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, 對強堿及流動的海水也具有優(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)長時間(超過10m in) 時效后, 會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化元素的固溶強化合金, 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- 鉻固溶強化合金, 化學(xué)成分如表4所示。一般合金中鎳質(zhì)量分數(shù)不低于30% , 而(鎳+鐵)質(zhì)量分數(shù)不低于65% , 因此825合金有時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℃為材料的嚴重敏化溫度范圍。
Inconel718合金是時效強化的鎳鐵鉻基變形高溫合金, 在650℃以下的強度居高溫合金之首, 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, 同時鋁、銅、硼元素與碳形成各種碳化物使合金的熱強性大大提高。合金的強度主要來源于基體中均勻分布的強化相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℃以上使用時合金中的主要強化相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)計生產(chǎn)帶來很多困難。例如雙相不銹鋼, 屈強比(屈服強度/抗拉強度) 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系奧氏體不銹鋼嚴重。當波紋管的外徑與內(nèi)徑的比超過一定值時, 要采取兩次成型及兩次固溶處理的方法進行波紋管成型。同樣, 鈦的抗拉強度與其屈服強度接近, 在波紋管成型時塑性變形差。同時, 鈦的屈服極限與彈性模量的比值大, 使鈦成型時的回彈能力大。用這樣的材料制造的波紋管, 成型后的回彈量很難預(yù)測和計算, 通過整形的方法幾何尺寸也很難滿足最初的設(shè)計方案。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, 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度與伸長率與母材相當。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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