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                            高溫閥門5級高溫等級劃分

                            上海申弘閥門有限公司

 之前介紹高壓減壓閥，現(xiàn)在介紹高溫閥門的高溫等級和主體材料高溫閥門5級高溫等級劃分高溫工況主要包括亞高溫、高溫Ⅰ級、高溫Ⅱ級、高溫Ⅲ級、高溫Ⅳ級、高溫Ⅴ級，下面分別做介紹。 目前閥門行業(yè)對高溫閥門的高溫等級劃分，尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。我廠根據(jù)幾十年生產(chǎn)高溫閥門的經(jīng)驗將高溫等級劃分為5級。將閥門的工作溫度t>425~550℃（800~1000°F）定為高溫I級，簡稱PⅠ級。閥門工作溫度t>550~650℃（1000~1200下）定為高溫Ⅱ級，簡稱PⅢ級。閥門工作溫度t>650~730℃（1200~1350下）定為高溫Ⅲ級，簡稱PⅢ級。閥門工作溫度t> 730~816℃（1350~1500°F），稱其為高溫Ⅳ級，簡稱PⅣ級。閥門的工作溫度t>816℃（1500下）以上的溫度區(qū)域，稱為閥門的zui高溫度級，即高溫V級，簡稱PV級。

摘 要：介紹了高溫閥門的高溫等級劃分方法及各溫度等級高溫閥門的主體材料。

關(guān)鍵字：高溫閥門 高溫等級 主體材料

    1 高溫閥門5級高溫等級劃分概述

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥在一般資料中將閥門工作溫度t>450℃的閥門稱為高溫閥門。然而，僅以工作溫度t>450℃是很難詳細地區(qū)分各種溫度的高溫閥門的。低溫閥門通常按低溫介質(zhì)和與之相匹配的閥門主體材料分為-46℃級（液態(tài)丙烷）、-73℃ 級（液態(tài)丙烯、液態(tài)硫化氫）、-101℃級（液態(tài)乙烯）、-196℃級（液氮） 和-254℃級（液氫）。其中-46℃級閥門主體材料可用LCB和LCC， -73℃級可用LC2，-101℃級可用CF8、CF8C和LC3，-196℃級可用CF8、CF8M和LC9，-254℃級可用CF3M和CF8M等。與此相同的是不同溫度級別的高溫閥門也同低溫閥門一樣，它所用的閥門主體材料及內(nèi)件材料是不同的，甚至設(shè)計理念和方法也是有區(qū)別的。所以，為了確保高溫閥門能按其所對應(yīng)的高溫工況，科學(xué)合理地設(shè)計和選材，劃分閥門的高溫等級是*必要的。  

