1、閥門內件和密封面常用的材質閥門內件通常是指閥瓣、閥座和閥桿，但在有些情況它也包括其它零件，如襯套、螺栓和螺母等。（注：閥瓣這一名詞，對于大多數型式的閥門，通用名詞把它叫關閉件。但也有例外，如就旋塞閥來說，關閉件叫旋塞。）閥門的密封面主要是指閥瓣和閥座接觸面。常用的內件材質如表2-21、表2-22表2-21閥門內件常用的材質及使用溫度使用溫度下限使用溫度上限閥門內件材質使用溫賞下限使用溫度上限閥門的內件材質/C （丁）/C (0F)/c （丁）/C (0F)304型不銹鋼-268( - 450)316(600)440型不銹鋼60RC316型不銹鋼29( - 20)427(800)-268( -

2、450)316(600)青 銅17 - 4PH-40( - 40)427(800)-273( - 460)232(450)6號合金（Co - Cr）-273( - 460)816(1500)因科饃爾合金-240( - 400)649(1200)K蒙乃爾合金-240( - 400)482(900)化學鍍銀-268( - 450)427(800)蒙乃爾合金-240( - 400)482(900)鍍 鋁-273( - 460)316(600)哈氏特洛依合金B- 198( - 325)371(600)丁睛橡膠-40( - 40)93(200)氟橡膠-23( - 10)204(400)哈氏特洛依合金C-

3、 198( - 325)538(1000)聚四狐乙烯-268( - 450)232(450)鈦合金-29( - 20)316(600)尼 龍銀基合金-73( - 100)93(200)-198( - 325)316(600)聚乙烯-73( - 100)93(200)20號合金-46( - 50)316(600)氯丁橡膠416型不銹鋼40RC-40( - 40)82(180)-29( - 20)427(800);閥門密封面常用材料及適用介質和允許使用的溫度范圍如表2-22 :表2-22閥門密封面常用材料及適用介質材 料代號常用工況適 用 閥 類PN/Mpat/ CH膠X<0.1<60

4、截止閥、隔膜閥、蝶閥、止回 1等N<32.0<80球閥、截止閥等聚四氟乙烯F<6.3<150截止閥、隔膜閥、蝶閥、止回閥等1氏合金B<2.5-70 150氨用截止閥陶瓷cG<1.6<150球閥、旋塞閥慵瓷C<1.0<80截止閥、隔膜閥、止回閥、放料閥同合金QSn6-6-3HMn58-2-2T<1.6<200閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥等1銹鋼2513、3Cr13TDCr-2TDCrMnH<3.2<450中高壓閥門滲氮鋼38CrMoAlADP5410540電站閘閥、一般情況使用“質 口走WC TiCY按閥體材料確定高溫

5、閥、超高壓finTDCoCr-1TDCoCr-2高壓、超高壓局溫、低溫閥門在本體鐵W<1.6<100氣、油類用閘閥、截止閥等一|上加工"質碳素鋼<4.0<200油類用閥碼工1Cr18Ni9TiCr18Ni12Mo2Ti<32.0<450酸類等腐蝕性介質用1蒙乃爾合金K蒙乃爾合金SM按閥體材料確定石油化工嘰、低溫閥、核閥哈氏合金B哈氏合金C石油化工閥、耐腐蝕閥、電站閥20號合金石油化工閥、耐腐蝕閥、核閥以下給出的是經過短暫的調查，閥門內件使用最頻繁的材料。1. 青銅使用最廣的青銅閥、鑄鐵 閥門和鋼閥門的最高工作溫度在 280 c左右。適用介質包括蒸汽

6、、水、油、空氣和天 然氣輸送管線。閥瓣和 閥門座也可以使用適當牌號的青銅（閥桿用不銹鋼）可以適應那些溫度極低的介質，如 液化氣、液態氧和液態氮。不含鋅的青銅，通常是鋁青銅。在特定的情況下也常被應用。1. 鐵除閥桿用鋼制成，閥門的其余全部零件都用鐵制作（'全鐵）。通常閥瓣和閥體兩者都有整體密封面。全鐵叫山對于濃硫酸和碳氫化合物的混合酸介質來說是一種比較經濟的選擇，并且對于許多其它與工業有關的 化學液體如鹵水、氨水、酒精、洗滌液和氯化物溶液使用情況也很令人滿意。1. 貉13不銹鋼這種材料廣泛地應用于閥桿、閥座密封圈和閥瓣上。它使用在含有一定比例的潤滑劑的介質，具有很高的耐磨、 抗擦傷、抗腐

