Для изготовления деталей клапанов используется множество материалов, включая различные сорта чёрных и цветных металлов и их сплавов, а также различные неметаллические материалы.
Материал для изготовления деталей клапанов должен выбираться с учётом следующих факторов:
1. Давление, температура и характеристики рабочей среды.
2. Силовая ситуация компонента и его роль в конструкции клапана.
3. Обладает хорошей обрабатываемостью.
4. При указанных выше условиях расходы должны быть ниже.
Материалы для корпуса клапана, крышки клапана и пластинки (диска) клапана
Корпус клапана, крышка клапана и затвор (диск клапана) являются одними из основных компонентов клапана, непосредственно воспринимающими давление среды. Используемые материалы должны соответствовать нормативным требованиям «номинальных значений давления и температуры клапана». Среди наиболее часто используемых материалов можно выделить:
1. Серый чугун: Серый чугун подходит для сред, таких как вода, пар, воздух, газ и нефть, с номинальным давлением PN ≤ 1,0 МПа и температурой от -10 ℃ до 200 ℃. Распространённые марки серого чугуна — HT200, HT250, HT300, HT350.
2. Кованый чугун: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух и масло, с номинальным давлением PN ≤ 2,5 МПа и температурой от -30 до 300 ℃. Распространённые марки включают KTH300-06, KTH330-08 и KTH350-10.
3. Дуктильный чугун: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух и масло, с давлением PN ≤ 4,0 МПа и температурой от -30 до 350 ℃. Распространённые марки включают: QT400-15, QT450-10, QT500-7.
Учитывая современный уровень отечественных технологий, заводы сильно различаются между собой, и пользователям часто бывает трудно провести проверку. На основе опыта рекомендуется использовать стальные клапаны для обеспечения безопасности при PN ≤ 2,5 МПа.
4. Кислотостойкий высококремнистый чугун с пластинчатым графитом: подходит для агрессивных сред с номинальным давлением PN ≤ 0,25 МПа и температурой ниже 120 ℃.
5. Углеродистая сталь: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух, водород, аммиак, азот и нефтепродукты, с номинальным давлением PN ≤ 32,0 МПа и температурой от -30 до 425 ℃. К распространённым маркам относятся WC1, WCB, ZG25, высококачественная сталь 20, 25, 30, а также низколегированная конструкционная сталь 16Mn.
6. Медный сплав: подходит для сред, таких как вода, морская вода, кислород, воздух, нефть и др., с давлением PN ≤ 2,5 МПа, а также для паровых сред с температурой от -40 до 250 ℃. Распространённые марки: ZGnSn10Zn2 (оловянная бронза), H62, Hpb59-1 (латунь), QAZ19-2, QA19-4 (алюминиевая бронза).
7. Медный сплав для высоких температур: подходит для паровых и нефтепродуктов с номинальным давлением PN ≤ 17,0 МПа и температурой ≤ 570 ℃. Распространённые марки — ZGCr5Mo и 1Cr5Mo, ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV, WC6, WC9 и другие. Конкретный выбор должен соответствовать указанным в технических характеристиках клапана параметрам давления и температуры.
8. Сталь для низких температур, подходящая для сред, таких как этилен, пропилен, сжиженный природный газ, жидкий азот и т.п., с номинальным давлением PN ≤ 6,4 МПа и температурой ≥ -196 ℃; распространённые марки включают ZG1Cr18Ni9, 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni9.
9. Нержавеющая кислотостойкая сталь, подходящая для сред, таких как азотная и уксусная кислоты, с номинальным давлением PN ≤ 6,4 МПа и температурой ≤ 200 ℃. К наиболее часто используемым маркам относятся ZG0Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni10 (устойчивость к азотной кислоте), ZG0Cr18Ni12Mo2Ti, ZG1Cr18Ni12Mo2Ti (устойчивость к кислотам и мочевине).
Материал уплотнительной поверхности
Уплотнительная поверхность является наиболее критической рабочей поверхностью клапана, и качество уплотнительной поверхности влияет на срок службы клапана. Как правило, при выборе материала для уплотнительной поверхности следует учитывать такие факторы, как коррозионная стойкость, износостойкость, стойкость к эрозии и окислению.
Обычно делится на две категории:
(1) Мягкие материалы
1. Резина (включая нитрильную резину, фторорезину и др.)
