上海申弘閥門有限公司
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不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝
大部分Cr - Ni 奧氏體不銹鋼在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài), 而在超低溫范圍內(nèi)會因晶格畸變而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體開始轉(zhuǎn)變時的溫度即為馬氏體轉(zhuǎn)變點(亦稱相變點) , 用符號Ms 來表示。Ms 點的溫度主要取決于固溶在奧氏體內(nèi)合金元素的量。
當(dāng)奧氏體不銹鋼的工作溫度等于或低于其馬氏體轉(zhuǎn)變點Ms 時, 就會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。因馬氏體的比容比奧氏體的大, 由此而引起的體積膨脹和組織應(yīng)力會使零件尺寸發(fā)生變化, 最終導(dǎo)致閥門泄漏。為防止材料在使用過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變, 需對其進行深冷處理。
深冷處理是將奧氏體不銹鋼材料浸在冷卻劑中進行冷卻、保冷, 使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的一種工藝方法。深冷處理可使材料預(yù)先進行馬氏體轉(zhuǎn)變, 以保證在使用中的組織穩(wěn)定性。深冷處理一般在零件的精加工之前進行。深冷處理的溫度應(yīng)以材料的Ms 點為依據(jù)。材料不同, Ms 點各異。即使是同一牌號的材料, 由于批次(或爐號) 的不同, 其Ms 點也各不相同, 而且差別很大。有的在超低溫范圍的上限附近即可產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體的轉(zhuǎn)變量隨溫度的降低而增加, 為確保工件在使用過程中的組織穩(wěn)定性, 深冷處理所用介質(zhì)的溫度需等于或低于閥門工作溫度。深冷處理的冷卻介質(zhì)多采用液氮或液氦等溶液。可根據(jù)閥門使用溫度來確定。浸在深冷介質(zhì)中的零件達到介質(zhì)溫度(介質(zhì)表面所冒氣泡消失) 時, 即可計算保冷時間。根據(jù)實踐經(jīng)驗, 保冷1～2h 即能達到處理目的。時間過長, 對馬氏體的轉(zhuǎn)變無明顯影響。保冷結(jié)束即可將零件取出在空氣中放冷至常溫。
經(jīng)過一次深冷處理后, 奧氏體不銹鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變基本完成, 一般情況下可以滿足使用要求。對于密封性要求較嚴或靠介質(zhì)壓力密封的超低溫止回閥, 可增加深冷處理的次數(shù)。
適用于介質(zhì)溫度-46℃～ -196℃的閥門稱之為低溫閥門。
低溫閥門包括低溫球閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫安全閥、低溫止回閥，低溫蝶閥，低溫針閥，低溫節(jié)流閥，低溫減壓閥等，主要用于乙烯，液化天然氣裝置，天然氣LPG LNG儲罐，接受基地及衛(wèi)星站，空分設(shè)備，石油化工尾氣分離設(shè)備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態(tài)低溫介質(zhì)如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數(shù)百倍。
液化天然氣閥門的材料非常重要，材質(zhì)不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內(nèi)漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導(dǎo)致液化天然氣介質(zhì)泄漏引起爆炸。因此，在開發(fā)、設(shè)計、研制液化天然氣閥門的過程中，材質(zhì)是首要關(guān)鍵的問題。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu):
1．設(shè)計：API6D、JB/T7749
2．閥門常規(guī)檢查和試驗：按API598標(biāo)準(zhǔn)。
3．閥門低溫檢查和試驗：按JB/T7749。
4．驅(qū)動方式：手動、傘齒輪傳動及電動驅(qū)動裝置。
5．閥座形式：閥座采用焊接結(jié)構(gòu)，密封面堆焊鈷基硬質(zhì)合金，保證閥門的密封性能。
6．閘板采用彈性結(jié)構(gòu)，在進壓端設(shè)計卸壓孔。
7．單向密封的閥門閥體上標(biāo)有流向標(biāo)志。
8．低溫球閥、閘閥、截止閥，蝶閥采用長頸結(jié)構(gòu)，以保護填料。
9．超低溫球閥標(biāo)準(zhǔn)：JB/T8861-2004
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝產(chǎn)品規(guī)格和設(shè)計參數(shù):
1．壓力等級：150, 300, 600Lb, 900LB, 1500LB(45MPa)
2．閥門通徑：15～1200mm (1/2～48" )。
3．連結(jié)形式：法蘭式 , 焊接式 , 螺紋。
4．閥門材料：LCB , LC3 , CF8。
5．工作溫度：-46℃, -101℃, -196℃, -253℃
6．適用介質(zhì)：液化天然氣, 乙烯, 丙烯等。
7．驅(qū)動方式：手動, 傘齒輪傳動, 電動 。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝
閥門設(shè)計和選材時必須重點考慮的問題之一是閥門的工作溫度。為了規(guī)范閥門主體材料的適宜工作溫度, 從各種類型的閥門用鋼和合金牌號的材料性能方面對我國石油化工、化工、化肥、電力及冶金等行業(yè)用的閥門主體材料的適宜工作溫度及相關(guān)要求作出了明確的規(guī)定, 供閥門產(chǎn)品設(shè)計、制造及檢驗時用。另外, 從技術(shù)管理和生產(chǎn)管理及物資采購等方面考慮, 對每種類型的鋼應(yīng)選用綜合性能良好的, 不宜選用過多的鋼號和合金牌號, 以防造成混亂。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝材料選用：
超低溫閥門( - 254 (液氫) ～ - 101 ℃ (乙烯) ) 主體材料必須選用面心立方晶格的奧氏體不銹鋼、銅合金或鋁合金, 其熱處理后的低溫力學(xué)性能, 特別是低溫沖擊韌性必須達到標(biāo)準(zhǔn)的要求。下列奧氏體不銹鋼可用于制造超低溫閥門。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182F316 、F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、 316L 、304 、304L 和CF8D。超低溫閥門的閥體、閥蓋、閘板或閥瓣等在精加工前, 必須在液氮 ( - 196 ℃) 中進行深冷處理。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝材料選用:
