阀门主体材料

一、概述

按使用工况分，现行国内外钢制阀门常用的主体材料按工况条件：

①　普通碳钢（WCB、WCC等）

②　普通低温钢（LCB、LC2、LC3等）

③　高温钢（WC6、WC、9 ZG15Cr1Mo等）

④　不锈钢（CF8、CF8M、CF3、CF3M等）

按成型方法分，一般情况下采用铸件的形式较多。但由于有些工况条件要求不允许采用铸件或采用其他类毛坯更为合理等情况下，便应根据具体情况选用锻件、锻焊或板焊等结构，就需要采用铸件的变形合金。其变形合金与铸件的性能要求一般相同，但其化学成分略有差别，其原因是在保证性能的前提下，铸件需要有较好的铸造性能，其他的变形合金材料应有较好的塑性以便加工。

阀门主体材料的变形合金主要有锻件、板材和管材。这样按材料的成型工艺不同，其主体材料又可分为铸件、锻件、板材和管材。

二、材料大类

阀体、阀盖和闸板（阀瓣）是阀门主要零件之一，直接承受介质压力，所用材料必须符合“阀门的压力与温度等级”的规定。常用材料有下面几种：

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。鉴于目前国内工艺水平，各厂参差不齐，用户又往往不易检验。根据经验，建议PN≤2.5MPa，阀门还是采用钢制阀门为安全。

4.耐酸高硅球墨铸铁：适用于公称压力PN≤0.25MPa，温度低于120℃的腐蚀性介质。

5.碳素钢：适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为－30～425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC、1 WC、B ZG25及优质钢20、25、30 及低合金结构钢16Mn。

6.铜合金：适用于PN≤2.5MPa 的水、海水、氧气、空气、油品等介质，以及温度－40～250℃的蒸汽介质，常用牌号为ZCuSn10Zn2锡（青铜），H62、Hpb59 —1（黄铜）、QAZ19—2、QA19—4（铝青铜）。

7.高温钢：适用于公称压力PN≤17.0MPA、温度≤570℃的蒸汽及石油产品。常用牌号有ZGCr5Mo，1Cr5M0.ZG20CrMoV，ZG15Gr1Mo1V，12CrMoV，WC6，WC9等牌号。具体选用必须按照阀门压力与温度规范的规定。

8.低温钢，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。

9.不锈耐酸钢，适用于公称压力PN≤6.4Mpa、温度≤200℃硝酸，醋酸等介质，常用牌号有ZG0Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni10＜耐硝酸＞，ZG0Cr18Ni12Mo2T、iZG1Cr18Ni12Mo2Ti＜耐酸和尿素＞。

三、阀门常用主体材料

1.碳素钢

1）碳素钢铸件适用于非腐蚀性介质，在某些特定条件下，如在一定范围内的温度，浓度条件下也可用于某些腐蚀性介质。适用温度-29 ℃~425℃。（常用于水、蒸气、油等非腐蚀介质）

目前国内采用的现行标准是GB12229-89《通用阀门碳素钢铸件技术条件》，材料牌号为WC、A WC、B WC。C 该标准是参照美国材料实验协会标准ASTMA21《6高温用可熔焊碳钢铸件标准规范》制定的。另外国内还常用ZG230-450ZG25等，常用WCB代替。

国外一般都制定了用于阀门主体材料的碳钢铸件标准。国际上常用的为ASTMA216/A216M。其中的WC、AWC、BWCC其牌号的基本含义是：

W： 表示可焊接的

C： 表示为铸造的

A 、B、C：表示碳素铸钢的强度等级，其中A为较低强度的，B 为中等强度的，C为较高强度的。

一般最常用的为中等强度的WCB牌号的可焊接的碳素铸钢。当强度要求较高时，应采用WCC，因为WCC中的Mn的含量较高，对钢的强化作用提高，σs值也随之提高。

2）碳素钢锻件我国根据需要也制定了适用于阀门主体材料要求的碳钢锻件标准。其常用的有GB12228和JB4726。制造锻造阀门主要承压件、阀体、阀盖的材料最常用的牌号是GB699《优质碳素钢结构钢技术条件》中的20.25.30.35.40 以及25Mn.一般习惯上中压锻钢阀采用25号钢制作承压件，35号40号用于制作PN16.0Mpa、PN32.0Mpa锻造角式高压阀承压件。PN14.0Mpa的缩径锻钢阀承压件常用25或25Mn制作。应注意锻件锻造后必须进行热处理，25号钢（包括25号）以下采用正火处理。

