种在大气、水和弱腐蚀介质如加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸，在温度不高的情况下均有良好的耐腐蚀性。

但该钢种不耐强酸如硫酸、盐酸、浓硝酸等的腐蚀，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蚀性介质。

由于铬不锈钢可通过热处理强化，因此为了避免强度过高产生脆性，应采用正确的热处理工艺。

如ASTMA217CA15规定其最低回火温度为595℃。

常用马氏体不锈钢铸件、锻件材料见表1-5。

2.3奥氏体——铁素体双相不锈钢

双相不锈钢耐应力腐蚀破坏性好，适用于含氯离子环境的腐蚀，并具有较高的强度，常用于化肥、炼油、海上采油、海水淡化等工况条件。

目前制造阀门主体（承压件）的双相不锈钢材料大多采用美国材料，常用的奥氏体—铁素体双相不锈钢铸件、锻件材料见表1-6。

3、铬—钼钢和铬—钼—钒钢

铬—钼钢和铬—钼—钒钢主要用在高温、高压的场合，要求钢在高温下具有较好的抗蠕变强度和抗高温氧化性，适用温度-29~650℃，主要用于火力发电的高温、高压蒸汽，炼油企业的石油裂解、催化裂化、加氢等含有硫化物、氢腐蚀的石油介质。

例如催化系统采用5Cr—0.5Mo钢，加氢系统温度较低的采用1Cr—0.5Mo钢，温度较高的加氢裂化、加氢脱硫煤液化等装置中采用2.25Cr—1Mo钢。

在Cr—Mo钢中需要说明的是ZG1Cr5Mo，过去称铸钢铬5钼（ZGCr5Mo）用该钢制作的阀门习惯上都称铬5钼阀，可是铸钢铬5钼这个牌号在1999年以前即无国家标准也无专业标准，长期以来各制造厂均参照前苏联标准来制订自己的工厂标准其牌号为ZGCr5Mo，其含碳量为0.15~0.25%，因此实际牌号应定为ZG2Cr5Mo。

中石化在制订SH3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》标准时参照JISG5151中的SCPH61、BS3100中的B5、ASTMA217中的C5及我国GB/T1221中的1Cr5Mo的化学成分将这种材料定为ZG1Cr5Mo，但同样只有牌号并无相关标准规定它的化学成分、力学性能、热处理规范等。

70年代末引进装置中这类阀门的材料为ASTMA217C5，从化学成分上看相当铸钢1铬5钼，故建议用ASTMA217C5来制造这类阀门，一直到1999年在制订JB/T9625《锅炉管道附件承压铸钢件技术条件》时才将ZG1Cr5Mo纳入该标准中。

ZG1Cr5Mo称5Cr—0.5Mo钢，这种钢具有良好的抗石油裂化过程介质腐蚀的性能，对含有硫化物的热石油介质耐蚀性良好，具有抗氢腐蚀的能力，并有良好的热强性。

ZG1Cr5Mo制造工艺性较差，易产生铸造裂纹，焊接时热影响区会出现马氏体组织而产生明显的脆化，所以要制订正确的焊接工艺，焊前需进行预热，焊后需进行热处理，一般预热温度300~400℃，焊后热处理温度740~760℃。