目前調(diào)節(jié)閥行業(yè)對高溫閥門的高溫等級劃分尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通常人們將工作溫度t>450℃的閥門稱為高溫閥門。然而，僅以工作溫度t>450℃是很難詳細地區(qū)分各種溫度的高溫閥門的。低溫閥門通常按低溫介質(zhì)和與之相匹配的閥門主體材料分為-46℃級（液態(tài)丙烷）、-73℃ 級（液態(tài)丙烯、液態(tài)硫化氫）、-101℃級（液態(tài)乙烯）、-196℃級（液氮） 和-254℃級（液氫）。其中-46℃級閥門主體材料可用LCB和LCC， -73℃級可用LC2，-101℃級可用CF8、CF8C和LC3，-196℃級可用CF8、CF8M和LC9，-254℃級可用CF3M和CF8M等。與此相同的是不同溫度級別的高溫閥門也同低溫閥門一樣，它所用的閥門主體材料及內(nèi)件材料是不同的，甚至設(shè)計理念和方法也是有區(qū)別的。所以，為了確保高溫閥門能按其所對應(yīng)的高溫工況，科學(xué)合理地設(shè)計和選材，劃分閥門的高溫等級是*必要的。
    我廠根據(jù)幾十年生產(chǎn)高溫閥門的經(jīng)驗將高溫等級劃分為5級。將閥門的工作溫度t>425~550℃（800~1000°F）定為高溫I級，簡稱PⅠ級。閥門工作溫度t>550~650℃（1000~1200下）定為高溫Ⅱ級，簡稱PⅢ級。閥門工作溫度t>650~730℃（1200~1350下）定為高溫Ⅲ級，簡稱PⅢ級。閥門工作溫度t> 730~816℃（1350~1500°F），稱其為高溫Ⅳ級，簡稱PⅣ級。閥門的工作溫度t>816℃（1500下）以上的溫度區(qū)域，稱為閥門的zui高溫度級，即高溫V級，簡稱PV級。
一、閥門分級方法
    閥門的高溫等級符號用P表示，是因為在20世紀(jì)70年代，我廠開發(fā)PI級和PⅡ級高溫閥門時，閥門的主體材料用的是ZG1Cr18Ni9Ti不銹耐熱鋼， 而該材料代號是用P來表示的。因此，用P加注羅馬數(shù)字腳碼表示高溫閥門的高溫等級。PⅢ級的上限溫度定在730℃ 是因為煉油廠目前所用的閥門zui高工作溫度為730℃，所以，就以730℃為PⅢ級高溫閥門的上限溫度。將PⅣ級的上限溫度定為816℃是因為閥門設(shè)計時選用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.34的壓力-溫度等級中提供參數(shù)的zui高工作溫度為1500°F（816℃），再高無標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)可選用。另外，溫度超過816℃以后，鋼就接近進入了鍛造溫度區(qū)域了，此時金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形，故將PⅣ級高溫閥門的上限溫度定為816℃ 。從PI級~PⅣ級，以華氏溫度表示時，PⅠ級>800~1000°F，PⅡ級>1000~1200°F，PⅠ級~PⅡ級每-級的溫度差均為200°F。PⅢ級>1200~1350°F，PⅣ級>1350~1500°F，PⅢ級~PⅣ級每一級的溫度差均為150°F。用于PV級高溫的閥門必須采用特殊的設(shè)計手段，方能保證閥門（作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門）在此溫度區(qū)域正常工作。在816℃以上，閥門的上作溫度的高低已不是關(guān)鍵參數(shù)了，因為采用的特殊設(shè)計手段的原理基本上是一樣的，所以，對PV級高溫閥門的工作溫度不設(shè)限溫度。
    “嚴(yán)格定義”的高溫閥門，其閥門的工作溫度高于425℃，主體材料采用高溫合金鋼或不銹耐熱鋼或Cr-Ni耐熱合金。但在實際應(yīng)用中，還經(jīng)常說到閥門主體材料為WCB（或A105）的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥等。需要指出它們是相對于用聚四氟乙烯和橡膠作密封圈時講的。例如，當(dāng)球閥的工作溫度高于150~180℃時，就不能用聚四氟乙烯做閥座了， 這時就要用對位聚苯（工作溫度t≤320℃）或金屬閥座了，此時稱該球閥為“高溫球閥”同樣，金屬硬密封蝶閥相對于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的軟密封蝶閥來講，它們耐溫高于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的蝶閥，因而稱其為“高溫蝶閥”。所以，工作溫度t≤425℃時的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥，只是說它們是相對于軟密封時為高溫，而不是“嚴(yán)格定義”上的高溫閥門。

    1、 亞高溫     
     亞高溫是指閥門的工作溫度在325～425℃區(qū)域。如果介質(zhì)是水和蒸汽時，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時，主要用具有抗硫化物腐蝕的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它們多用在煉油廠的常減壓裝置和延遲焦化裝置上，此時CF8、CF8M、CF3及CF3M材質(zhì)的閥門不是用于抗酸溶液腐蝕，而是用于含硫油品及油氣管路上。在此工況中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的zui高工作溫度上限為450℃。
 
    2、 高溫Ⅰ級     
     閥門的工作溫度為425～550℃時為高溫Ⅰ級(簡稱PI級)。PI級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅰ級中碳鉻鎳稀土鈦耐熱鋼”。因PI級是特定的稱呼，在這里包含了高溫不銹鋼(P)的概念。因此，如果工作介質(zhì)為水或蒸汽時，雖然也可用高溫鋼WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃)，在含硫油品時雖然也可用高溫鋼C5(ZG1Cr5Mo)，但在這里不能稱它們?yōu)镻I級。
 
