阀门部件所用材料大全

（１）结构材料 钢是核动力装置阀门所采用的主要材料，相关规程不允许在核动力装置的设备（反应堆、蒸汽发生器、容器和泵壳等）和管道上采用铸铁阀门。铸铁材料仅限于用在次要的、轻载荷的驱动机构零件上，以及辅助系统内非关键性阀门的制造上。青铜可用在阀杆螺母、轴套和阀门的驱动轴轴套上。对于那些不需要执行规程的地方（辅助系统上供低压、冷态介质和小公称尺寸的管道和设备等）除钢制阀门外，也可以安装其他材料的阀门。

核动力装置工艺循环回路上的所有环节无事故地工作是极重要的和必要的，这就促使人们小心谨慎地对待其经济性问题，虽然采用比钢更廉价的材料会更经济些，但在强度和耐磨性方面就不如钢了。结构材料应保证阀门零件在工作介质温度下的持久强度，应具有在给定介质下的耐磨性和耐蚀性，以及热稳定性和耐热性。根据阀门工作的条件和作用，对零件的主要材料提出了一整套要求。

温度是决定阀门工作条件和选择零件材料的最重要因素之一。在表３-３４０中给出了核动力装置上采用的某些材料的极限温度。一般地说，阀门的阀体材料应与它相连接的管道材料相同，因此，对阀体材料与管道材料的基本要求也是一致的。但是，也可能有例外，如辅助管道上的阀门。

表３-３４０ 核动力装置上所采用的材料和它们的应用范围

一回路管道是用耐腐蚀的奥氏体钢１２Ｃｒ１８Ｎｉ１０Ｔｉ制造的，也可以采用珠光体钢，但在内表面要用１２Ｃｒ１８Ｎｉ１０Ｔｉ钢做衬里。按照水冷却剂的参数，管道材料本来可以用珠光体钢，但为了保证具有高的耐蚀性，则必须采用奥氏体钢。水冷核动力装置的堆外管道是用碳钢或用珠光体低合金钢制作的，因为介质的参数允许采用这些钢。

核动力装置上钢的强度不仅在常温工作介质下应当得到保证，而且在高温下持续工作时应得到保证。由于介质直接与阀体、阀瓣和阀杆相接触，因而它们的温度可达到与介质相同的温度。用下列力学性能可评价钢的强度：①抗拉强度Ｒ_ｍ，断裂时材料所能承受的最大应力。屈服强度Ｒ_ｅＬ，相应于残余伸长０.２%的应力。②蠕变极限Ｒ_ｋ，金属或合金在高温环境中，长时间受到一定大小载荷的作用所产生的缓慢而连续的变形。一般蠕变极限取１０^４ｈ后的１%或１×１０^-６[ｍｍ/（ｍｍ·ｈ）]。③持久极限Ｒ_ＣＨ，在给定的持久条件下于１０^５ｈ（或１０^４ｈ）内导致试件破坏的应力。

钢的塑性是按断裂时的伸长率、断面收缩率和冲击韧度来评定的。

断裂时的伸长率Ａ是以断裂时试件长度的伸长量与其原长之比的百分比表示，试验时取试件的标距与直径之比为１０∶１（Ａ_１０）或５∶１（Ａ_５）。

断面收缩率Ｚ是试件在断裂时横断面的收缩量与试件初始截面的比值，以百分比表示。

材料的冲击韧性可以用冲击吸收功Ｊ表示，它表征材料抵抗动载荷的能力，并以断裂时消耗在试件断裂处每单位横截面上的能量来确定。

当确定零件的变形时，可用下列特征参数：抗拉弹性模量Ｅ，当材料的长度增加一倍时在材料内应产生的公称应力。切变模量Ｇ=Ｅ/[２+（１+μ）]，式中μ是泊松比，钢的μ=０.２５～０.３３。

