1 引言

  在金屬斑紋管調(diào)節(jié)閥中，金屬斑紋管組件在閥桿與閥體內(nèi)的工藝流體之間供給了可軸向移動的金屬殼體，形成動嚴密封閉。斑紋管在承擔(dān)閥桿的壓縮與拉伸的同時承擔(dān)媒介的壓力、溫度和腐蝕，保證閥門在生存的年限周期內(nèi)成功實現(xiàn)零泄露。隨著斑紋管在閥門行業(yè)的存在廣泛應(yīng)用，對斑紋管的技術(shù)要求也不斷增長。閥門用金屬斑紋管不斷向耐高壓、耐高溫、耐腐蝕和長生存的年限方向進展。

  2 斑紋管材料要求

  2.1 基本要求

  適于出產(chǎn)斑紋管的材料務(wù)必具備令人滿意的范性、高的彈性極限、抗拉強度和疲乏強度，令人滿意的燒焊性能，牢穩(wěn)的彈性性能。奧氏體不銹鋼因具備這些個性能獨特的地方，被廣泛用于制作斑紋管。

  2.2 耐高壓

  耐壓是對閥門及斑紋管的基本要求，但隨著閥門壓力等級的升高，斑紋管壁厚增加和剛度加大，給閥門開啟及斑紋管制作都增加了困難程度。斑紋管出產(chǎn)廠家普通不僅純增加壁厚，而是經(jīng)過增加層數(shù)的辦法增長產(chǎn)品耐壓力，同時減低了斑紋管的軸向剛度，減小閥門開啟力。公稱壓力15MPa（900lb）以下的奧氏體不銹鋼材料斑紋管壁厚范圍普通為0.1～0.3mm，層數(shù)1～6層。該壓力等級下的斑紋管具備一定通用性，已形成系列產(chǎn)品。當(dāng)壓力達到25MPa（1500lb）以上時，要依據(jù)閥門跟前徑和辦公溫度挑選合宜的材料，由斑紋管專業(yè)出產(chǎn)廠家預(yù)設(shè)出產(chǎn)。

  2.3 耐腐蝕

  非金屬材料耐腐蝕性能良好，襯氟塑防腐閥門應(yīng)用廣泛，四氟斑紋管閥門也有一定的應(yīng)用領(lǐng)域。但因非金屬材料強度和耐熱性都較低，普通運用溫度不超過150℃，應(yīng)用范圍遭受限止。以304、316L為代表的奧氏體不銹鋼可以對付腐蝕性較弱的工況，但要抗?fàn)幚缏葔A行業(yè)的濕氯腐蝕以及其它刻薄腐蝕性工況時，務(wù)必認為合適而使用耐腐蝕性能良好的耐腐蝕合金材料。耐蝕合金的耐點蝕以及縫子腐蝕的有經(jīng)驗常用耐點腐當(dāng)量（PRE）值表征，PRE值依據(jù)式（1）計算。

  PRE值越高，合金的臨界縫子腐蝕溫度（CCT）和臨界點蝕溫度（CPT）越高。從表1可以看見，幾種耐蝕合金的PRE值較304和316L的PRE值高眾多。

  表1 材料的機械性能與抗點蝕當(dāng)量

  2.4 耐高溫

  辦公溫度高于450℃的閥門稱為高溫閥門。奧氏體不銹鋼的引薦辦公溫度無上為400℃，所以高溫閥門務(wù)必選用耐高溫合金材料。

  3 特殊的一種材料斑紋管

  3.1 特殊的一種材料

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  （1）Ni-Cu合金

  約含70百分之百Ni和30百分之百Cu的鎳銅合金素以蒙乃爾（Monel）之出名著作稱。典型的Monel400合金的化學(xué)成分如表2所示。

  Monel合金主要用于弱恢復(fù)性溶劑，尤其是氫氟酸，對烈性堿及流動的海水也具備良好的耐腐蝕性能。Monel合金也適合使用于干燥氯氣、氯化氫氣、高溫氯氣（425℃）及高溫氯化氫（450℃）等媒介。Monel在潮潤的背景中會遭受氧氣化性酸類、氯化物和銨鹽的浸蝕，所以在氧氣化性的水溶液中不耐蝕。額外，它在熔化性苛性堿中會萌生應(yīng)力腐蝕。Mo2nel合金的相宜辦公溫度為480℃以下。