    3、 高溫Ⅱ級     
     閥門的工作溫度為550～650℃，定為高溫Ⅱ級(簡稱為PⅡ級)。PⅡ級高溫閥門主要用于煉油廠的重油催化裂化裝置，它包含用在三旋噴嘴等部位的高溫襯里耐磨閘閥。PⅡ級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅱ級中碳鉻鎳稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。 
 
    4、 高溫Ⅲ級     
     閥門的工作溫度為650～730℃，定為高溫Ⅲ級(簡稱為PⅢ級)。PⅢ級高溫閥門主要是用在煉油廠的大型重油催化裂化裝置上。PⅢ級高溫閥門主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形的“高溫Ⅲ級中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。 

   5、 高溫Ⅳ級     
     閥門的工作溫度為730～816℃，定為高溫Ⅳ級(簡稱為PⅣ級)。將PⅣ級閥門的工作溫度上限定為816℃是因為閥門設(shè)計選用的標(biāo)準(zhǔn)ASMEB16134壓力-溫度等級中提供的zui高溫度為816℃(1500υ)。另外，工作溫度超過816℃以后，鋼就接近進入了鍛造溫度區(qū)域，此時金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形。PⅣ級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形“高溫Ⅳ級中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。CK-20及ASTMA182標(biāo)準(zhǔn)中F310(其中C含量≥01050%)及F310H等耐熱不銹鋼。 
 
    6、 高溫Ⅴ級     
     閥門的工作溫度>816℃以上，簡稱為PⅤ級,PⅤ級高溫閥門(作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門)必須采用特殊的設(shè)計手段，如襯隔熱襯里或通水或氣冷卻等，方能保證閥門的正常工作。所以，對PⅤ級高溫閥門的工作溫度上限不作規(guī)定，這是因為控制閥門的工作溫度不是僅靠材料，而是用特殊的設(shè)計手段來解決的，而設(shè)計手段的基本原理是一樣的。PⅤ級高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊設(shè)計方法等，選用合理的、能滿足該閥門的材料。在PⅤ級高溫閥門中，通常煙道插板閥或蝶閥的插板或蝶板常選用ASTMA297標(biāo)準(zhǔn)中的HK-30，HK-40高溫合金，它們能在1150℃以下抗氧化和還原性氣體中耐蝕，但不能承受沖擊和高壓載荷。

 
二、高溫閥門的主體材料
    從表1中可以看出，在PⅠ級時，321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。在PⅡ級也是321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。所以從選優(yōu)的角度，應(yīng)是321和321H不銹耐熱鋼。然而321和321H均是軋材，而且在美國沒有與之相對應(yīng)的鑄造合金的牌號。因為321其對應(yīng)的鑄造合金的牌號應(yīng)是CF8Ti，CF8Ti是指C≤0.08%的CF8型加鈦（Ti）的不銹鋼，它相當(dāng)于我國的ZG0Cr19Nil1Ti。321H其對應(yīng)的鑄造合金的牌號應(yīng)是CF10Ti，CF10Ti是指C≤0.10%的CF10型加鈦的高碳級不銹耐熱鋼，其相當(dāng)于我國的ZG1Cr18Ni9Ti。但由于美國既是貧鈦國，又是用鈦大國（鈦合金具有質(zhì)量輕、強度高、耐高溫及耐腐蝕等-系列優(yōu)點，因而被廣泛地用于高性能戰(zhàn)斗機和火箭等裝備上），所以，美國的穩(wěn)定型鑄造不銹耐熱鋼只用其較富有的合金元素鈮（Nb，有時也用Cb表示），即ASTM A351中的CF8C（CF8C中的C表示Cb），而沒有含Ti的鑄造不銹耐熱鋼。在不銹鋼及不銹耐熱鋼中加鈦和鈮的作用是一樣的，都是用Ti或Nb穩(wěn)定C，從而減少C與Cr反應(yīng)生成Cr23C6，并起細化晶粒，降低鋼中的有害雜質(zhì)和氣體等作用。CF8C其對應(yīng)的軋材鋼號為347。我國是貧鈮富鈦國，又因鈮的價格比鈦高，但Nb抗燒損性優(yōu)于Ti，故我國含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼主要用于制作不銹鋼及不銹耐熱鋼的焊條。在其他場合，很少用含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼，而廣泛用的是含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼。因此PI級和PⅡ級高溫閥門的主體材料可選用ZGOCrl9Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H。

