水下阀门本体材料分析：典型材料选取

水下阀门的材料选择应仔细考虑以下因素：与阀门内件接触的生产流体的化学组分；工作压力与使用温度范围；异种金属材料接触引起的电偶腐蚀；在密封面和法兰面之间引起的缝隙腐蚀；非金属材料的适用温度和耐化学性能；材料的阴极保护；表面涂层；材料的可焊性及堆焊性能；材料与注入介质的兼容性；材料的可获得性及成本；有相互运动的零件还应考虑材料的耐磨性^[12-15]。根据水下阀门的使用要求及各类材料特性，水下阀门的材料主要有以下几类：碳钢及低合金钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢、耐蚀合金以及非金属密封件。

（1）碳钢碳钢 非常容易受到管线内部和外部流体介质的腐蚀。在游离水存在的环境下，CO₂能快速腐蚀碳钢。碳钢用于水下设备材料的可行性主要根据对CO₂露点的严格控制以及材料在较低的设计温度下抵抗变形的能力。碳钢焊缝的热影响区对材料性能（如硬度和强度）存在风险，碳钢焊缝周围的热影响区可能具有更低的抗CO₂腐蚀能力。因此，一般情况下碳钢不能用于存在CO₂腐蚀的水下设备。

（2）低合金钢 用于水下阀门的低合金钢材料主要有AISI 4130、AISI 8630、F22（UNSK21590）或F22V（UNSK31835），这些材料能够通过调质热处理获得较高的综合力学性能，一般能达到API Spec 6A规范规定的60K以上钢级材料性能要求并具有较好的低温冲击性能。在较低含量的CO₂环境下（CO₂分压≤0.21MPa），材料有一定的抗腐蚀能力。由于碳的质量分数不高（一般为0.35%以下），所以能作为承压件基体材料，采用热丝TIG焊接工艺在基体材料上堆焊耐蚀合金材料，用于制造服役环境为高H₂S和/或CO₂腐蚀及Cl^-腐蚀环境的水下阀门。

（3）不锈钢 用于水下阀门的不锈钢材料主要有马氏体不锈钢（如410SS、F6NM）、300系列奥氏体不锈钢（如304SS，316SS）、沉淀硬化不锈钢（如17-4PH）以及双相不锈钢（如2205、2507）等。

410不锈钢在CO₂腐蚀环境下具有良好的抗腐蚀能力，在-18℃以下的温度环境下冲击韧性较低，能满足API Spec 6A规范-18℃的低温冲击及PSL-3级别设备的性能要求。对密封表面有严格要求时，需要在表面堆焊Inconel-625合金。(www.xing528.com)

F6NM与410SS相比，具有更高的抗腐蚀及点蚀能力，具有良好的可焊接性能、耐低温冲击性能及高淬透性，能满足API Spec 6A规范-46℃的低温冲击要求。其缺点是锻造工艺性较差，锻造时存在较高的变形抗力，容易出现锻造裂纹。对密封表面有严格要求时，需要在表面堆焊Inconel-625合金。

17-4PH是由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢，具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性，经固溶时效热处理后，产品的力学性能更加完善，可以达到724MPa以上的屈服强度，能满足API Spec 6A规范-60℃的低温冲击要求，其抗腐蚀能力可达304不锈钢水平。根据NACE MR0175的规定，17-4PH用于阀杆及悬挂器材料时，只能用于H₂S分压≤3.5kPa的使用环境。

用于水下设备的双相不锈钢，主要有UNS 31803（2205）及UNS 32750（2507）。这两种不锈钢具有良好的抗腐蚀能力，可用于大多数的生产流体和80℃以上的氯化物应力腐蚀环境。UNS 31803及UNS 32750双相不锈钢具有抗氢致裂纹（Hydrogen Induced Cracking HIC）的能力，材料的最低设计温度可达-50℃。UNS31803不锈钢具有良好的焊接性能，但UNS32750的可焊性能较差。在实际应用中，大截面双相不锈钢零件应进行正确的固溶时效热处理，以获得符合要求的铁素体-奥氏体平衡相。双相不锈钢的抗点蚀当量（Pitting Resistance Equivalent Num-bers，PREN）一般应大于40，反之，则只能用于制造薄壁零件。

（4）耐蚀合金 当水下阀门的使用环境超过碳钢、13Cr不锈钢和双相不锈钢的抗腐蚀能力时，应选用各类耐蚀合金作为阀门与流体介质接触部件的材料。常用于水下阀门的耐蚀合金材料主要有Inconel-625、Inconel-718、Inconel-725、Inconel-925以及Monel K-500合金。耐蚀合金具有优良的抗腐蚀性能，可耐各种腐蚀流体介质，缺点是机械加工难度大、价格昂贵、在时效状态下焊接性能差。当用于密封面材料时，不需要堆焊其他耐蚀合金。一般情况下，耐蚀合金主要用于制造符合API Spec 6A及API Spec 17D规范的HH级阀门零部件。