2. Пластик (ПТФЭ, нейлон и др.)
(2) Твёрдый уплотнительный материал
1. Медный сплав (используется для клапанов низкого давления)
2. Хромистая нержавеющая сталь (используется для обычных клапанов высокого и среднего давления)
3. Сплав Си Тай Ли (используется для клапанов, работающих при высоких температурах и давлениях, а также для клапанов, подверженных сильной коррозии)
4. Сплавы на основе никеля (для агрессивных сред)
Материал штока клапана
В процессе открытия и закрытия клапана шток клапана подвергается растягивающим, сжимающим и крутящим усилиям и находится в непосредственном контакте с рабочей средой. В то же время между штоком клапана и уплотнением происходит относительное трение. Поэтому материал штока клапана должен обеспечивать достаточную прочность и ударную вязкость при заданной температуре, обладать определённой коррозионной стойкостью и износостойкостью, а также иметь хорошую технологичность.
Существует несколько широко используемых материалов для штоков клапанов.
1. Углеродистая сталь
При использовании для сред с водой и паром низкого давления и средней температурой, не превышающей 300 ℃, обычно выбирается обычная углеродистая сталь A5.
При использовании для сред с водой и паром со средним давлением и средней температурой, не превышающей 450 ℃, обычно выбирается высококачественная углеродистая сталь 35.
2. Сплавная сталь
При использовании для сред и высоких давлений, таких как вода, пар и нефть, с температурой среды не выше 450 ℃, обычно выбирают сталь 40Х (хромистая сталь).
При использовании для сред с высоким давлением, таких как вода и пар, при средней температуре не выше 540 ℃, можно выбрать азотировочную сталь 38CrMoALA.
При использовании для паровых сред с высоким давлением и средней температурой, не превышающей 570 ℃, обычно выбирают хромомолибденовую ванадиевую сталь 25Cr2MoVA.
3. Нержавеющая кислотостойкая сталь
Для некоррозионных и слабокоррозионных сред со средним и высоким давлением и средней температурой, не превышающей 450 ℃, можно выбирать хромистую нержавеющую сталь 1Cr13 и 2Cr13.
При использовании в агрессивных средах можно выбирать нержавеющие кислотостойкие стали, такие как Cr17Ni2, 1Cr18Ni9Ti, Cr18Ni12Mo2Ti, Cr18Ni12Mo3Ti, а также стали с осадочным упрочнением PH15-7Mo.
4. Жаропрочная сталь
При использовании для высокотемпературных клапанов с температурой среды, не превышающей 600 ℃, можно выбрать мартенситную жаропрочную сталь 4Cr10Si2Mo и аустенитную жаропрочную сталь 4Cr14Ni14W2Mo.
Материал гайки штока клапана
Гайка штока клапана непосредственно воспринимает осевое усилие штока клапана в процессе его открытия и закрытия, поэтому она должна обладать определённой прочностью. В то же время она резьбовая и соединяется с штоком клапана, что требует низкого коэффициента трения, отсутствия ржавчины и предотвращения заедания.
1. Медный сплав
Медный сплав обладает низким коэффициентом трения и не ржавеет, что делает его одним из наиболее широко используемых материалов в настоящее время. Для клапанов низкого давления с Pg<1,6 МПа можно использовать литую латунь марки ZHMn58-2-2. Для клапанов среднего давления с Pg 16–6,4 МПа можно использовать бронзу Wuxi марки ZQAL9-4. Для клапанов высокого давления можно использовать литую латунь марки ZHAL66-6-3-2.
2. Сталь
Когда условия работы не позволяют использовать медные сплавы, можно выбрать высококачественные углеродистые стали, такие как 35 и 40, а также нержавеющие кислотостойкие стали, такие как 2Cr13, 1Cr18Ni9 и Cr17Ni2.
Условия труда не допускают следующих ситуаций.
1. Для изготовления деталей клапанов с муфтами в форме дыни для электрических клапанов используется множество материалов, включая различные марки чёрных и цветных металлов и их сплавов, а также различные неметаллические материалы.
Материал для изготовления деталей клапанов должен выбираться с учётом следующих факторов:
1. Давление, температура и характеристики рабочей среды.
2. Силовая ситуация компонента и его роль в конструкции клапана.