但含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼的鑄造性能差，Ti又易形成碳硫化鈦夾雜物，降低鋼的塑性和沖擊韌性，并易形成刀口腐蝕等，所以，現(xiàn)在美國很少生產(chǎn)含Ti的321型不銹鋼。有資料介紹，美國盡管仍保留了低碳級的0Cr19Ni11Ti（321），但其產(chǎn)量僅占其不銹鋼的0.7%~1.5%。因此，PI級和PⅡ級通常選用CF8、304和304H型不銹耐熱鋼。
  表2中列出了閥門生產(chǎn)中所用的幾種型號的Cr-Mo高溫鋼在800~1000°F （427~538℃）時，即高溫工級（PI）區(qū)間的壓力-溫度額定值。從表2中可見，在1000°F（538℃）時，鑄鋼WC9的壓力-溫度額定值zui高，鑄鋼WC6次之。用作閥門主體材料時，又由于它們的工作溫度較其他鋼號的高（WC1≤450℃；WC4≤480℃；WC5≤500℃；WC6≤540℃；WC9≤570℃）。所以，在閥門設(shè)計和生產(chǎn)時主要采用ASTM A217標(biāo)準(zhǔn)中WC6和WC9這兩種低Cr的Cr-Mo高溫鑄鋼，而其他型號的低鉻（或低鉻和鎳）的Cr-Mo鑄鋼較少使用。但因WC6和WC9的含Cr量較低，不具有抗硫腐蝕的性能，所以，僅適用于工作介質(zhì)為水和蒸汽的工況中。

    C5（ASTM A217中鑄鋼鉻五鉬鋼號，相當(dāng)于我國的ZG1Cr5Mo）具有一定的抗氧化、抗硫腐蝕及抗氫腐蝕的功能。在原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT 176-77的“推薦附錄”中提出了20X5MJI（原蘇聯(lián)的鑄鋼鉻五鉬的鋼號，相當(dāng)于我國的ZG2Cr5Mo）的主要性能是在含有硫化物熱石油介質(zhì)中耐蝕耐熱600℃以下。該標(biāo)準(zhǔn)又在其用途舉例中明確指出它用于“在550℃以下承壓的石油介質(zhì)中工作的石油加工設(shè)備配件、爐具、閥門以及其他零件”。這是對鑄鋼鉻五鉬閥門工作介質(zhì)和工作溫度及性能在標(biāo)準(zhǔn)中所作出的zui全面的敘述。由于鉻五鉬具有上述的功能，加之其成本較高鉻鎳的不銹耐熱鋼低，所以，在閥門生產(chǎn)中鑄鋼鉻五鉬是在Cr-Mo系高溫鑄鋼中應(yīng)用zui多的鋼號。
因此，WC6、WC9（用于介質(zhì)為水和蒸汽）和C5（用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品）等也是PⅠ高溫閥門的主體材料之一。

    在PⅢ級和PⅣ級溫度下，CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)值zui高（表1），所以，PⅢ級和PⅣ級高溫閥門的主體材料可選用CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼。CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼（Cr25Ni20），由于其Cr、Ni含量高，在高溫時其抗腐蝕和抗氧化性能均優(yōu)于其他不銹耐熱鋼，同時其在高溫下抗蠕變性能及抗高溫斷裂的應(yīng)力等也優(yōu)于其他的不銹耐熱鋼。但在1500°F時，310的“不加火壓力容器”的zui大許用應(yīng)力zui低（表3），材料價格高。通常及科研用PⅣ級高溫閥門多傾向選用CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼。
以上介紹了各高溫等級的閥門主體材料選用的鋼號等， 然而各高溫等級的閥門內(nèi)件、緊固連接件及填料和墊片等又有嚴(yán)格的要求且有很大的差異。
    高溫閥門用不銹耐熱鋼（包括用于高溫閥門的鉻-鉬高溫鑄鋼）的化學(xué)成分設(shè)計和控制（工廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)），其鑄造、冶煉及熱處理技術(shù)是關(guān)鍵， 高溫閥門的質(zhì)量主要是所用的材料的質(zhì)量。在石化工業(yè)中使用的高溫不銹耐熱鋼，應(yīng)采用電弧爐冶煉。在電弧爐冶煉時，應(yīng)對高溫不銹耐熱鋼進行充分地脫硫和脫磷，除渣及除氣精煉、凈化晶界和細化晶粒， 提高抗高溫蠕變等功能。通常用于防腐蝕的未采用抗高溫的特殊冶煉工藝措施的CF8和CF8M不銹鋼，不宜用作抗高溫的耐熱不銹鋼。

