构成组成阀门的材料材质有哪些

问：自 1980 年代以来，双相和超级双相不锈钢已广泛用于阀门组件。为什么这些合金应用如此广泛，它们又是如何改进的？它们是否包含在各种管道代码中？

答：由于其独特的耐腐蚀性和强度组合，双相不锈钢继续广泛用于承压部件和阀内件部件中的阀门。石油和天然气行业在 1980 年代采用双相不锈钢，主要是因为在 140°F（60°C——奥氏体不锈钢易受影响的温度）以上的温度下，双相不锈钢具有更高的抗氯化物应力开裂能力。双相不锈钢广泛用于各种应用和行业中的球阀、蝶阀、止回阀、闸阀和截止阀，例如海水淡化、化学加工以及纸浆和造纸。初始牌号，无论是棒材、锻件还是铸件，都是 UNS S31803，其标称化学成分为 22% 的铬 (Cr)、3% 的钼 (Mo) 和 5% 的镍 (Ni)。

一种常用于石化和海水服务的改进型双相不锈钢是合金 2507 或 UNS S32750（铸造 ASTM A995 等级 CE3MN 或 5A），通常被称为超级双相不锈钢。它的标称化学成分为 25% Cr、4% Mo 和 7% Ni。除了使这种材料成为阀杆的绝佳选择的更高强度之外，它还具有非常高的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。铸件的类似版本是 UNS S32760，ASTM A995 等级 CD3MWCuN，用于承压部件，如阀体和阀盖，并包含在美国机械工程师协会 (ASME) B16.34 中。选择合适的双相或超级双相不锈钢需要评估多种因素，包括最终用户对耐腐蚀性的需求、

超级双相不锈钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能几乎与哈氏合金 C276 一样好，并且在某些服务中被用作低成本的替代品。在阀门中使用双相不锈钢的一个限制是高温——由于含有铬，高于 572°F (300°C) 的温度有可能发生脆化。

问：在您的网络研讨会期间，您提到正在开发用于超临界电厂应用的新型 9% 铬合金。你能详细说明一下吗？

答：在过去几年中，超临界和联合循环电厂中的蠕变强度增强型铁素体 (CSEF) 材料备受关注。电力研究所 (EPRI)、ASME 和 ASTM 一直致力于标准化 CSEF 钢，以满足锅炉过热器和其他使用高温蒸汽阀的应用的抗蠕变性和韧性。新合金现已列入 ASTM A182 中的锻件。这些包括闸阀、截止阀和重工况球阀。ASTM 182 等级 F91，一种 9Cr-1Mo-钒 (V) 合金，现在分为两种类型：类型 1 和类型 2。类型 2 包括对 Mo、V、铌、钨、钴、硼、氮和 Ni 的控制以提高抗蠕变性和韧性，并保持较高的许用应力。ASME B31 委员会于 2020 年 5 月发布了一个规范案例，特别允许 9Cr-1Mo-V 的 1 类或 2 类化学成分锻件用于 B31.1 结构。该材料的温度限制在 1,200°F (649°C)，并且在加工和应用方面还有一些其他限制。

已经开发了另外两种 CSEF 材料——ASTM A182 等级 F92 和等级 F93。F92 级与 F91 级相似，但钼含量更高，可提供更高的强度、抗侵蚀性和稍高的额定温度。P93 等级是下一代抗蠕变钢，在高达 1200°F (649°C) 的温度下具有更高的强度。接受这些合金的一个重要步骤是将它们包含在 ASME B16.34，阀门 - 法兰、螺纹和焊接端。F91 级包含在材料组编号 1.15 中；F92 级包含在材料组 1.18 中；最新版本：ASME B16.34-2017 中尚未包含 F93 级。

问：什么是超奥氏体不锈钢，它在阀门中的应用场合和方式是什么？

答：阀门行业常用的超级奥氏体不锈钢有UNS S31254（254SMO和AL6XN）和UNS S20910/S21800（Nitronic 50/60）。与 316 SS 相比，它们主要用于获得更高的强度和更好的耐缝隙腐蚀氯化物点蚀。这种提高的耐腐蚀性来自较高的 Ni 和 Mo 含量，而氮增强了材料。它是 316 SS 阀门阀杆材料的绝佳选择，因为它具有更高的强度。在需要高强度和良好耐腐蚀性的情况下，海水淡化、食品加工、化学加工甚至海水服务都使用超级奥氏体不锈钢作为经济的选择。

另一种流行的超奥氏体不锈钢是 UNS N08904 (904L)，其钼含量为 5%。用于无机酸环境的各种阀门部件。它还存在于纸浆和造纸制造、制药和电力行业。该材料主要用于阀内件部件，但具有更高强度的新型专业等级也被用于阀门承压部件。

问：在选择阀门的结构材料时，最终用户和工程公司关注的是耐腐蚀或耐侵蚀的材料，或两者兼而有之。从阀门制造商的角度来看，还必须考虑哪些其他因素？

答：在使用合金的应用中，强度、韧性、抗磨损性和热膨胀系数都是阀门制造商必须考虑的因素。最终用户可能知道哪些合金在其使用条件下有效，但他们必须依靠阀门制造商在最终选择阀门合金时评估这些因素。一个常见的例子是使用 316 SS，它与多种腐蚀性流体兼容，但可能没有足够的强度用于阀杆、闸门或盘材料，可能无法用作良好的轴承材料，或者可能导致锁定（由于热膨胀率）作为金属阀座球阀中的球，应用于温度循环安装。最终用户经常担心对阀门合金规格提出的偏差，他们应该这样做。然而，

问：阀门的增材制造中使用了哪些材料，它们用于哪些组件？

答：增材制造 (AM) 中最常用的合金是工具钢、铝和 316L 不锈钢——这一说法也适用于阀门。直到最近，阀门行业的增材制造主要专注于原型作为研发计划的一部分或航空航天行业的专业阀门，很好地服务于这些目的。其他适合用于阀门的合金是钛（特别是 Ti6Al4V）、钴铬 Iconel 625 和各种镍合金。AM 在阀门行业的近期未来涉及紧急使用的更换零件（在远程操作附近使用 AM 机器按需打印）和在没有图纸或模型的情况下对遗留零件进行逆向工程。使用基于定向能量沉积的机器快速修复阀门部件也有机会。将增材制造用于阀门的重要机会包括加工具有挑战性的复杂几何形状、优化流动路径和减轻重量。金属粉末、制造设备和技术都是可用的，但经济性是 AM 尚未应用于零件标准生产的主要原因。棒料 316L 比为 AM 开发的 316L 金属粉末便宜八到十倍。随着增材制造技术的不断发展和越来越多的供应商进入市场，其在阀门生产中的应用将会增加。应用 316L、钛和镍合金的最初机会是改进了用于球控制阀、分流阀和完全定制阀门的异形球设计。阀门行业广泛接受金属增材制造的另一个障碍是缺乏围绕该技术的质量标准。ASTM 委员会正在引领新材料标准，包括 ASTM F3122（通过 AM 工艺制造的金属材料的机械性能评估指南）、F3049（用于 AM 工艺的金属粉末特性表征指南）和 F2924（添加剂标准规范）用粉末床融合制造钛 6 铝 4 钒）。ASTM 也在制定附加标准。在过去十年中，ASME 一直积极参与机械设计相关标准的制定，其 BPTCS/BNCS 承压设备增材制造特别委员会已启动了该领域的工作。美国石油协会的委员会也开始制定标准。所有这一切都需要时间，但已经为各种合金应用于阀门行业的这种新制造技术奠定了基础。