7、蝕和抗沖蝕等特點。它還有很強的抗氧化能力和抗熱硫化潤滑油的腐蝕能力。這種材料在油品和 蒸氣管線上，工作溫度達到600 c的情況下已成功的使用了許多年。一|1. 銀合金銀合金（這里指銀、銅和錫合金的組合），用它做 閥門座環;用貉13不銹鋼做閥瓣，特別適合于沒有潤滑 劑，腐蝕性相對不大的氣體和液體介質。其它的適用介質包括過熱蒸汽和飽和蒸汽、天然氣、燃油、汽油和低 粘度油。對于蒸汽來說，工作介質限制在450 c以下，對于其它介質限制在260 c以下。用組合銀合金做閥座和閥瓣也適合于蒸汽、水和其它介質使用。1. 奧氏體不銹鋼前面閥體材料里已經介紹過奧氏體不銹鋼，以18-8銘一銀為基礎的鋼材，廣泛地用在

8、閥門內件制造上。無論是在極強的腐蝕還是極高的溫度下，或者即強腐蝕又高溫下的介質都適用。1. 特種不銹鋼這些20'合金、耐熱銀銘鐵合金825'和'Carpenter 20cb3 '經常被用來做閥門內件。這些特種不銹鋼的內件經常用在普通不銹鋼閥門上，而且有時也只在鐵閥和鋼閥上。_1.'蒙乃爾合金用這種合金做閥門內件，大多數用在鐵閥和鋼閥上。其介質多為海水，鹽溶液或蒸汽。1.哈氏合金，B'和C'這些材料用在閥門內件上的不多，而在整個閥門上經常應用。然而，介質為硫酸或稀鹽酸時，有時用哈氏合金'B'作為閥門內件材料，而哈氏合金C&#

9、39;的典型應用是在專用的氨閥和混合酸介質的閥門內件上。1.硬質合金在閥瓣和閥體座上堆焊一層堅硬的硬質合金，這樣就可以使密封面具有很高的耐磨性和抗擦傷能力。這種材料 尤其適用于介質溫度升高和干燥的場合。密封面的材料通常從鉆基和銀基合金中挑選，而且與之相配對的表面通常鍍有相似的材料，但要有硬度差，以 便在工作中減少擦傷。然而，相配的兩面并不總是都采用堆焊的型式，采用什么型式還要取決于所用硬質合金 的性能。鉆基和銀基硬質合金的類似的性能規范可以從一些閥門制造商那里得到。選擇材料時要依靠許多評價因素。一 個重要的因素是所給的材料要能夠容易地附著在特定的零件上。1.塑料和合成橡膠塑料和合成橡膠被使用在

10、許多不同種類閥門的以一種型式或另一種型式布置的密封面和閥座上。應用最廣泛的塑料材料是聚四氟乙烯（PTEF） o在球閥和蝶閥中用它做閥座，在隔膜閥中用它做隔膜表面。在許多種類的閥門中，聚四氟乙烯被用來做閥桿密封填料。作為閥座和密封件的材料，聚四氟乙烯是最好的；它幾乎能適用所有介質，并且耐磨性很好，而且使用溫度可達250 C。經常使用純的聚四氟乙烯，但在許多情況下，為了改善它的壓縮永久變形的性能，可加入一些化學 性質不活潑的填料，如玻璃。聚四氟乙烯的抗化學腐蝕性質使它成為一種很理想的隔膜材料。它的剛性和抗疲勞性質也是有用的特性。在多 數使用隔膜的閥中，一層薄的聚四氟乙烯與合成橡膠基底聯合使用，聚四

