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(dòng)的金屬殼體，形成動(dòng)嚴(yán)密封閉。斑紋管在承擔(dān)閥桿的壓縮與拉伸的同時(shí)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(shí)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(duì)斑紋管的技術(shù)要求也不斷增長(zhǎng)。閥門用金屬斑紋管不斷向耐高壓、耐高溫、耐腐蝕和長(zhǎng)生存的年限方向進(jìn)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(qiáng)度和疲乏強(qiáng)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(gè)性能獨(dú)特的地方，被廣泛用于制作斑紋管。

  2.2 耐高壓

  耐壓是對(duì)閥門及斑紋管的基本要求，但隨著閥門壓力等級(jí)的升高，斑紋管壁厚增加和剛度加大，給閥門開(kāi)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?cè)黾颖诤瘢墙?jīng)過(guò)增加層數(shù)的辦法增長(zhǎng)產(chǎn)品耐壓力，同時(shí)減低了斑紋管的軸向剛度，減小閥門開(kāi)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(jí)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(dá)到25MPa（1500lb）以上時(shí)，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(qiáng)度和耐熱性都較低，普通運(yùn)用溫度不超過(guò)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(duì)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(shí)，務(wù)必認(rèn)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(diǎn)蝕以及縫子腐蝕的有經(jīng)驗(yàn)常用耐點(diǎn)腐當(dāng)量（PRE）值表征，PRE值依據(jù)式（1）計(jì)算。

  PRE值越高，合金的臨界縫子腐蝕溫度（CCT）和臨界點(diǎn)蝕溫度（CPT）越高。從表1可以看見(jiàn)，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(jī)械性能與抗點(diǎn)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(wú)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(duì)烈性堿及流動(dòng)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(rùn)的背景中會(huì)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(huì)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?yàn)檫@個(gè)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(zhǎng)時(shí)間（超過(guò)10min）時(shí)效后，會(huì)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(zhǎng)了抗晶間腐蝕的熱牢穩(wěn)性。鉻含量較C-276合金高，增長(zhǎng)了合金在很多強(qiáng)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(qiáng)化元素的固溶鞏固合金，運(yùn)用溫度普通不超過(guò)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?jǐn)?shù)不低于30百分之百，而（鎳+鐵）品質(zhì)分?jǐn)?shù)不低于65百分之百，因?yàn)檫@個(gè)825合金有時(shí)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?yàn)椴牧现袇⒓逾佋?，其牢穩(wěn)性大大增長(zhǎng)，況且因?yàn)橛休^低的碳含量，因此防止了正常運(yùn)用的腐蝕性背景中因?yàn)闊笩嵊绊憛^(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(yùn)用溫度普通不超過(guò)550℃，650～760℃為材料的嚴(yán)重敏化溫度范圍。

  Inconel718合金是時(shí)效鞏固的鎳鐵鉻基變型高溫合金，在650℃以下的強(qiáng)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(guò)填加較多的Al、Ti和Nb等元素而進(jìn)展成的。這些個(gè)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(shí)鋁、銅、硼元素與碳形成各種碳化合物使合金的熱強(qiáng)性大大增長(zhǎng)。合金的強(qiáng)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(yùn)用時(shí)合金中的主好強(qiáng)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(tuán)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(zhǎng)了雙相不銹鋼的韌性。鐵素體存在增長(zhǎng)了奧氏體鋼的屈撓強(qiáng)度、抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的有經(jīng)驗(yàn)。

  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(yàn)，管用地解決了長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)圍困并攪擾奧氏體不銹鋼因部分腐蝕所致的失去效力問(wèn)題。運(yùn)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(yùn)用溫度普通不超過(guò)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(qiáng)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(dòng)還原。因?yàn)檫@個(gè)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(guò)隨即的處置獲得高的彈性和強(qiáng)度。不過(guò)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(lái)眾多艱難。例如雙相不銹鋼，屈強(qiáng)比（屈撓強(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)斑紋管的外徑與內(nèi)徑的比超過(guò)一定值時(shí)，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(qiáng)度與其屈撓強(qiáng)度靠近，在斑紋管成型時(shí)范性變型差。同時(shí)，鈦的屈撓極限與彈性模量的比率大，使鈦成型時(shí)的回彈有經(jīng)驗(yàn)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(cè)和計(jì)算，經(jīng)過(guò)整容的辦法幾何尺寸也很難滿意起初的預(yù)設(shè)方案。因?yàn)檫@個(gè)，有點(diǎn)特別材料固然可以用來(lái)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(shí)，應(yīng)綜合思索問(wèn)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(wú)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(qiáng)度與伸長(zhǎng)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(gè)結(jié)構(gòu)件有時(shí)候與斑紋管材料并不一。因?yàn)檫@個(gè)，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(shí)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(guò)增加層倍增長(zhǎng)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(jià)錢低，剛度大，準(zhǔn)許位移?。▎尾ㄎ灰茷椴ň嗟?5百分之百～20百分之百）。原材料為無(wú)縫管坯或有縫管坯，極薄壁無(wú)縫管出產(chǎn)工藝復(fù)雜，有縫管對(duì)燒焊設(shè)施要求較高，國(guó)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(zhǎng)，價(jià)錢高，剛度小、準(zhǔn)許位移大（壓縮率達(dá)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(yǔ)

  斑紋管閥門的運(yùn)用工況越來(lái)越刻薄，對(duì)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(guò)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(zhǎng)生存的年限的獨(dú)特的地方，必將變成閥用斑紋管的進(jìn)展發(fā)展方向。

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