对于高参数蒸汽所选用的绝大多数钢和合金不具有均衡组织。一般在选择它们的化学成分和热处理方法时，主要考虑保证具有最高的持久强度极限。因此，随着时间的推移，将发生组织向均衡状态趋近和改变材料力学性能的情况。这种老化过程会随着温度的提高和持续时间的增长而加速。由于这种因素作用的结果就产生了金属的热脆性。力学性能的改变和热脆性趋势一般按材料在室温下冲击韧性的变化来评价。当选择阀门材料时，特别是处在与液态金属冷却剂钠相接触的金属，更应考虑到这种特性。因为和金属作用的钠流可以改变金属的塑性。

在阀门上产生的热应力提高了由于介质压力作用而产生的应力，但是如果把机械应力和热应力简单的相加是不对的，必须将它们分别进行估算。

加热-冷却交替的形式，频繁的温度循环作用在金属上的结果，能产生热疲劳，由于温度的循环交替而破坏金属。对于普通钢，短时间作用的热应力不会有危险，但多次重复能产生损伤。持久极限并不表明材料能承受持久作用的循环应力。因为具有持久极限高的材料，但如果其持久塑性低，在热应力循环次数很少时就可能受到破坏。应力集中对塑性材料造成的危险性较小。

当选择钢和其他材料时，材料的下列工艺性具有重要的意义：铸造性，材料获得复杂形状、高质量、高密度铸件的可能性，在其内部介质压力作用下铸件的密封性能。可焊性，材料具有焊接连接的可能性，其焊缝应具有足够的强度，无缩松、脆性等缺陷。可加工性，不采用特殊方法，而采用刀具加工的可能性，能用普通的加工方法即能获得高质量的加工表面。可锻性，材料具有使用锻造和热压来制造零件毛坯的可能性。研磨性，当材料相互研磨或与第三种物体研磨时不出现裂纹。无需特别延长研磨时间就能获得表面粗糙度不低于Ｒａ０.１μｍ。

此外，材料应允许采用零件表面热硬化和化学-热硬化的可能性（淬火、渗碳、渗氮等）。

材料的物理特性可由钢和其他材料的下列性能来评价：耐蚀性，零件材料能抵抗介质化学作用的能力。耐磨性，在给定条件（温度、有润滑剂、磨料等）下，当零件与其连接的部件相摩擦时，材料能保持零件的尺寸和形状的能力。耐侵蚀性，零件材料具有抗介质汽蚀作用的能力，以防止汽蚀作用破坏零件。

在某些情况下，对金属还提出了如不磁化、不具有某些合金元素或合金组分如钴和其他具有活性很强和半衰期很长的元素。

根据规程，当阀体需要与管道连接时，其材料应具有可焊性、足够的强度和塑性，以保证设备在给定条件下能长期可靠的工作，其中还必须考虑在介质作用下金属性能所发生的变化，规程将所用的材料限制在表３-３４１上所规定的温度极限内。

材料与半成品的质量与性能应满足相应的标准和技术条件的要求。并应有供应厂的合格证，在产品合格证上应注明所进行的热处理方法。阀门制造厂应对制造阀门所需的材料和半成品进行进厂质量检查。对于奥氏体钢的半成品和材料还应检查抗晶腐蚀的能力。

供阀门制造、安装和检修用的材料和半成品应打上不同的标志，标志在产品完全制造好以前一直保留，它应能确定材料的牌号和炉号。

表３-３４１ 材料规范表（适用ＡＳＴＭ标准）

（续）

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注：１.用户有责任确保螺栓材料的使用不超管理法规规定的限定。

