机械化工钢制阀门常用主体材料李杰豪(中山铁王流体控制设备有限公司，广东 中山 528427)【摘 要】不同工况条件所选用的阀门主体材料是有所不同的，现阶段阀体材料较常选用普通碳钢、高低温钢、不锈钢等。本文简要分析了钢制阀门主体材料的类型与力学性能，并在此基础上以碳素钢为例进行了简要解析。【关键词】钢制阀门 主体材料 碳素钢1 钢制阀门主体材料类型钢制阀门常用的主体材料较多，根据工况条件不同大致可以分为四种，分别是普通碳钢、低温钢、高温钢与不锈钢。根据成型工艺不同，可以分为锻件、板材以及钢材。通常而言，阀体成型的方式若为铸造，如果遇到一些...

　　机械化工钢制阀门常用主体材料李杰豪(中山铁王流体控制设备有限公司，广东 中山 528427)【摘 要】不同工况条件所选用的阀门主体材料是有所不同的，现阶段阀体材料较常选用普通碳钢、高低温钢、不锈钢等。本文简要分析了钢制阀门主体材料的类型与力学性能，并在此基础上以碳素钢为例进行了简要解析。【关键词】钢制阀门 主体材料 碳素钢1 钢制阀门主体材料类型钢制阀门常用的主体材料较多，根据工况条件不同大致可以分为四种，分别是普通碳钢、低温钢、高温钢与不锈钢。根据成型工艺不同，可以分为锻件、板材以及钢材。通常而言，阀体成型的方式若为铸造，如果遇到一些高压工况，或者有特殊要求不能使用铸件阀体时，就需要按照实际情况采用锻件或锻焊等结构。对于阀门而言，变形合金和铸件在性能方面基本保持一致，差别在于化学成分的不同。这是因为在阀门性能得以保证前提条件下，铸件应该拥有更好的性能，才能方便加工。2 钢制阀门主体材料的力学性能2． 1 强度材料强度即抗压强度 O b 与屈服强度 O s ，通过拉伸试验能够测出来。其中 O b 表示的是金属材料可以负担起最大均匀塑性变形的应力。由于材料是因众多塑性变形而导致受损，因此 O b 不仅能够说其直观代表抵抗破坏力的抗力大小，更能够说其是代表材料抵抗大量塑性变形的抗力大小。屈服强度 O s 表示金属材料抵抗微量塑性变形的应力，即屈服点或是屈服级，不但是阀门设计还是全部机械设计力学性能的临界点。2． 2 塑性在破断之前，金属材料的塑性变化能力大小被称之为塑性，是以材料延伸率 与断面收缩率 这二者进行表示的。 与 两个的数值能够用以下式(1)与(2)确定。即式(1)为“ = L 1 － L 0 /L 0×100%”，式(2)为“ = F 0 － F n /F n × 100%”。在这两个式子中，L 0 表示的是拉伸试样原始标距长度，单位是毫米。L 1 表示的是拉伸试样破断后标间距的长度，以毫米为单位。F 0 表示的是拉伸试样原始截面积，以 mm 2 为单位，F n 表示的是拉伸试样破断处截面积，同样以 mm 2 作为单位。此式里面的所有数值都是经过拉伸试验测量出来的，所以测定金属材料强度指标的过程中也能够测量出其塑性指标。2． 3 硬度材料本身硬度呈现出金属材料对于塑性变形抵抗力的大小。通常而言硬度大小与抗拉强度 O b 存在着正比关系，属于材料抵抗最大塑性变形中的重要指标，对阀门密封性产生着非常巨大的影响。有硬度要求的时候能够在拉伸试验之前在其夹紧端进行，生产上使用比较多的就是布氏硬度与洛氏硬度这两者。对于碳钢与普通合金钢而言，硬度和抗拉强度存在着近似关系。当布氏硬度不超过 175 的时候，抗拉强度就为 3． 6 布氏硬度。当布氏硬度不低于 175 的时候，抗拉强度就为 3． 5 布氏硬度，即布氏硬度为 0． 3抗拉强度。2． 4 韧性强度与塑性以及硬度均是材料在静荷载下的力学性能指标，韧性代表着材料抵抗冲击力的指标。在阀门处工况条件时常受到冲击荷载作用或是有抗震要求的时候，则无法使用金属材料在静荷载作用下的性能指标对材料冲击抗力进行衡量，并需要使用韧性指标。韧性代表材料在破断之前可以在单位体积之内吸取到的能量大小，而且冲击荷载除了力之外还有作用时速度方面的问题。