閥門用的幾種特種材料波紋管
特種材料
(1) N i - Cu合金
約含70% N i和30% Cu 的鎳銅合金素以蒙乃爾(M onel) 之名著稱。典型的M onel400 合金的化學(xué)成分如表2所示。Monel合金主要用于弱還原性溶劑, 特別是氫氟酸, 對(duì)強(qiáng)堿及流動(dòng)的海水也具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。M onel合金也適用于干燥氯氣、氯化氫氣、高溫氯氣(425℃) 及高溫氯化氫( 450℃) 等介質(zhì)。
Mone l在潮濕的環(huán)境中會(huì)受到氧化性酸類、氯化物和銨鹽的浸蝕, 所以在氧化性的水溶液中不耐蝕。另外, 它在熔融性苛性堿中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。Mo2nel合金的適宜工作溫度為480℃以下。
(2) Ni-Cr-Mo合金
含鉬的鎳基合金, 也稱哈氏合金。哈氏C -276合金因具有優(yōu)異的綜合性能, 既可以用于氧化介質(zhì)又可用于還原介質(zhì)的環(huán)境當(dāng)中, 因此被廣泛的應(yīng)用。C - 276合金主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽, 在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。C - 276并不具備足夠的熱穩(wěn)定性, 在650～1 090℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間(超過10m in) 時(shí)效后, 會(huì)在晶界析出碳化物或金屬間化合物, 造成晶間腐蝕。C - 276合金的化學(xué)成分如表3所示。Incone l625合金是一種含有大量鉻( 20W t% ～25W t% ) 、鉬( 8W t% ～10W t% ) 、鐵(5W t% ) 、并以鈮(315W t% ～415W t% ) 為主要添加元素的鎳鐵基奧氏體變形合金, 化學(xué)成分如表3所示。625合金中加入鈮提高了抗晶間腐蝕的熱穩(wěn)定性。鉻含量較C - 276合金高, 提高了合金在許多強(qiáng)氧化性介質(zhì)中的耐蝕性, 如沸騰的硝酸。625合金以鉬和鈮為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化合金, 使用溫度一般不超過650℃。
(3) NI-Fe-Cr合金
Incoloy825合金是一種添加了鉬、銅和鈦的鎳- 鐵- 鉻固溶強(qiáng)化合金, 化學(xué)成分如表4所示。一般合金中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于30% , 而(鎳+鐵)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于65% , 因此825合金有時(shí)又被稱為鎳鐵基合金。825合金主要用于抗氧化性介質(zhì)的腐蝕。由于材料中加入鈦元素, 其穩(wěn)定性大大提高, 并且由于有較低的碳含量, 從而避免了正常使用的腐蝕性環(huán)境中由于焊接熱影響區(qū)中碳化物沉淀而受到浸蝕。合金中的鎳含量足以使之抗奧氏體所受到的應(yīng)力腐蝕開裂。825 使用溫度一般不超過550℃, 650～760℃為材料的嚴(yán)重敏化溫度范圍。
Inconel718合金是時(shí)效強(qiáng)化的鎳鐵鉻基變形高溫合金, 在650℃以下的強(qiáng)度居高溫合金之首, 并具有良好的抗熱疲勞、抗氧化、抗輻射和冷、熱加工性能, 是應(yīng)用最為廣泛的高溫合金之一, 化學(xué)成分如表4所示。合金是在固溶合金基礎(chǔ)上, 通過填加較多的A l、Ti和N b 等元素而發(fā)展成的。這些元素除強(qiáng)化固溶體外, 還與鎳結(jié)合形成共格穩(wěn)定、成分復(fù)雜的金屬間化合物, 同時(shí)鋁、銅、硼元素與碳形成各種碳化物使合金的熱強(qiáng)性大大提高。合金的強(qiáng)度主要來源于基體中均勻分布的強(qiáng)化相γ″及少量的γ’, 在650℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和抗蠕變性能, 在650℃以上使用時(shí)合金中的主要強(qiáng)化相γ″易于粗化和轉(zhuǎn)化為δ相使合金性能降低或失效。
(4) 雙相不銹鋼
雙相不銹鋼由奧氏體和鐵素體約各占50%的組織組成, 奧氏體的存在降低了高鉻鐵素體鋼的脆性和氫脆, 提高了雙相不銹鋼的韌性。鐵素體存在提高了奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度、抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的能力。
雙相不銹鋼在氯化物、硫化物中具有高的抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力, 有效地解決了長(zhǎng)期以來困擾奧氏體不銹鋼因局部腐蝕所致的失效問題。使用量較大的SA F2205雙相不銹鋼的化學(xué)成分如表5所示,該材料存在475℃脆性溫度區(qū), 使用溫度一般不超過300℃。
(5) 鈦
鈦是一種鈍化傾向很強(qiáng)的金屬, 極易與氧反應(yīng)而在其表面生成一層氧化膜。在許多腐蝕性介質(zhì)中, 這種氧化膜是很穩(wěn)定的, 較難溶解, 即使遭到破壞, 只要有充足的氧, 也能迅速自動(dòng)恢復(fù)。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性。工業(yè)純鈦TA 2的化學(xué)成分如表6所示。
ASM E把變形工業(yè)純鈦及低合金鈦的應(yīng)用溫度上限設(shè)定為316℃。
成型特性
液壓冷成型制造波紋管的方法要求材料具有良好的塑性, 并通過隨后的處理得到高的彈性和強(qiáng)度。然而很多特殊材料并不具備這樣的特性, 給波紋管設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來很多困難。例如雙相不銹鋼, 屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度) 高, 冷成型回彈量較300系奧氏體不銹鋼大, 冷作硬化傾向較300系奧氏體不銹鋼嚴(yán)重。當(dāng)波紋管的外徑與內(nèi)徑的比超過一定值時(shí), 要采取兩次成型及兩次固溶處理的方法進(jìn)行波紋管成型。同樣, 鈦的抗拉強(qiáng)度與其屈服強(qiáng)度接近, 在波紋管成型時(shí)塑性變形差。同時(shí), 鈦的屈服極限與彈性模量的比值大, 使鈦成型時(shí)的回彈能力大。用這樣的材料制造的波紋管, 成型后的回彈量很難預(yù)測(cè)和計(jì)算, 通過整形的方法幾何尺寸也很難滿足最初的設(shè)計(jì)方案。因此, 有些特殊材料雖然可以用來制造波紋管卻很難得到普遍的應(yīng)用。用戶在選用波紋管時(shí), 應(yīng)綜合考慮閥門介質(zhì)的腐蝕性能、溫度、壓力等盡量選用成型性能好的材料。
焊接特性
液壓波紋管用無縫管坯或有縱向焊縫的有縫管坯制成, 有縫管坯要求焊接接頭的屈服強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率與母材相當(dāng)。焊接波紋管是把預(yù)先沖制的環(huán)狀膜片沿其內(nèi)外邊緣交替焊接而制成。閥門用波紋管兩端一般需要以各種接口形式與法蘭或閥桿等結(jié)構(gòu)件焊接, 這些結(jié)構(gòu)件有時(shí)與波紋管材料并不相同。因此, 閥門用波紋管的材料本身要具有良好的焊接性能, 在與閥桿等結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)應(yīng)具有可焊性。與波紋管焊接的結(jié)構(gòu)件應(yīng)盡量選用與波紋管相同的材料或性能接近、可焊性良好的異種材料。
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