3. Обладает хорошей обрабатываемостью.
4. При указанных выше условиях расходы должны быть ниже.
Материалы для корпуса клапана, крышки клапана и пластинки (диска) клапана
Корпус клапана, крышка клапана и затвор (диск клапана) являются одними из основных компонентов клапана, непосредственно воспринимающими давление среды. Используемые материалы должны соответствовать нормативным требованиям «номинальных значений давления и температуры клапана». Среди наиболее часто используемых материалов можно выделить:
1. Серый чугун: Серый чугун подходит для сред, таких как вода, пар, воздух, газ и нефть, с номинальным давлением PN ≤ 1,0 МПа и температурой от -10 ℃ до 200 ℃. Распространённые марки серого чугуна — HT200, HT250, HT300, HT350.
2. Кованый чугун: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух и масло, с номинальным давлением PN ≤ 2,5 МПа и температурой от -30 до 300 ℃. Распространённые марки включают KTH300-06, KTH330-08 и KTH350-10.
3. Дуктильный чугун: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух и масло, с давлением PN ≤ 4,0 МПа и температурой от -30 до 350 ℃. Распространённые марки включают: QT400-15, QT450-10, QT500-7.
Учитывая современный уровень отечественных технологий, заводы сильно различаются между собой, и пользователям часто бывает трудно провести проверку. На основе опыта рекомендуется использовать стальные клапаны для обеспечения безопасности при PN ≤ 2,5 МПа.
4. Кислотостойкий высококремнистый чугун с пластинчатым графитом: подходит для агрессивных сред с номинальным давлением PN ≤ 0,25 МПа и температурой ниже 120 ℃.
5. Углеродистая сталь: подходит для сред, таких как вода, пар, воздух, водород, аммиак, азот и нефтепродукты, с номинальным давлением PN ≤ 32,0 МПа и температурой от -30 до 425 ℃. К распространённым маркам относятся WC1, WCB, ZG25, высококачественная сталь 20, 25, 30, а также низколегированная конструкционная сталь 16Mn.
6. Медный сплав: подходит для сред, таких как вода, морская вода, кислород, воздух, нефть и др., с давлением PN ≤ 2,5 МПа, а также для паровых сред с температурой от -40 до 250 ℃. Распространённые марки: ZGnSn10Zn2 (оловянная бронза), H62, Hpb59-1 (латунь), QAZ19-2, QA19-4 (алюминиевая бронза).
7. Медный сплав для высоких температур: подходит для паровых и нефтепродуктов с номинальным давлением PN ≤ 17,0 МПа и температурой ≤ 570 ℃. Распространённые марки — ZGCr5Mo и 1Cr5Mo, ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV, WC6, WC9 и другие. Конкретный выбор должен соответствовать указанным в технических характеристиках клапана параметрам давления и температуры.
8. Сталь для низких температур, подходящая для сред, таких как этилен, пропилен, сжиженный природный газ, жидкий азот и т.п., с номинальным давлением PN ≤ 6,4 МПа и температурой ≥ -196 ℃; распространённые марки включают ZG1Cr18Ni9, 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni9.
9. Нержавеющая кислотостойкая сталь, подходящая для сред, таких как азотная и уксусная кислоты, с номинальным давлением PN ≤ 6,4 МПа и температурой ≤ 200 ℃. К наиболее часто используемым маркам относятся ZG0Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni10 (устойчивость к азотной кислоте), ZG0Cr18Ni12Mo2Ti, ZG1Cr18Ni12Mo2Ti (устойчивость к кислотам и мочевине).
Материал уплотнительной поверхности
Уплотнительная поверхность является наиболее критической рабочей поверхностью клапана, и качество уплотнительной поверхности влияет на срок службы клапана. Как правило, при выборе материала для уплотнительной поверхности следует учитывать такие факторы, как коррозионная стойкость, износостойкость, стойкость к эрозии и окислению.
Обычно делится на две категории:
(1) Мягкие материалы
1. Резина (включая нитрильную резину, фторорезину и др.)
2. Пластик (ПТФЭ, нейлон и др.)