国内阀门主体常用碳钢锻件材料化学成分及力学性能引进装置进入我国后，国外进口的锻造碳素钢阀门如800 磅级锻钢阀采用的材料是ASTMA105 注意事项：

（1）ASTMA10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，但ASTMA10对其杂质元素Cu、Ni 、Cr、Mo、V、Nb 的控制以及C、Mn的含量的关系都有控制要求。

（2）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，他的力学性能就是一定的，不象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由设计决定采用的材料应达到的机械性能。根据所要求的机械性能确定回火温度，以达到材料的性能符合设计要求。

ASTMA105为适用于阀门主体材料的碳钢锻件标准。标准中对材料的化学成分和力学性能进行了规定， 同时还对钢材的冶炼方法， 制造要求、热处理方式和化学成分及力学性能的执行标准都作出了规定。

2.普通低温钢

1) 低温钢铸件：

一般低温系指小于-29 ℃至-196 ℃范围内。小于-196 ℃至-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，这种现象叫材料的冷脆现象。

ASTMA352/352M标准中规定了适用于低温工况条件下阀门主体材料的马氏体和铁素体钢的铸件。该标准中共有LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC2-1、LC3、LC4、LC9和CA6NM等9 种低温钢铸件牌号， 其适用的低温等级从-32（LCA) ～-196 ℃ （LC9) 。

钢号中的L表示低温用钢，C表示材料的类型为铸件， 后面的A、B、C 表示属于碳钢类系列，是按钢适用温度的高低排列，越排后的其力学性能越好、低温性能越好及冲击试验的温度越低， 分别是LCA（-32℃)>LCB和LCC（-46℃ ) 。虽然LCB与LCC的冲击试验温度都是-46℃，但3个试样的平均值和3个试样中的最小值LCC都大于LCB。

第3位用阿拉伯数字表示的表明其是属于合金钢类， 数字越大表明其低温性能越好， 低温冲击试验的温度越低。分别是LC1（-59 ℃ )>LC2 和LC2-1（-73 ℃)>LC3（-101 ℃)>LC4（-115 ℃)>LC9（-196 ℃) 。其中常用的LCB、LC1、LC2和LC3已被转化为我国的阀门用低温钢铸件标准JB/T7248， 按其主要化学元素依次被称为低温碳钢、0.5Mo钢、2.5Ni 钢、3.5Ni 钢。

注：低温冲击试验用铁素体钢如LCA、LCB、LCC、LC1、LC2、LC3制造的低温阀们主要零件特别是铸件，在低温下有明显的低温脆性，在低温下使用时必须达到一定的韧性，在低温下使用必须达到一定的韧性指标才能使用。因此，这些材料要进行最低使用温度下的冲击试验。其方法是把试块放在冷却介质中浸15分钟，然后在5秒钟内迅速试验完毕。冲击试样为夏氏V 形缺口冲击试样（ 10mm×10mm)。上述各种材料的冲击能量指标即为夏氏V 形缺口冲击试样（10mm×10mm)指标。ASTMA352/A352M及JB/T7248 中常用低温钢铸件化学成分和力学性能

2) 低温钢锻件：

ASTMA350/350M中的LF1、LF2、LF3.JB4727为我国低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件标准， 阀门主体材料可以选用。在该标准中列出了20D、16MnD、16MnMo、D09Mn2VD、09MnNiD、20MnMo、D08MnNiCrMoVD和10Ni3MoVD 等8 种钢号。

3.高温铬钼钢：

高温情况下金属材料的力学性能与常温下的力学性能存在很大差异， 其总的特点是温度越高，强度越低。

而且在一定应力的作用下， 变形量随着时间的增加而增大。这种现象就是金属的蠕变现象。

1）高温钢铸件：

ASTMA217/A217M中的高温承压用马氏体不锈钢和合金钢铸件适用于高温工况条件的阀门主体材料。在

该标准中共包括1 个牌号的马氏体不锈钢和9 个牌号的铁素体合金钢，按钢种可分碳钼钢（WC1)、镍铬钼钢（WC4、WC5、) 铬钼钢（WC6、WC、9 WC1、1 C5、C12)和铬钼钒钢（CA12、CA15)。钢中的W表示为可焊接性， 说明其具有较良好的焊接性能。C 表示为铸钢， 后面的数值表示高温合金钢适用工作温度高低的排列顺序。

数值越大， 表示其适用温度越高。以介质为水和蒸气为例。其可焊性的几种高温钢的最高使用温度分别是：WC1（≤450℃)<wc4（≤540℃)<wc5（≤565℃ )="" ≤<="" p="">WC6≤（ 595℃)<wc9（≤600℃)等。在asmeb1613中4 规定，="" 当连接形式采用法兰连接时，="" 使用温度的最高限额为540℃，当超过540℃时，适用的最高温度只适用于对焊连接的阀门。<="" p="">

