阀门用的几种特种材料波纹管
特种材料
(1) N i - Cu合金
约含70% N i和30% Cu 的镍铜合金素以蒙乃尔(M onel) 之名著称。典型的M onel400 合金的化学成分如表2所示。Monel合金主要用于弱还原性溶剂, 特别是氢氟酸, 对强碱及流动的海水也具有优良的耐腐蚀性能。M onel合金也适用于干燥氯气、氯化氢气、高温氯气(425℃) 及高温氯化氢( 450℃) 等介质。
Mone l在潮湿的环境中会受到氧化性酸类、氯化物和铵盐的浸蚀, 所以在氧化性的水溶液中不耐蚀。另外, 它在熔融性苛性碱中会产生应力腐蚀。Mo2nel合金的适宜工作温度为480℃以下。
(2) Ni-Cr-Mo合金
含钼的镍基合金, 也称哈氏合金。哈氏C -276合金因具有优异的综合性能, 既可以用于氧化介质又可用于还原介质的环境当中, 因此被广泛的应用。C - 276合金主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐, 在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。C - 276并不具备足够的热稳定性, 在650～1 090℃温度范围内长时间(超过10m in) 时效后, 会在晶界析出碳化物或金属间化合物, 造成晶间腐蚀。C - 276合金的化学成分如表3所示。Incone l625合金是一种含有大量铬( 20W t% ～25W t% ) 、钼( 8W t% ～10W t% ) 、铁(5W t% ) 、并以铌(315W t% ～415W t% ) 为主要添加元素的镍铁基奥氏体变形合金, 化学成分如表3所示。625合金中加入铌提高了抗晶间腐蚀的热稳定性。铬含量较C - 276合金高, 提高了合金在许多强氧化性介质中的耐蚀性, 如沸腾的硝酸。625合金以钼和铌为主要强化元素的固溶强化合金, 使用温度一般不超过650℃。
(3) NI-Fe-Cr合金
Incoloy825合金是一种添加了钼、铜和钛的镍- 铁- 铬固溶强化合金, 化学成分如表4所示。一般合金中镍质量分数不低于30% , 而(镍+铁)质量分数不低于65% , 因此825合金有时又被称为镍铁基合金。825合金主要用于抗氧化性介质的腐蚀。由于材料中加入钛元素, 其稳定性大大提高, 并且由于有较低的碳含量, 从而避免了正常使用的腐蚀性环境中由于焊接热影响区中碳化物沉淀而受到浸蚀。合金中的镍含量足以使之抗奥氏体所受到的应力腐蚀开裂。825 使用温度一般不超过550℃, 650～760℃为材料的严重敏化温度范围。
Inconel718合金是时效强化的镍铁铬基变形高温合金, 在650℃以下的强度居高温合金之首, 并具有良好的抗热疲劳、抗氧化、抗辐射和冷、热加工性能, 是应用最为广泛的高温合金之一, 化学成分如表4所示。合金是在固溶合金基础上, 通过填加较多的A l、Ti和N b 等元素而发展成的。这些元素除强化固溶体外, 还与镍结合形成共格稳定、成分复杂的金属间化合物, 同时铝、铜、硼元素与碳形成各种碳化物使合金的热强性大大提高。合金的强度主要来源于基体中均匀分布的强化相γ″及少量的γ’, 在650℃的温度范围内具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和抗蠕变性能, 在650℃以上使用时合金中的主要强化相γ″易于粗化和转化为δ相使合金性能降低或失效。
(4) 双相不锈钢
双相不锈钢由奥氏体和铁素体约各占50%的组织组成, 奥氏体的存在降低了高铬铁素体钢的脆性和氢脆, 提高了双相不锈钢的韧性。铁素体存在提高了奥氏体钢的屈服强度、抗晶间腐蚀和应力腐蚀的能力。
双相不锈钢在氯化物、硫化物中具有高的抗应力腐蚀开裂的能力, 有效地解决了长期以来困扰奥氏体不锈钢因局部腐蚀所致的失效问题。使用量较大的SA F2205双相不锈钢的化学成分如表5所示,该材料存在475℃脆性温度区, 使用温度一般不超过300℃。
(5) 钛
钛是一种钝化倾向很强的金属, 极易与氧反应而在其表面生成一层氧化膜。在许多腐蚀性介质中, 这种氧化膜是很稳定的, 较难溶解, 即使遭到破坏, 只要有充足的氧, 也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。工业纯钛TA 2的化学成分如表6所示。
ASM E把变形工业纯钛及低合金钛的应用温度上限设定为316℃。
成型特性
液压冷成型制造波纹管的方法要求材料具有良好的塑性, 并通过随后的处理得到高的弹性和强度。然而很多特殊材料并不具备这样的特性, 给波纹管设计生产带来很多困难。例如双相不锈钢, 屈强比(屈服强度/抗拉强度) 高, 冷成型回弹量较300系奥氏体不锈钢大, 冷作硬化倾向较300系奥氏体不锈钢严重。当波纹管的外径与内径的比超过一定值时, 要采取两次成型及两次固溶处理的方法进行波纹管成型。同样, 钛的抗拉强度与其屈服强度接近, 在波纹管成型时塑性变形差。同时, 钛的屈服极限与弹性模量的比值大, 使钛成型时的回弹能力大。用这样的材料制造的波纹管, 成型后的回弹量很难预测和计算, 通过整形的方法几何尺寸也很难满足最初的设计方案。因此, 有些特殊材料虽然可以用来制造波纹管却很难得到普遍的应用。用户在选用波纹管时, 应综合考虑阀门介质的腐蚀性能、温度、压力等尽量选用成型性能好的材料。
焊接特性
液压波纹管用无缝管坯或有纵向焊缝的有缝管坯制成, 有缝管坯要求焊接接头的屈服强度与伸长率与母材相当。焊接波纹管是把预先冲制的环状膜片沿其内外边缘交替焊接而制成。阀门用波纹管两端一般需要以各种接口形式与法兰或阀杆等结构件焊接, 这些结构件有时与波纹管材料并不相同。因此, 阀门用波纹管的材料本身要具有良好的焊接性能, 在与阀杆等结构件焊接时应具有可焊性。与波纹管焊接的结构件应尽量选用与波纹管相同的材料或性能接近、可焊性良好的异种材料。
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