  表2 Monel400合金化學(xué)成分 Wt百分之百

  （2）Ni-Cr-Mo合金

  含鉬的鎳基合金，也稱哈氏合金。哈氏C-276合金因具備特別好的綜合性能，既可以用于氧氣化媒介又可用于恢復(fù)媒介的背景之中，因為這個被廣泛的應(yīng)用。C-276合金主要耐濕氯、各種氧氣化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧氣化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有美好的耐蝕性能。C-276并不具有足夠的熱牢穩(wěn)性，在650～1090℃溫度范圍內(nèi)長時間（超過10min）時效后，會在晶界析出碳化合物或金屬間化合物，導(dǎo)致晶間腐蝕。C-276合金的化學(xué)成分如表3所示。Inconel625合金是一種包括數(shù)量多鉻（20Wt百分之百～25Wt百分之百）、鉬（8Wt百分之百～10Wt百分之百）、鐵（5Wt百分之百）、并以鈮（3.5Wt百分之百～4.5Wt百分之百）為主要添加元素的鎳鐵基奧氏體變型合金，化學(xué)成分如表3所示。625合金中參加鈮增長了抗晶間腐蝕的熱牢穩(wěn)性。鉻含量較C-276合金高，增長了合金在很多強氧氣化性媒介中的耐蝕性，如沸騰的硝鏹水。625合金以鉬和鈮為主好強化元素的固溶鞏固合金，運用溫度普通不超過650℃。

  表3 哈氏C-276與Inconel625合金的化學(xué)成分Wt百分之百

  （3）NI-Fe-Cr合金

  Incoloy825合金是一種添加了鉬、銅和鈦的鎳-鐵-鉻固溶鞏固合金，化學(xué)成分如表4所示。普通合金中鎳品質(zhì)分數(shù)不低于30百分之百，而（鎳+鐵）品質(zhì)分數(shù)不低于65百分之百，因為這個825合金有時候又被稱為鎳鐵基合金。825合金主要用于抗氧氣化性媒介的腐蝕。因為材料中參加鈦元素，其牢穩(wěn)性大大增長，況且因為有較低的碳含量，因此防止了正常運用的腐蝕性背景中因為燒焊熱影響區(qū)中碳化合物沉淀而遭受浸蝕。合金中的鎳含量完全可以使之抗奧氏體所遭受的應(yīng)力腐蝕出現(xiàn)裂縫。825運用溫度普通不超過550℃，650～760℃為材料的嚴重敏化溫度范圍。

  Inconel718合金是時效鞏固的鎳鐵鉻基變型高溫合金，在650℃以下的強度居高溫合金之首，并具備令人滿意的抗熱疲乏、抗氧氣化、抗輻射和冷、高溫加工性能，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，經(jīng)過填加較多的Al、Ti和Nb等元素而進展成的。這些個元素除鞏固固溶體外，還與鎳接合形成共格牢穩(wěn)、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合物使合金的熱強性大大增長。合金的強度主要出處于基體中平均散布的鞏固相″及小量的’，在650℃的溫度范圍內(nèi)具備令人滿意的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和抗蠕改變性別能，在650℃以上運用時合金中的主好強化相″便于粗化和轉(zhuǎn)化為相使合金性能減低或失去效力。

  表4 Inconel825與Inconel718的化學(xué)成分Wt百分之百

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  （4）雙相不銹鋼

  雙相不銹鋼由奧氏體和鐵素體約各占50百分之百的團體組成，奧氏體的存在減低了高鉻鐵素體鋼的脆性和氫脆，增長了雙相不銹鋼的韌性。鐵素體存在增長了奧氏體鋼的屈撓強度、抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的有經(jīng)驗。

  雙相不銹鋼在氯化物、硫化物中具備高的抗應(yīng)力腐蝕出現(xiàn)裂縫的有經(jīng)驗，管用地解決了長時期以來圍困并攪擾奧氏體不銹鋼因部分腐蝕所致的失去效力問題。運用量較大的SAF2205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)，運用溫度普通不超過300℃。

  表5 雙相不銹鋼2205的化學(xué)成分Wt百分之百

  （5）鈦

  鈦是一種鈍化傾向很強的金屬，極易與氧氣反響而在其表不熟悉成一層氧氣化膜。在很多腐蝕性媒介中，這種氧氣化膜是很牢穩(wěn)的，較難溶解，縱然遭到毀傷，只要有豐足的氧氣，也能迅疾半自動還原。因為這個鈦在氧氣化性、中性媒介中具備特別好的耐腐蝕性。工業(yè)純鈦TA2的化學(xué)成分如表6所示。

  表6 鈦的化學(xué)成分Wt百分之百

  ASME把變型工業(yè)純鈦及低合金鈦的應(yīng)用溫度最大限度設(shè)定為316℃

  3.2 成型特別的性質(zhì)