適用于低溫閥門( - 100～ - 30 ℃) 的主體材料有低溫奧氏體不銹鋼和低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼。低溫用奧氏體不銹鋼有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182 F316、 F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、316L 、 304 、304L 和CF8D。低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼有ASTM A352 LCA ( - 32 ℃) 、LCB、LCC ( - 46 ℃) 、LC1 ( - 59 ℃) 、LC2 、LC211 ( - 73 ℃) 和LC3 ( - 100 ℃) 。ASTM A352 標(biāo)準(zhǔn)中的材料初級價格較低, 但是其冶煉時化學(xué)成分必須有可靠且要求十分嚴格的工廠內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。其熱處理工藝復(fù)雜, 需要多次作調(diào)質(zhì)處理, 方能達到標(biāo)準(zhǔn)要求的低溫沖擊韌性的要求, 生產(chǎn)周期長。低溫沖擊韌性達不到標(biāo)準(zhǔn)要求時, 不允許投料作低溫鋼使用。因此, 只有在生產(chǎn)批量大, 并且可成爐冶煉時才采用, 而在一般情況下選用奧氏體不銹鋼。
閥門工作介質(zhì)為水、蒸汽、空氣和油品等非腐蝕性物質(zhì)時, 一般采用碳素鋼。閥門用碳素鋼系指 ASTM A216 標(biāo)準(zhǔn)中的WCB、WCC 鑄鋼和ASTM A105 鍛鋼。閥門用碳素鋼適宜工作溫度為- 29～ 425 ℃。但是為了安全, 考慮到介質(zhì)的工作溫度有可能波動, 因此, 一般碳素鋼的使用溫度不應(yīng)超過 400 ℃。
閥門的主體材料日趨多樣化, 高參數(shù)化。閥門所對應(yīng)的工作介質(zhì)也更加復(fù)雜, 工作溫度要求更高。了解各類閥門用鋼及合金的性能及其適宜的工作溫度, 是設(shè)計、制造、采購及使用閥門的有關(guān)科技人員和操作者必須掌握的知識。特別是材料的使用溫度不能超過其適宜工作溫度, 否則會引起可怕的嚴重事故。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝制造和試驗:
低溫閥門的生產(chǎn)制定了嚴格的制造工藝和采用專用設(shè)備，對零件的加工進行嚴格的質(zhì)量控制。經(jīng)特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質(zhì)中數(shù)小時（2-6小時），以釋放應(yīng)力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時，因溫度變化造成變形而導(dǎo)致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經(jīng)過嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。
星站，空分設(shè)備，石油化工尾氣分離設(shè)備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態(tài)低溫介質(zhì)如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產(chǎn)品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數(shù)百倍。
液化天然氣閥門的材料非常重要，材質(zhì)不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內(nèi)漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導(dǎo)致液化天然氣介質(zhì)泄漏引起爆炸。因此，在開發(fā)、設(shè)計、研制液化天然氣閥門的過程中，材質(zhì)是首要關(guān)鍵的問題。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝深冷箱
1、深冷處理在什么時間進行
深冷處理必須在淬火后立即進行，特別是碳素鋼，否則達不到預(yù)期效果。這是因為淬火鋼的殘余奧氏體，如果在空氣中停留時間過長，便會使其趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，在冷處理時不易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。在冷處理過程中，由于殘余奧氏體的減少，馬氏體的增加，因而使工件硬度增加，體積增大，所以冷處理廣泛用于高碳鋼、高合金工具鋼制作的許多工件和滲碳零件。目的都是要得到高的硬度，如一些軸承、滲碳齒輪、等。
2、深冷處理的溫度及保溫時間的設(shè)定
深冷處理是將淬火至室溫的工件及時地放入低溫環(huán)境中，深冷處理的溫度根據(jù)工件質(zhì)量要求選擇(通常是至M2點以下)，當(dāng)工件達到冷處理溫度時，適當(dāng)保持1～2h(根據(jù)具體情況保持時間)，使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變盡可能一些，待它緩慢升溫至室溫，再進行回火處理。需要注意的是，在冷處理溫度的保持時間，以保證整個工件冷透為原則，主要決定于工件的幾何尺寸。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝在材料深冷處理過程中，有些事項是需要特別注意的，如：
1、對于形狀復(fù)雜、尺寸較大、容易變形開裂的工件，不要在溫度較高時直接進入已達冷處理溫度的設(shè)備中，應(yīng)先淬火冷至室溫，裝入冷處理設(shè)備后，與設(shè)備一起逐漸至冷處理溫度，以減小應(yīng)力，避免變形開裂。
2、冷處理之后，必須進行回火或時效(保溫4~10h)，獲得穩(wěn)定的回火馬氏體組織，并使少量的殘奧進一步轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定化，以消除淬火應(yīng)力。
3、在深冷處理時預(yù)防發(fā)生深冷裂痕(Subzero Crack)，深冷處理以淬火后即刻進行為原則，淬火后停留時間越久，殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變就會越艱難，但是淬火后立即深冷處理，由于淬火引起的應(yīng)力與殘留奧氏體轉(zhuǎn)變引起的應(yīng)力相重疊而發(fā)生與淬火裂痕相同的深冷處理裂痕，為了防止深冷處理裂痕的發(fā)生，好在深冷處理前作100~130℃之輕回火(注：輕回火應(yīng)為低溫短時回火)。