11、氟乙烯與合成橡膠可以是分離的，也 可以是粘接的。在閥門內件中應用合成橡膠大多數是作為O'形圈、墊片、閥座和座襯套、隔膜和蝶閥的襯套。'O'形圈大量的用在閥桿密封上，最常用的材料是睛橡膠。碳一氟化合橡膠、乙烯丙基橡膠和硅橡膠，尤其適合在高溫下使用。各種各樣的合成橡膠廣泛地應用在閥座、襯套、隔膜和導套上。基本聚合物的化合可以得到更廣泛的物理和化學性能。以下是最常用的合成橡膠。天然橡膠丁基橡膠乙烯丙基橡膠氯丁橡膠睛橡膠苯乙烯一聚丁橡膠應用塑料和合成橡膠作為閥門內件材料的優點是它具有很好的抗腐蝕性和抗沖蝕性，而且可以達到無漏損密封。而這些材料的缺點是在使用中工作溫度受到所用材料

12、的限制。此外，給定的材料是否適用還要取決于若干因素。閥門在嚴苛工況下設計的注意事項作者：大連誠高科技股份有限公司孫娜董純策摘 要：本文闡述了控制閥在嚴苛工況下設計與制造的部分注意事項，主要針對高溫、高壓差、高流速及氣蝕 狀況下的閥門在設計時，對材料的選擇、結構的設計和制造的工藝需要設計人員考慮的幾個問題點。關鍵字：熱膨脹 塑變 振動氣蝕 閃蒸控制閥是過程控制工業里最常用的終端控制元件，控制閥調節流動的流體，以補償負載擾動并使得被控制的過 程盡可能地靠近需要的設定點，基于其在工業自動化領域里的重要性，使得控制閥的設計及制造尤為重要，特 別是某些嚴苛的工況，如高溫、高壓差、高流速、氣蝕等，筆者將從

13、材料、結構、制造等方面加以論述。一、閥門材料的選擇1、金屬材料材料是至關重要的因素，如材料的性能、蠕變、熱膨脹率、抗氧化性、耐磨性、熱擦傷性及熱處理溫度等， 這些是首先應注意的事項。在高溫（427。C）狀況下，蠕變和斷裂是材料破壞的主要因素之一，特別是碳素鋼，當長期暴露在427。C以上時，鋼中的碳化相可能轉變為石墨，而對于奧氏體不銹鋼只有當含碳量超過0.4%時,才可以用于528。C以上。因此，在高溫下使用時，應分別計算閥體材料的抗拉強度、蠕變、高溫時效等參數。而對于閥內件的設計，還應該附加考慮材料在高溫的硬度、配合部件的熱膨脹系數、導向部件的熱硬度差、彈 性變形、塑性變形等。在設計中，應給予相

14、應的安全系數和可靠系數，以確保避免在多因素下所產生的破壞。 并要熟悉高溫下材料的蠕變率，以選取合適的應力，使材料總的蠕變在正常使用壽命范圍內不擴展至斷裂或允 許其產生微變形而不影響導向零件的正常使用。為避免閥內件（閥芯、閥座）表面的磨損、沖蝕及氣蝕，高溫情況下要考慮材料的熱硬度，防止金屬硬度變 化。在高壓差下，流體的大部分能量集中于閥內件進行釋放，對閥內件有超負載的可能，而高溫下，大部分材 料的機械性能變差，材料變軟，大大影響了閥內件的使用壽命。因此，應正確選擇合適的材料，延長閥門的使 用壽命。另外，還要考慮高溫時效對材料物理性能的影響，如韌性和晶間腐蝕的變化。當使用溫度達到或超過 熱處理溫度

15、時，閥內件會產生退火，硬度降低等問題，為防止材料硬度發生變化，最高溫度極限的選擇必須在 一個安全的范圍內。而相同的介質，在高溫狀況下，其分子的活動性相對活躍，某些具有一般腐蝕性的介質可 能對閥體及閥內件金屬材質帶來嚴重的腐蝕破壞，介質以高速的離子狀態滲入金屬內部，使材料的特性發生改 變，如熱膨脹性、晶間腐蝕等，因此，對材料的選擇，除了性價比之外，還應考慮多因素下所產生的失效性。高壓差、高流速情況下，即使溫度是常溫，也應評估材料的特性，使材料可以滿足該工況。一般來說，常溫 下，當壓差超過15bar時，應將閥芯、閥座的材料由 316SS調整為司太萊合金堆焊或更高要求的合金，對于弱 腐蝕性的介質，可