２.满足于ＡＳＴＭ要求的ＡＳＭＥ锅炉与压力容器规范第Ⅱ卷的材料也可以使用。

３.关于材料的范围、限制和特殊要求在压力-温度额定值表２中有规定。

①不允许螺栓材料进行补焊。

②奥氏体钢螺栓材料，经碳化物固溶处理但未经应变硬化，是ＡＳＴＭ Ａ１９３中的１级或１Ａ级，推荐使用ＡＳＴＭ Ａ１９４相应材料的螺母。

③奥氏体钢螺栓材料，经碳化物固溶处理和变形硬化，是ＡＳＴＭ Ａ１９３中的２级、２Ｂ级或２Ｃ级，推荐使用ＡＳＴＭ Ａ１９４相应材料的螺母。

④关于强度应用的限制见ＡＳＭＥ Ｂ１６.３４—２０１３中５.１.２。

⑤不能应用于较小规格或钻孔的螺栓。

⑥预定用于低温的铁素体钢螺栓材料，推荐使用ＡＳＴＭ Ａ１９４牌号７的螺母。

⑦与淬火加回火钢螺栓一起使用的螺母是ＡＳＴＭ Ａ１９４牌号２和２Ｈ。

⑧对螺栓的力学性能要求应与螺栓的要求相同。

⑨这些是适合与奥氏体不锈钢阀门材料配用在高温工艺的螺栓材料。

⑩螺母可以是相同的材料或可以使ＡＳＴＭ Ａ１９４相应牌号的材料。

(11)若生产者对最终加热或锻造成的这些零件没有按同一标准中的其他允许条件要求做试验，并证明其最终的拉伸、屈服、延伸等性能等于或大于作为其他允许条件之一的要求，对锻件质量不得认可。

(12)如材料未经退火、固溶退火或热精整。其最高工作温度定在２６０℃（５００℉），因为在蠕变断裂温度范围内淬火对设计应力有不利影响。

随着核动力装置工作参数的不断提高，研制出供阀门零件用的新材料，在这些材料适应的温度极限范围内，对新材料在下列力学性能方面提出了一定的要求，即抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、蠕变、持久强度、疲劳强度、脆性临界温度、老化和循环疲劳的结果而产生的脆性临界温度的剪切、持久塑性。

（２）垫片材料 常用的垫片有非金属垫片、半金属垫片和金属垫片。非金属垫片也称软垫片，如石棉橡胶板、橡胶、聚四氟乙烯等。软垫片用于温度、压力都不高的场合。半金属垫片由金属材料和非金属材料组合而成，如柔性石墨复合垫、缠绕式垫片、金属包覆垫片等。半金属垫片比非金属垫片承受的温度、压力范围较广。金属垫片全部由金属制作，有波形垫、齿形垫、椭圆形环垫、八角形环垫、透镜垫、锥面垫等。金属垫片用于高温、高压场合。(www.xing528.com)

