低溫閥門主體材料選用說明

    使用在零下-46度低溫環(huán)境的閥門都叫做低溫閥門。在低溫裝態(tài)下，材料的物理性能會發(fā)生很大的變化，包括材料變脆、熱膨脹系數(shù)不同也引起熱脹冷縮、金屬材料發(fā)生相變引起應力造成變形，這些情況都是影響閥門的正常使用和密封性能。所以低溫閥門設計選擇必須引起重視，才能在低溫環(huán)境中使用。

一、低溫閥門主體材料選用說明的設計要求

根據(jù)使用條件，低溫閥的設計有下列要求：

1)閥門在低溫介質及周圍環(huán)境溫度下應具有長時間工作的能力。

2)閥門不應成為低溫系統(tǒng)的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內部流體急速

蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險。

3)低溫介質不應對手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。

4)直接與低溫介質接觸的閥門組合件應具有防爆和防火結構。

5)在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要采取結構措施，以防止摩擦件擦傷。

二、低溫閥的材料選用

1、低溫閥主體材料

(1)主體材料選用應考慮的因素

從金相考慮，金屬材料中除了具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態(tài)下會出現(xiàn)低溫脆

性，從而降低閥門的強度和使用壽命。選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會出現(xiàn)低溫脆性，

但因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁密封面的耐磨、耐擦傷性能差，所以在低溫閥門中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑

閥門中選用。

在低溫工作的材料要保證其低溫性能，主要是保證其冷沖擊強度。閥內件必須通過正確選材，使其具有足夠的冷沖擊強

度，才能防止斷裂。C和Cr的合金鋼在低于－20℃時候很快失去抗沖擊強度，所以使用溫度分別限制在-30℃和-50℃。含Ni

量為3.5%的鎳鋼可以使用到-100℃，含Ni量9%的鎳鋼可以使用到-192℃。奧氏體不銹鋼、鎳、蒙乃爾合金、哈氏合金、鈦、

鋁合金及青銅可以使用到更低的溫度(-273℃)。

除此以外，低溫閥門的材料選用還應考慮以下一些因素：

1)閥門的最低使用溫度；

2)金屬材料在低溫下保持工作條件所需要的力學性能，特別是沖擊韌性、相對延伸率及組織穩(wěn)定性；

3)在低溫及無油潤滑的情況下，具有良好的耐摩性；

4)具有良好的耐蝕性；

5)采用焊接連接時還需考慮材料的焊接性能。

(2)閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用

這些主體零部件材料的選用原則大致是：溫度高于-100℃時選用鐵素體鋼；溫度低于-100℃時選用奧氏體鋼；低壓及

小口徑閥門可選用銅和鋁等材料。設計時根據(jù)最低使用溫度選擇適當?shù)牟牧稀?/p>

(3)閥桿及緊固件的材料選用

溫度高于-100℃時，閥桿和螺栓材料采用Ni、,Cr-Mo等合金鋼，經(jīng)適當?shù)臒崽幚恚蕴岣呖估瓘姸群头乐孤菁y咬傷等。

溫度低于-100℃時，采用奧氏體不銹耐酸鋼制造。但18-8耐酸鋼硬度低，會造成閥桿與填料相互擦傷，致使填料處泄漏。

所以，閥桿表面必須鍍硬鉻（鍍層厚0.04-0.06mm），或進行氮化和鍍鎳磷處理，以提高表面硬度。為防止螺母與螺栓咬

死，螺母一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時在螺紋表面涂二硫化鉬。

2、低溫閥墊片、填料材料的選用

隨著溫度降低，氟塑料收縮量很大，會使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料無法避免滲透性泄漏。橡膠對液化天

然氣有泡脹性，在低溫下不可采用。

在低溫閥門設計中，一方面由結構設計來保證使填料處于接近環(huán)境溫度下工作，例如，采用長頸閥蓋結構，使填料函離

低溫介質盡量遠些，另一方面在選擇填料時要考慮填料的低溫特性。低溫閥中一般采用浸漬聚四氟乙烯的石棉填料。

柔性石墨是新近發(fā)展起來的一種優(yōu)良的密封材料。這種材料對氣體、液體均不滲透，在厚度方向有10%-15%的彈性，

較低的緊固壓力就可達到密封。它還有自潤滑性，用作閥門填料可以防止填料與閥桿的磨損。