因此从某种角度而言，冲击荷载实际上就是一种能量荷载。通常使用冲击值或是 V 形缺口类型的冲击对该指标进行衡量，以“ K(J/cm 2 )亦或是 A kv (J)进行表示。对于冲击荷载而言，零件对其的抗力不仅是材料的冲击值，关键在于其体积大小，这和静载荷指标存在一定的差异，所以基于其受冲击荷载的条件要加强关注。金属材料四大力学性能指标主要就是指韧性、塑性、强度以及硬度这四者。其中里面能够真正意义上独立的则是塑性与强度这两者。塑性主要代表材料塑性变形能力，强度指的则是其塑性变形与破断这两大抗力。从某种程度上可以说硬度是强度的另一表达方式，强度与塑性这两者对硬度产生综合作用。所以一般情况下在对材料力学性能进行鉴别操作的时候，基本上都用强度与塑性作其最有影响力的两大指标。3 以碳素钢类型的钢制阀门常用主体材料为例进行解析在众多钢制阀门的主体材料里面，碳素钢因有着成本较低的特点，以及各项性能指标能够在诸多场合下达到工况条件相关标准的显著优势，使得其被大力推广与应用。3． 1 化学成分碳钢化学成分中 C 可以说是其中比较关键性的组成元素，直接影响着钢的金相组织与力学性能，根据 C 在其中的含量能够把碳钢划分成三种类型，主要包含了共析钢与过共析钢，还有亚共析钢。一般而言，里面共析钢的组织是珠光体，过共钢属于二次渗碳体 + 珠光体，而亚共析钢则是铁素体 + 珠光体。阀门主体材料是其中的亚共析钢类。这种类型的碳钢之中，组织里面的珠光体数量与含碳量多少存在正比关系，前者随后者的增强会不断增多，从而使得钢的强度与硬度也呈现出递增现象，但塑性与韧性指标却降低。除了 C，碳钢里面还包含了 Mn 这种有着非常强悍的脱氧能力的组成化学成分，其可以有效清除掉钢里面的 FeO，也能与 S 形成 MnS，从而也就促使钢的品质得以有效提升。除此之外，还具备一大特性，其还能够有效降低钢的脆性，进一步改进钢的热加工性能，并且 Mn 还可以溶于 Fe，形成含锰铁素体，能够对钢产生强化作用。此外，Mn 能够对碳钢性能产生积极作用，属于有益元素。除了以上化学成分，碳钢里面还包含了 Si、S、P 等成分。3． 2 铸件因阀门属承压装置，所以对材料质量要求严格，国内外通常制定了用于阀门主体材料碳钢铁铸件的相关标准。现在国际上使用较为频繁的属于 ASTM A216/A26M 里面的 WCC、WCB 与 WCA，里面 WCB 这种中等强度的可焊接碳素铸钢属于最为常用的，在强度有着高要求时，应该采用 WCC，这种里面含大量的 Mn，能够提高钢的强化作用，使得 O s 也会跟着提升。3． 3 锻件ASTM A105 是适用于阀门主体材料的碳钢锻件标准，在这些相关标准里面规定了材料的化学成分与力学性能，并对钢材的冶炼方式、制造要求、热处理方式等执行标准均有着相关规定。国内制定出适用于阀门主体材料要求的碳钢锻件标准中使用比较频繁的主要有 GB12228 － 89 与 JB4726 － 94。这两者无论是内容还是结构都非常不一样，其中 GB12228 是阀门用碳钢锻件的验收技术条件，其材料牌号与数据均引用的 GB699 标准的。而在 GB699 里面列出的 31 类碳钢材料，JB4726 却是压力容器用碳钢与低合金钢标准里面列出的 11 类材料仅 20 与 35 是碳钢。4 结语钢制阀门主体材料是可以根据适用工况条件与材料成型工艺形式这两种要求进行划分的。按照前者要求可以把其划分为普通碳钢、普通低温钢、高温钢以及不锈钢，根据后者的要求就划分成铸件、锻件、板材与管材这四种。可见钢制阀门的主体材料不仅比较多还很复杂，因此从事此工作的相关工作人员应对材料有一定程度的了解，熟悉掌握这些材料。参考文献:［1］郑云海，于国良． 钢制阀门常用主体材料［J］． 阀门，2004(03):15 ～34． 1 7