１）非金属垫片使用条件见表３-３４２。

表３-３４２ 非金属垫片使用条件

２）半金属垫片使用条件。

①柔性石墨复合垫见表３-３４３。

表３-３４３ 柔性石墨复合垫使用条件

①用于氧化性介质时≤４５０℃。

②金属包覆垫片见表３-３４４。

表３-３４４ 金属包覆垫片使用条件

注：也可采用其他材料。

③缠绕式垫片见表３-３４５。

表３-３４５ 缠绕式垫片使用条件

①也可用其他金属带材。

②用于氧化性介质时≤４５０℃。

④齿形组合垫见表３-３４６。

表３-３４６ 齿形组合垫使用条件

①也可以采用其他材料。

②用于氧化介质≤４５０℃。

３）金属垫片见表３-３４７。

表３-３４７ 金属垫片使用条件

①金属环垫材料的硬度值应比法兰材料的硬度值低３０～４０ＨＢＷ。

②也可以采用其他材料。

４）ＡＳＭＥ Ｂ１６.２０—２０１２《管道法兰用金属垫片——环垫、缠绕式垫片和包覆垫片》。

①金属环垫见表３-３４８。

表３-３４８ 金属环垫的材料和最高硬度

①这个号的前面应是环号后面紧跟的是材料号。

②Ｆ５标号仅表示其化学元素的质量分数按ＡＳＴＭ Ａ１８２/Ａ１８２Ｍ—２０１３的要求。

②缠绕式垫片见表３-３４９。

表３-３４９ 缠绕式垫片材料的色标和缩写

③包覆垫片材料及缩写见表３-３５０。

表３-３５０ 包覆垫片的材料标记和缩写

包覆垫片应用举例

由３０４型金属外壳和柔性石墨填充材料的垫片，标记为：

（制造厂商标）

由碳素钢外壳和陶瓷填充材料的ＡＳＭＥ Ｂ１６.４７Ｂ系列ＣＬ３００ＮＰＳ３０垫片标记为：

３０-３００-ＣＳ/ＣＥＲ

ＡＳＭＥ Ｂ１６.４７Ｂ

（制造厂商标）

（３）填料 填料是动密封的填充材料，用来填充填料箱空间以防止介质经由阀杆和填料箱空间泄漏。填料密封是阀门产品的关键部位之一，要想达到好的密封效果，一方面是填料自身的材质、结构要适应介质工况的需要；另一方面则是合理的填料安装方法和从填料函的结构上考虑来保证可靠的密封。在要求更严格的场合，还可应用波纹管密封。

①对填料自身的要求：ａ.降低填料对阀杆的摩擦力；ｂ.防止填料对阀杆和填料函的腐蚀；ｃ.适应介质工况的需要。

②常用填料的品种：国外资料介绍用于各种工况条件下的品种达４０余种，而在通用阀门中最常用的不过几种或十几种。ａ.填料型。即橡胶石棉填料：ＸＳ２５０Ｆ、ＸＳ３５０Ｆ、ＸＳ４５０Ｆ、ＸＳ５５０Ｆ；油浸石棉填料：ＹＳ２５０Ｆ、ＹＳ３５０Ｆ、ＹＳ４５０Ｆ；浸聚四氟乙烯石棉填料；柔性石墨编织填料，根据增强材料的不同可分别耐温３００℃、４５０℃、６００℃、６５０℃、８５０℃；聚四氟乙烯编织填料；半金属编织填料，以夹有不锈钢丝、铜丝的石棉作芯子，外表用夹铜丝、不锈钢丝、蒙乃尔丝，因科镍尔丝的石棉线编织起来，根据用途其表面用石墨、云母、二硫化钼润滑剂处理，也有以石棉为芯用润滑的涂石墨的铜箔扭制而成。ｂ.成形填料。即压制成形的填料，其品种有：尼龙；橡胶；聚四氟乙烯；填充聚四氟乙烯（增强聚四氟乙烯），增强材料为玻璃纤维，一般为８%～１５%玻璃纤维，ＪＢ/Ｔ ５２０９—１９９１填充聚四氟乙烯为：聚四氟乙烯+２０%玻璃纤维+５%ＭｏＳ_２、聚四氟乙烯+２０%玻璃纤维+５%石墨；柔性石墨环。

③安装注意事项：ａ.填料型填料切断时呈４５°切口、安装时每圈切口相错１２０°。ｂ.在高压下使用聚四氟乙烯成型填料时，要注意冷流特性。ｃ.单独使用柔性石墨环密封效果不好，应与柔性石墨编织填料或ＹＳ４５０（视温度情况）组合使用，填料函中间装柔性石墨环，两端装编织填料，也可隔层安装，即一层柔性石墨，一层编织填料，也可在填料函中间放隔环，隔环上下分别装两组组合装配填料。ｄ.石墨对阀杆、填料函壁有腐蚀，使用中应选择加缓蚀剂的盘根。ｅ.柔性石墨在王水、浓硫酸、浓硝酸等介质不适用。ｆ.填料函的尺寸精度、表面粗糙度值，阀杆的尺寸精度和表面粗糙度值是影响成型填料密封性能的关键。