在这些钢种及钢的牌号中， 使用最广泛的应属铬钼钢中的WC、6 WC9和C5。

WC6和WC9广泛应用于电力和热力系统等介质为水和蒸气的高温高压状态中， 虽然这两个钢号我国没有正式转化为国内标准，但在JB/T3595电站阀门的技术条件中已列入其选用的材料，并对其压力温度等级做出了具体规定。C5适用于含热态石油介质，同时还具有抗氢腐蚀能力，因此广泛应用于石油炼制及乙烯生产含硫介质的高温中。用于介质为蒸汽和油品的阀门，应有足够的安全可靠性，通常规定的工作温度是WC≤6540℃，WC9≤570，C5≤550℃。

2）高温钢锻件：

国际上应用于阀门主体材料高温铬钼钢锻件标准最具有代表性的应为ASTMA182/A182M中的低合金钢种。其中的F11.2 级和F11.3 级、F22.1 级和F22.3 级、F5和F5a分别为常用铸件WC、6 WC9和C5的变形合金。

4.奥氏体不锈钢：

Cr 是决定不锈钢抗腐蚀性的主要元素。Cr可以使不锈钢在腐蚀介质中产生钝化现象，即表面上形成一层很薄的保护膜。同时Cr能有效地提高电极电位。当含Cr 量达12.5%时，合金电极电位由负变正，因此不锈钢一般含Cr量均需达13%以上。钢中含Cr量越高，抗腐蚀性能越好。此外，Cr对钢的力学性能和工艺性能都有很好的作用。

1）不锈钢铸件：目前国际上推荐使用的阀门主体材料用不锈钢很多。ASTMA351/A351M中就有20余种，其中大多数为奥氏体不锈钢，最常用的有CF3、CF8、CF3M、CF8M和CF8C等。

其基型为18Cr-8Ni 奥氏体不锈钢。牌号中的C 表示为使用温度在650℃以下的不锈钢铸件，第2个字母表示不锈钢中含Ni 量，其英文字母越靠后，含Ni量越高，F的含Ni 量为8.0%～12.0%，数字代表含C量的最大值（以万分之几表示），后面的M和C等表示在铬镍含量为18-8的基础上添加其他的不同合金元素，M 表示Mo，C表示Nb 等。加Mo是提高再结晶温度，增加了高温下抗蠕变的性能进而改善其耐热性，加Nb是使Cr 的碳化物减少，增加晶间含钼量，提高抗晶间腐蚀的性能。

CF8==304

CF8M==316

CF3=304L

CF3M==316L

口决：带M的是316型，带3的后面加L。

带L 的为低碳型不锈钢，例：304L 比304 的碳量要低，主要用防晶间腐蚀场合中。

2）不锈钢锻件：

ASTMA182/A182M标准中列出的34种奥氏体不锈钢锻件中，与前面提到的常用5种铸件相对应的变形合金牌号为F304、F316、F304L、F316L和F347。牌号中的F 表示制造工艺为锻造或轧制，3 表示为奥氏体不锈耐酸钢系列，304 为常用的含碳较低的18Cr-8Ni 类奥氏体不锈钢（通用型为302），316为304的基础上加Mo用以改善钢的耐热性；后面加L表示为低碳的304或316，用来改善其耐蚀性能。F347是在F304 的基础上加Nb而增加奥氏体化进一步减小晶间腐蚀倾向。标准中对补焊要求做出了具体规定，如焊条牌号，焊后最低热处理温度等。在我国的JB4728压力容器用不锈钢锻件标准中，有6种为奥氏体不锈钢，其中前面提到的铸件变形合金有4种，分别为0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2 和Cr17Ni14Mo2，而还有一种0Cr18Ni10Ti 则与A182/A182M中的F321相当，F321是在F304的基础上加Ti而改善晶间腐蚀倾向，其作用与Nb相同。

四、其它材料

1. 17-4PH：

此合金是由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢，具有强度高、硬度高和抗腐蚀等特点。经过热处理后，机械性能更加好。

2. INCONE（L 英科镍）：

如：Inconel800

3. Monel（蒙乃尔）：

蒙乃尔的耐蚀性容一般情况下比镍铜更优越，它比纯镍更耐还原性介质的腐蚀，比纯铜耐氧化性介质的腐蚀对硫酸、磷酸、碳的耐蚀性非常好，特别是耐氢氯酸的腐蚀，对热浓碱也有优良的耐腐性。此外，还耐中性溶液、高温卤素、海水、大气及多种有机化合物的腐蚀。其典型的成分70%Ni 和30%的Cu，如：Monel400

4. 20号合金

5. 哈氏合金