    高溫閥門的高溫等級共分五級，即閥門工作溫度t>425~550℃ 為PⅠ級， 工作溫度t>550~650℃為PH級，工作溫度t>650~730℃為PⅢ級，工作溫度t>730~816℃為PⅣ級，工作溫度t>816℃為PV級。PI級和PⅡ級高溫閥門的主體材料可選用ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H或CF8、304和304H等不銹耐熱鋼。PI級高溫閥門若用于介質(zhì)為水和蒸汽時，可選用WC6和WC9若用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品時，可選用CS（ZG1Cr5Mo）等Cr-Mo高溫鋼。PⅢ和PⅣ級可選用CFSM、316和316H不銹耐熱鋼。PⅣ級也可選用CK-20、310和310H高鉻鎳不銹耐熱鋼。PⅤ級高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊的設(shè)計方法等選用合理的能滿足該閥門使用的材料。但高溫閥門使用的Cr-Mo耐熱鋼應(yīng)采用電弧爐冶煉，并應(yīng)采用抗高溫的冶煉工藝。

    2 分級方法

    閥門的高溫等級符號用P表示，是因為在20世紀(jì)70年代，我廠開發(fā)PI級和PⅡ級高溫閥門時，閥門的主體材料用的是ZG1Cr18Ni9Ti不銹耐熱鋼， 而該材料代號是用P來表示的。因此，用P加注羅馬數(shù)字腳碼表示高溫閥門的高溫等級。PⅢ級的上限溫度定在730℃ 是因為煉油廠目前所用的閥門zui高工作溫度為730℃，所以，就以730℃為PⅢ級高溫閥門的上限溫度。將PⅣ級的上限溫度定為816℃是因為閥門設(shè)計時選用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.34的壓力-溫度等級中提供參數(shù)的zui高工作溫度為1500°F（816℃），再高無標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)可選用。另外，溫度超過816℃以后，鋼就接近進入了鍛造溫度區(qū)域了，此時金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形，故將PⅣ級高溫閥門的上限溫度定為816℃ 。從PI級~PⅣ級，以華氏溫度表示時，PⅠ級>800~1000°F，PⅡ級>1000~1200°F，PⅠ級~PⅡ級每-級的溫度差均為200°F。PⅢ級>1200~1350°F，PⅣ級>1350~1500°F，PⅢ級~PⅣ級每一級的溫度差均為150°F。用于PV級高溫的閥門必須采用特殊的設(shè)計手段，方能保證閥門（作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門）在此溫度區(qū)域正常工作。在816℃以上，閥門的上作溫度的高低已不是關(guān)鍵參數(shù)了，因為采用的特殊設(shè)計手段的原理基本上是一樣的，所以，對PV級高溫閥門的工作溫度不設(shè)限溫度。

    “嚴(yán)格定義”的高溫閥門，其閥門的工作溫度高于425℃，主體材料采用高溫合金鋼或不銹耐熱鋼或Cr-Ni耐熱合金。但在實際應(yīng)用中，還經(jīng)常說到閥門主體材料為WCB（或A105）的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥等。需要指出它們是相對于用聚四氟乙烯和橡膠作密封圈時講的。例如，當(dāng)球閥的工作溫度高于150~180℃時，就不能用聚四氟乙烯做閥座了， 這時就要用對位聚苯（工作溫度t≤320℃）或金屬閥座了，此時稱該球閥為“高溫球閥”同樣，金屬硬密封蝶閥相對于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的軟密封蝶閥來講，它們耐溫高于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的蝶閥，因而稱其為“高溫蝶閥”。所以，工作溫度t≤425℃時的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥，只是說它們是相對于軟密封時為高溫，而不是“嚴(yán)格定義”上的高溫閥門。