(2) Твёрдый уплотнительный материал
1. Медный сплав (используется для клапанов низкого давления)
2. Хромистая нержавеющая сталь (используется для обычных клапанов высокого и среднего давления)
3. Сплав Си Тай Ли (используется для клапанов, работающих при высоких температурах и давлениях, а также для клапанов, подверженных сильной коррозии)
4. Сплавы на основе никеля (для агрессивных сред)
Материал штока клапана
В процессе открытия и закрытия клапана шток клапана подвергается растягивающим, сжимающим и крутящим усилиям и находится в непосредственном контакте с рабочей средой. В то же время между штоком клапана и уплотнением происходит относительное трение. Поэтому материал штока клапана должен обеспечивать достаточную прочность и ударную вязкость при заданной температуре, обладать определённой коррозионной стойкостью и износостойкостью, а также иметь хорошую технологичность.
Существует несколько широко используемых материалов для штоков клапанов.
1. Углеродистая сталь
При использовании для сред с водой и паром низкого давления и средней температурой, не превышающей 300 ℃, обычно выбирается обычная углеродистая сталь A5.
При использовании для сред с водой и паром со средним давлением и средней температурой, не превышающей 450 ℃, обычно выбирается высококачественная углеродистая сталь 35.
2. Сплавная сталь
При использовании для сред и высоких давлений, таких как вода, пар и нефть, с температурой среды не выше 450 ℃, обычно выбирают сталь 40Х (хромистая сталь).
При использовании для сред с высоким давлением, таких как вода и пар, при средней температуре не выше 540 ℃, можно выбрать азотировочную сталь 38CrMoALA.
При использовании для паровых сред с высоким давлением и средней температурой, не превышающей 570 ℃, обычно выбирают хромомолибденовую ванадиевую сталь 25Cr2MoVA.
3. Нержавеющая кислотостойкая сталь
Для некоррозионных и слабокоррозионных сред со средним и высоким давлением и средней температурой, не превышающей 450 ℃, можно выбирать хромистую нержавеющую сталь 1Cr13 и 2Cr13.
При использовании в агрессивных средах можно выбирать нержавеющие кислотостойкие стали, такие как Cr17Ni2, 1Cr18Ni9Ti, Cr18Ni12Mo2Ti, Cr18Ni12Mo3Ti, а также стали с осадочным упрочнением PH15-7Mo.
4. Жаропрочная сталь
При использовании для высокотемпературных клапанов с температурой среды, не превышающей 600 ℃, можно выбрать мартенситную жаропрочную сталь 4Cr10Si2Mo и аустенитную жаропрочную сталь 4Cr14Ni14W2Mo.
Материал гайки штока клапана
Гайка штока клапана непосредственно воспринимает осевое усилие штока клапана в процессе его открытия и закрытия, поэтому она должна обладать определённой прочностью. В то же время она резьбовая и соединяется с штоком клапана, что требует низкого коэффициента трения, отсутствия ржавчины и предотвращения заедания.
1. Медный сплав
Медный сплав обладает низким коэффициентом трения и не ржавеет, что делает его одним из наиболее широко используемых материалов в настоящее время. Для клапанов низкого давления с Pg<1,6 МПа можно использовать литую латунь марки ZHMn58-2-2. Для клапанов среднего давления с Pg 16–6,4 МПа можно использовать бронзу Wuxi марки ZQAL9-4. Для клапанов высокого давления можно использовать литую латунь марки ZHAL66-6-3-2.
2. Сталь
Когда условия работы не позволяют использовать медные сплавы, можно выбрать высококачественные углеродистые стали, такие как 35 и 40, а также нержавеющие кислотостойкие стали, такие как 2Cr13, 1Cr18Ni9 и Cr17Ni2.
Условия труда не допускают следующих ситуаций.
1. Гайка штока клапана с муфтой в форме дыни, используемая на электрических клапанах, требует термообработки для достижения высокой твердости или поверхностной твердости.
2. Когда рабочая среда или окружающая среда не подходят для использования медного сплава, например, аммиачная среда, которая разъедает медь.
При выборе стальных гаек для штоков клапанов следует особое внимание уделить явлению заедания резьбы.
Гайки для штоков клапанов требуют термообработки для достижения высокой твёрдости или поверхностной твёрдости.
2. Когда рабочая среда или окружающая среда не подходят для использования медного сплава, например, аммиачная среда, которая разъедает медь.
При выборе стальных гаек для штоков клапанов следует особое внимание уделить явлению заедания резьбы.