閥門制造中,材料是至關重要的因素,如材料的性能、蠕變、熱膨脹率、抗氧化性、耐磨性、熱擦傷性及熱處理溫度等,這些是首先應注意的事項。在高溫(427°C)狀況下,蠕變和斷裂是材料破壞的主要因素之一,特別是碳素鋼,當長期暴露在427°C以上時,鋼中的碳化相可能轉變?yōu)槭鴮τ趭W氏體不銹鋼只有當含碳量超過0.4%時,才可以用于528°C以上。因此,在高溫下使用時,應分別計算閥體材料的抗拉強度、蠕變、高溫時效等參數(shù)。而對于閥內(nèi)件的設計,還應該附加考慮材料在高溫的硬度、配合部件的熱膨脹系數(shù)、導向部件的熱硬度差、彈性變形、塑性變形等。在設計中,應給予相應的安全系數(shù)和可靠系數(shù),以確保避免在多因素下所產(chǎn)生的破壞。并要熟悉高溫下材料的蠕變率,以選取合適的應力,使材料總的蠕變在正常使用壽命范圍內(nèi)不擴展至斷裂或允許其產(chǎn)生微變形而不影響導向零件的正常使用。
1、非金屬材料
一般的非金屬材料無法承受高溫(300°C以上),但柔性石墨可以承受700°C以上的高溫,因此高溫工況下,無論是靜密封還是動密封,一般可以選取柔性石墨或復合材料,但應注意摩擦系數(shù)會增大。
2、金屬材料
為避免閥內(nèi)件(閥芯、閥座)表面的磨損、沖蝕及氣蝕,高溫情況下要考慮材料的熱硬度,防止金屬硬度變化。在高壓差下,流體的大部分能量集中于閥內(nèi)件進行釋放,對閥內(nèi)件有超負載的可能,而高溫下,大部分材料的機械性能變差,材料變軟,大大影響了閥內(nèi)件的使用壽命。因此,應正確選擇合適的材料,延長閥門的使用壽命。另外,還要考慮高溫時效對材料物理性能的影響,如韌性和晶間腐蝕的變化。當使用溫度達到或超過熱處理溫度時,閥內(nèi)件會產(chǎn)生退火,硬度降低等問題,為防止材料硬度發(fā)生變化,最高溫度極限的選擇必須在一個安全的范圍內(nèi)。而相同的介質(zhì),在高溫狀況下,其分子的活動性相對活躍,某些具有一般腐蝕性的介質(zhì)可能對閥體及閥內(nèi)件金屬材質(zhì)帶來嚴重的腐蝕破壞,介質(zhì)以高速的離子狀態(tài)滲入金屬內(nèi)部,使材料的特性發(fā)生改變,如熱膨脹性、晶間腐蝕等,因此,對材料的選擇,除了性價比之外,還應考慮多因素下所產(chǎn)生的失效性。
高壓差、高流速情況下,即使溫度是常溫,也應評估材料的特性,使材料可以滿足該工況。一般來說,常溫下,當壓差超過15bar時,應將閥芯、閥座的材料由316SS調(diào)整為司太萊合金堆焊或更高要求的合金,對于弱腐蝕性的介質(zhì),可選用420QT(淬火+回火)、440QT等。
高壓差、高流速會帶來嚴重的沖蝕或氣蝕,這對閥內(nèi)件材料的傷害非常大,因此,對閥體及閥內(nèi)件的材料要求非常高,對于閥籠應考慮使用不銹鋼表面滲氮(HRC70)處理,使之具有較強的耐沖蝕性,提高閥門流量的精度和使用壽命。