  液壓冷成型制作斑紋管的辦法要求材料具備令人滿意的范性，并經(jīng)過隨即的處置獲得高的彈性和強度。不過眾多特別材料并不具有這么的特別的性質(zhì)，給斑紋管預(yù)設(shè)出產(chǎn)帶來眾多艱難。例如雙相不銹鋼，屈強比（屈撓強度/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(dāng)斑紋管的外徑與內(nèi)徑的比超過一定值時，要采取兩次成型及兩次固溶處置的辦法施行斑紋管成型。一樣，鈦的不銹鋼閥門抗拉強度與其屈撓強度靠近，在斑紋管成型時范性變型差。同時，鈦的屈撓極限與彈性模量的比率大，使鈦成型時的回彈有經(jīng)驗大。用這么的材料制作的斑紋管，成型后的回彈量很難預(yù)先推測和計算，經(jīng)過整容的辦法幾何尺寸也很難滿意起初的預(yù)設(shè)方案。因為這個，有點特別材料固然可以用來制作斑紋管卻很不容易得到到存在廣泛的應(yīng)用。用船舶蝶閥戶在選用斑紋管時，應(yīng)綜合思索問題閥門媒介的腐蝕性能、溫度、壓力等盡力選用成型性能好的材料。

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  3.3 燒焊特別的性質(zhì)

  液壓斑紋有效無縫管坯或有縱向焊縫的有縫管坯制成，有縫管坯要求燒焊接頭的屈撓強度與伸長率與母材相當(dāng)。燒焊斑紋管是把預(yù)先沖制的環(huán)狀膜片沿其里外邊緣交替燒焊而制成。閥門用斑紋管兩端普通需求以各種接口方式與法蘭或閥桿等結(jié)構(gòu)件燒焊，這些個結(jié)構(gòu)件有時候與斑紋管材料并不一。因為這個，閥門用斑紋管的材料本身要具備令人滿意的燒焊性能，在與閥桿等結(jié)構(gòu)件燒焊時應(yīng)具備可焊性。與斑紋管燒焊的結(jié)構(gòu)件應(yīng)盡力選用與斑紋管相同的材料或性能靠近、可焊性令人滿意的異種材料。

  4 液壓斑紋管與燒焊斑紋管比較

  用于斑紋管閥門的金屬斑紋管主要有液壓成型和燒焊成型兩種。液壓斑紋管經(jīng)過增加層倍增長耐壓力，耐壓性能好。多波一次成型或單波蟬聯(lián)成型，出產(chǎn)周期短，價錢低，剛度大，準(zhǔn)許位移小（單波位移為波距的15百分之百～20百分之百）。原材料為無縫管坯或有縫管坯，極薄壁無縫管出產(chǎn)工藝復(fù)雜，有縫管對燒焊設(shè)施要求較高，國內(nèi)小直徑有縫管出產(chǎn)工藝不了熟。液壓斑紋管標(biāo)準(zhǔn)化和系列化深重，用戶可依據(jù)專業(yè)出產(chǎn)廠家樣本選型。燒焊斑紋管普通為單層或雙層，耐壓性受限止。焊縫數(shù)目與波數(shù)成正比，出產(chǎn)周期長，價錢高，剛度小、準(zhǔn)許位移大（壓縮率達40百分之百～60百分之百）。原材料為板料或帶材，比較容易取得，況且可以選用范性差而彈性性能好的材料，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化程度差。

  5 結(jié)束語

  斑紋管閥門的運用工況越來越刻薄，對斑紋管的材料提出了更高要求。在閥門用特殊的一種材料斑紋管選用過程中，要依據(jù)閥門具體工況，挑選合宜的材料和斑紋管成型辦法。閥門用特殊的一種材料斑紋管因具備耐高壓、耐高溫、耐腐蝕、長生存的年限的獨特的地方，必將變成閥用斑紋管的進展發(fā)展方向。

  參照文獻

  〔1〕 黃乃寧，等.閥門用金屬斑紋管疲乏生存的年限的有限元剖析〔J〕.閥門，2008（5）：30-34.

  〔2〕 徐開先.斑紋管類組件的制作及其應(yīng)用〔M〕.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

  〔3〕 高開科.金屬斑紋管閥門的預(yù)設(shè)〔J〕.閥門，2005（2）：9-10.

  〔4〕 王朝暉，王祥，李欽華.金屬閥門防腐蝕處理辦法〔J〕.閥門，2006（4）：39-41.

  〔5〕 樂菁華.高溫閥門的高溫等級和主體材料〔J〕.閥門，2003（6）：10-14.

  〔6〕 劉六法，等.退火對Inconel718合金氫脆特別的性質(zhì)的影響〔J〕.希有金屬材料與工程，2005，34（6）：954-958.

  〔7〕 陳偉，等.熱處置工藝對Inconel718C改換型號合金團體和性能的影響〔J〕.金屬熱處置，2007，32（6）：81-87.

  〔8〕 張京海.雙相不銹鋼燒焊技術(shù)狀態(tài)〔J〕.材料研發(fā)與應(yīng)用，1995，10（5）：25-29.

  〔9〕 林國棟，李敏，夸大林.閥門用金屬斑紋管的選型及應(yīng)用〔J〕.閥門，2007（1）：29-32.

  〔10〕梁緒發(fā).鈦制閥門的預(yù)設(shè)獨特的地方〔J〕.閥門，2004（5）：16-23.