    3 高溫閥門的主體材料

    從表1中可以看出，在PⅠ級時，321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。在PⅡ級也是321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。所以從選優(yōu)的角度，應(yīng)是321和321H不銹耐熱鋼。然而321和321H均是軋材，而且在美國沒有與之相對應(yīng)的鑄造合金的牌號。因為321其對應(yīng)的鑄造合金的牌號應(yīng)是CF8Ti，CF8Ti是指C≤0.08%的CF8型加鈦（Ti）的不銹鋼，它相當(dāng)于我國的ZG0Cr19Nil1Ti。321H其對應(yīng)的鑄造合金的牌號應(yīng)是CF10Ti，CF10Ti是指C≤0.10%的CF10型加鈦的高碳級不銹耐熱鋼，其相當(dāng)于我國的ZG1Cr18Ni9Ti。但由于美國既是貧鈦國，又是用鈦大國（鈦合金具有質(zhì)量輕、強度高、耐高溫及耐腐蝕等-系列優(yōu)點，因而被廣泛地用于高性能戰(zhàn)斗機和火箭等裝備上），所以，美國的穩(wěn)定型鑄造不銹耐熱鋼只用其較富有的合金元素鈮（Nb，有時也用Cb表示），即ASTM A351中的CF8C（CF8C中的C表示Cb），而沒有含Ti的鑄造不銹耐熱鋼。在不銹鋼及不銹耐熱鋼中加鈦和鈮的作用是一樣的，都是用Ti或Nb穩(wěn)定C，從而減少C與Cr反應(yīng)生成Cr23C6，并起細化晶粒，降低鋼中的有害雜質(zhì)和氣體等作用。CF8C其對應(yīng)的軋材鋼號為347。我國是貧鈮富鈦國，又因鈮的價格比鈦高，但Nb抗燒損性優(yōu)于Ti，故我國含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼主要用于制作不銹鋼及不銹耐熱鋼的焊條。在其他場合，很少用含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼，而廣泛用的是含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼。因此PI級和PⅡ級高溫閥門的主體材料可選用ZGOCrl9Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H。

    但含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼的鑄造性能差，Ti又易形成碳硫化鈦夾雜物，降低鋼的塑性和沖擊韌性，并易形成刀口腐蝕等，所以，現(xiàn)在美國很少生產(chǎn)含Ti的321型不銹鋼。有資料介紹，美國盡管仍保留了低碳級的0Cr19Ni11Ti（321），但其產(chǎn)量僅占其不銹鋼的0.7%~1.5%。因此，PI級和PⅡ級通常選用CF8、304和304H型不銹耐熱鋼。

表1 常用的不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值比較[1]

    注：（1）僅用于焊連接閥門，法蘭連接的額定值溫度為1000°F；
        （2）在溫度超過1000℃工況，僅當(dāng)碳含量等于高于0.04%時才使用。

    表2中列出了閥門生產(chǎn)中所用的幾種型號的Cr-Mo高溫鋼在800~1000°F （427~538℃）時，即高溫工級（PI）區(qū)間的壓力-溫度額定值。從表2中可見，在1000°F（538℃）時，鑄鋼WC9的壓力-溫度額定值zui高，鑄鋼WC6次之。用作閥門主體材料時，又由于它們的工作溫度較其他鋼號的高（WC1≤450℃；WC4≤480℃；WC5≤500℃；WC6≤540℃；WC9≤570℃）。所以，在閥門設(shè)計和生產(chǎn)時主要采用ASTM A217標(biāo)準(zhǔn)中WC6和WC9這兩種低Cr的Cr-Mo高溫鑄鋼，而其他型號的低鉻（或低鉻和鎳）的Cr-Mo鑄鋼較少使用。但因WC6和WC9的含Cr量較低，不具有抗硫腐蝕的性能，所以，僅適用于工作介質(zhì)為水和蒸汽的工況中。