16、選用420QT （淬火+回火）、440QT等。高壓差、高流速會帶來嚴重的沖蝕或氣蝕，這對閥內件材料的傷害非常大，因此，對閥體及閥內件的材料要 求非常高，對于閥籠應考慮使用不銹鋼表面滲氮（ HRC70 ）處理，使之具有較強的耐沖蝕性，提高閥門流量的 精度和使用壽命。高溫下材料的抗氧化能力，也是一個非常重要的參數。在溫度循環變化中，所選用的材料應避免發生材料表面 重復氧化，產生氧化皮等問題。一般情況下，奧氏體不銹鋼系、硬質合金系及特種合金系的材料有較好的高溫 穩定性，可根據不同的高溫工況選用合適的材料。2、非金屬材料一般的非金屬材料無法承受高溫(300°C以上)，但柔性石墨可以承受 70

17、0°C以上的高溫，因此高溫工況下，無論是靜密封還是動密封，一般可以選取柔性石墨或復合材料，但應注意摩擦系數會增大。二、閥門零部件的結構和導熱系數的選擇高溫高壓差閥門設計中，必須仔細考慮不同零部件的熱膨脹對閥內件動作的影響。當高溫介質流過閥門時， 由于閥體的線膨脹系數往往小于閥座的線膨脹系數，所以閥體限制了閥座的徑向膨脹，閥座只能向內徑膨脹， 使得在高溫下，閥芯與閥座的工作間隙小于常溫下標準閥門設計的間隙，造成閥內件卡死。閥芯與導向套也會 產生同樣的現象。因此，閥門在高溫下使用時，常溫下標準閥門的設計間隙(包括閥芯、閥座間；導向套、閥桿間)應當適當增加，這樣使其在高溫下工作也不會發生卡

18、死現象。因此間隙的設計顯得非常重要，因材料， 尺寸及溫度差等參數的確認對設計人員非常重要，目前，可從 ASME鍋爐及壓力容器規范n材料 D篇性能中得到相應的數據。對泄漏量要求較高的場合下閥體和閥座盡量采用相同的合金鋼制造，并采用單座或籠式結構，盡量避免采用 雙座閥結構，還要在密封面進行硬化處理，以免高溫下閥門泄露量大幅度增加。另外還應考慮閥體、閥蓋及連 接件承受由于高溫帶來的附加載荷造成的破壞。溫度的循環變化會使閥座和導向套松動，因此必須采用密封焊和搭接焊來防松或壓緊結構。閥座墊片的密封 是在密封力大于墊片的屈服極限才能夠獲得，而在高溫、高壓及熱循環工況下，密封材料發生蠕變而產生滲漏， 可采用

19、整體閥座，由閥體上直接制成閥座并使之硬化。對于大口徑閥門，可在閥體上焊接閥座，去除墊片來避 免不必要的泄漏。根據介質的溫度高低，還要考慮填料函中填料可承受的溫度及執行機構可承受的溫度。填料函結構和使用溫度之間的關系：250 c以上，上閥蓋延伸，用較長的閥蓋散熱片，以保持填料不受高溫的影響。450 c以上，上閥蓋加長，用較長的閥蓋散熱片，以保持填料不受高溫的影響。三、高溫高壓差周期性變化工況下密封結構用于高溫周期性變化的閥座密封面結構可采用自對中契狀結構。該結構用于零件膨脹造成密封線不圓及閥座的磨損，有自動對中和補償作用。在高溫高壓差且溫度循環變化的情況下可有良好的密封效果，其密封是依靠 柔性閥座密封部位的彈性變形實現的。高溫情況下計算材料的密封比壓，應考慮到其密封材料的強度極限、屈服極限在高溫情況下都有所下降，來 選用合理的數值。四、高溫情況下，材料硬度的變化在高溫情況下，各種材料的硬度都有不同程度的下降，硬度下降增加了材料塑變和擦傷的可能。圖1是表面硬化材料鴇銘硬質合金、銘硼合金及部分不銹鋼熱硬度比較。從圖1中可以看出，416、440系列不銹鋼在溫度大于 700°