常用的铬—钼、铬—钼—钒钢铸件、锻件材料见表1-7。

表1-4                                             常用奥氏体不锈钢铸件、锻件材料    

材料状态

国别

标准

材料牌号

适用温度℃

备注

铸件

中国

GB/T12230

GB/T12230-89牌号

GB/T12230-2005牌号

适用温度范围参照HG2063管法兰技术条件

ZG00Cr18Ni10

ZG03Cr18Ni10

-196~425

ZG0Cr18Ni9

ZG08Cr18Ni9

-196~700

ZG0Cr18Ni9Ti

ZG08Cr18Ni9Ti

ZG1Cr18Ni9Ti

ZG12Cr18Ni9Ti

ZG0Cr18Ni12Mo2Ti

ZG08Cr18Ni12Mo2Ti

ZG1Cr18Ni12Mo2Ti

ZG12Cr18Ni12Mo2Ti

CF3

CF3

-196~425

CF3M

CF3M

CF8

CF8

-196~700

CF8M

CF8M

CF8C

CF8C

美国

ASTMA351

ASTM牌号

UNS编号

适用温度℃

适用温度范围参照ASMEB16.34

CF3

J92500

≤425

CF3M

J92800

≤455

CF8

J92600

≤816

a.温度超过538℃时，仅当C≥0.04%时才使用

b.CL150法兰端阀门适用温度≤538℃

c.适用温度参照ASMEB16.34

CF8M

J92900

CF8C

J92710

续表1-4                                            常用奥氏体不锈钢铸件、锻件材料    

材料状态

国别

标准

材料牌号

适用温度℃

备注

锻件

中国

JB/T4728

GB/T1220

JB/T4728牌号

GB/T1220牌号

00Cr19Ni10

00Cr19Ni10

-196~425

00Cr17Ni14Mo2

00Cr17Ni14Mo2

-196~700

0Cr18Ni9

0Cr18Ni9

0Cr18Ni10Ti

0Cr18Ni10Ti

0Cr18Ni11Nb

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti

0Cr17Ni12Mo2

0Cr17Ni12Mo2

0Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

美国

ASTMA182

ASTM牌号

UNS编号

适用温度℃

a.F304、F316当温度超过538℃时，仅当C≥0.04%时才使用，且对于CL150法兰端阀门适用温度≤538℃

b.适用温度参照ASMEB16.34

F304

S30400

≤816

F316

S31600

F304L

S30403

≤425

F316L

S31603

≤450

F321

S32100

≤528

F347

S34700

表1-5                                                 常用马氏体不锈钢铸件、锻件材料      

材料状态

国别

标准

材料牌号

适用温度℃

备   注

铸件

中国

GB/T2100

ZG1Cr13

-45~350

按JIS8243许用应力表温度范围确定

ZG2Cr13

美国

ASTMA217

ASTM牌号

UNS编号

-29~649

CA15

J91150

按ASME许用应力表确定

ASTMA743

CA40

J91153

棒材

中国

GB/T1220

1Cr13

2Cr13

锻件

美国

ASTMA182

ASTM牌号

UNS编号

适用温度℃

F6a

S41000

-29~649

按ASME许用应力表确定

棒材

ASTMA276

410

S41000

420

S42000

表1-6                                                 常用奥氏体—铁素体双相不锈钢铸件、锻件材料                 

材料状态

国别

标 准

材料牌号

适用温度℃

备    注

铸件

美国

ASTMA995

CD4MCu

≤315

ASTMA890

4A

锻件

ASTMA182

ASTM牌号

UNS编号

F51

UNSS31803

F53

UNSS32750

F55

UNSS32760

≤400

表1-7                                                   常用铬-钼钢、铬钼钒钢铸件、锻件材料               

材料状态

国别

标准

材料牌号

适用温度℃

备注

铸件

中国

JB/T9625

ZG20CrMo

≤510

ZG20CrMoV

≤540

ZG15Cr1Mo1V

≤570

ZG1Cr5Mo

≤550

JB/T5263

WC6

≤593

（≤1100°F）

铸件回火温度应不低于595℃

WC9

铸件回火温度应不低于675℃

C12A

≤648

（≤1200°F）

铸件回火温度应不低于730℃

美国

ASTMA217

ASTM牌号

UNS编号

适用温度℃

CL150法兰端阀门适用温度≤538℃，其中WC6、WC9、C5、C12仅使用经正火和回火的材料。

日本电力标准E101规定1Cr-0.5Mo（WC6），2.5Cr-01Mo（WC9）最高使用温度为593℃，另WC6、WC9在高于566℃温度区域使用时要考虑发生过氧化作用即生成氧化皮的可能性。

WC6

J12072

-29~648（-20~1200°F）

WC9

J21890

C5

J42045

C12

J82090

C12A

J84090

锻件

中国

JB/T9626

15CrMo

≤550

1Cr5Mo

≤570

12Cr1MoV

15Cr1Mo1V

美国

ASTMA182

ASTM牌号

UNS编号

适用温度℃

CL150法兰端阀门适用温度≤538℃，其中F11仅使用经正火和回火的材料

F11Class1

K11597

-29~593（-20~1100°F）

F22Class1

K21590

F5

K41545

-29~648（-20~1200°F）

F9

K90941

F91

K90901

F92

K92460

4、低温钢

  一般低温指小于-29～-196℃范围内，小于-196～-269℃为超低温范围。

石化企业规定低于-20℃就算低温。

一般碳素钢、低合金钢、铁素体钢在低温下韧性急剧下降，脆性上升，这种现象称材料的冷脆现象。

为了保证材料的使用性能，不仅要求材料在常温时有足够的强度、韧性、加工性能以及良好的焊接性能，而且要求材料在低温下也具有抗脆化的能力。