    C5（ASTM A217中鑄鋼鉻五鉬鋼號，相當(dāng)于我國的ZG1Cr5Mo）具有一定的抗氧化、抗硫腐蝕及抗氫腐蝕的功能。在原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT 176-77的“推薦附錄”中提出了20X5MJI（原蘇聯(lián)的鑄鋼鉻五鉬的鋼號，相當(dāng)于我國的ZG2Cr5Mo）的主要性能是在含有硫化物熱石油介質(zhì)中耐蝕耐熱600℃以下。該標(biāo)準(zhǔn)又在其用途舉例中明確指出它用于“在550℃以下承壓的石油介質(zhì)中工作的石油加工設(shè)備配件、爐具、閥門以及其他零件”。這是對鑄鋼鉻五鉬閥門工作介質(zhì)和工作溫度及性能在標(biāo)準(zhǔn)中所作出的zui全面的敘述。由于鉻五鉬具有上述的功能，加之其成本較高鉻鎳的不銹耐熱鋼低，所以，在閥門生產(chǎn)中鑄鋼鉻五鉬是在Cr-Mo系高溫鑄鋼中應(yīng)用zui多的鋼號。

表2 常用的鉻-鉬高溫鋼的壓力-溫度額定值比較[1]

    因此，WC6、WC9（用于介質(zhì)為水和蒸汽）和C5（用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品）等也是PⅠ高溫閥門的主體材料之一。

    在PⅢ級和PⅣ級溫度下，CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)值zui高（表1），所以，PⅢ級和PⅣ級高溫閥門的主體材料可選用CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼。CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼（Cr25Ni20），由于其Cr、Ni含量高，在高溫時其抗腐蝕和抗氧化性能均優(yōu)于其他不銹耐熱鋼，同時其在高溫下抗蠕變性能及抗高溫斷裂的應(yīng)力等也優(yōu)于其他的不銹耐熱鋼。但在1500°F時，310的“不加火壓力容器”的zui大許用應(yīng)力zui低（表3），材料價格高。通常及科研用PⅣ級高溫閥門多傾向選用CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼。

表3 常用的不銹耐熱鋼在（1500°F）816℃時高溫力學(xué)性能[2]

    *：在（美國）“不銹鋼手冊” 的原譯文中翻譯為“不受熱”。

    以上介紹了各高溫等級的閥門主體材料選用的鋼號等， 然而各高溫等級的閥門內(nèi)件、緊固連接件及填料和墊片等又有嚴(yán)格的要求且有很大的差異。

    高溫閥門用不銹耐熱鋼（包括用于高溫閥門的鉻-鉬高溫鑄鋼）的化學(xué)成分設(shè)計和控制（工廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)），其鑄造、冶煉及熱處理技術(shù)是關(guān)鍵， 高溫閥門的質(zhì)量主要是所用的材料的質(zhì)量。在石化工業(yè)中使用的高溫不銹耐熱鋼，應(yīng)采用電弧爐冶煉。在電弧爐冶煉時，應(yīng)對高溫不銹耐熱鋼進行充分地脫硫和脫磷，除渣及除氣精煉、凈化晶界和細化晶粒， 提高抗高溫蠕變等功能。通常用于防腐蝕的未采用抗高溫的特殊冶煉工藝措施的CF8和CF8M不銹鋼，不宜用作抗高溫的耐熱不銹鋼。

    4 結(jié)語

    高溫閥門的高溫等級共分五級，即閥門工作溫度t>425~550℃ 為PⅠ級， 工作溫度t>550~650℃為PH級，工作溫度t>650~730℃為PⅢ級，工作溫度t>730~816℃為PⅣ級，工作溫度t>816℃為PV級。PI級和PⅡ級高溫閥門的主體材料可選用ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H或CF8、304和304H等不銹耐熱鋼。PI級高溫閥門若用于介質(zhì)為水和蒸汽時，可選用WC6和WC9若用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品時，可選用CS（ZG1Cr5Mo）等Cr-Mo高溫鋼。PⅢ和PⅣ級可選用CFSM、316和316H不銹耐熱鋼。PⅣ級也可選用CK-20、310和310H高鉻鎳不銹耐熱鋼。PⅤ級高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊的設(shè)計方法等選用合理的能滿足該閥門使用的材料。但高溫閥門使用的Cr-Mo耐熱鋼應(yīng)采用電弧爐冶煉，并應(yīng)采用抗高溫的冶煉工藝。與本文相關(guān)的論文：電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開關(guān)量控制