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高温阀门用钢

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-03 点击: 3,342

高温阀门是指用于火力发电,介质为高温、高压蒸汽和用于炼油厂催化系统,介质为有硫化物轻腐蚀的石油的阀门

1.碳素钢和低合金钢铸件

(1)中国

1)JB/T9625一1999《锅炉管道附件承压铸钢件技术条件》标准规定的化学元素质量分数见表1,力学性能见表2。

表1-化学元素质量分数
钢号 化学成分(%) 应用范围
C Mn Si Cr Mo V S P
ZG200-400 ≤0.20 ≤0.80 ≤0.50 ≤0.35 ≤0.20 ≤0.05 ≤0.04 ≤0.04 PN≤6.3MPa
t≤450℃
ZG230-450 ≤0.30 ≤0.90 ≤0.50 ≤0.35 ≤0.20 ≤0.05 ≤0.04 ≤0.04 t≤450℃
ZG20CrMo 0.15~0.25 0.50~0.80 0.20~0.45 0.5~0.80 0.4~0.6 - ≤0.04 ≤0.04 t≤510℃
ZG20CrMoV 0.18~0.25 0.40~0.70 0.17~0.37 0.9~1.2 0.50~0.70 0.2~0.30 ≤0.03 ≤0.03 t≤540℃
ZG15Cr1Mo1V 0.14~0.20 0.40~0.70 0.17~0.37 1.20~1.70 1.00~1.20 0.2~0.40 ≤0.03 ≤0.03 t≤570℃

注:1.铸造如果采用铝脱氧,每吨液态钢中铝的加人量应不大于0.3kg。

2.Ni、Cu等元素的残余含量应小大于0.3%,但除订货单位有专门要求,一般不对其含量进行化学分析。

表2-铸件经热处理后的力学性能
钢号 抗拉强度σ/MPa
屈服强度σ/MPa
伸长率δs(%)
断面收缩率ψ(%)
冲击韧度αk/(J/cm2)
ZG200-400 400 200 25 - -
ZG230-450 450 230 22 32 44
ZG20CrMo 461 245 18 30 29
ZG20CrMoV 490 314 14 30 29
ZG15Cr1Mo1V 490 343 14 30 29

铸钢件的许用应力见表3。

表3-铸钢件的许用应力
钢号 许用应力
许用拉应力[σl]/MPa 许用弯曲应力[σw]/MPa 许用拉应力[τ]/MPa
ZG200-400 87 94 47
ZG230-450 100 106 53
ZG20CrMo 106 108 54
ZG20CrMoV 115 136 68
ZG15Cr1Mo1V 115 149 75

2)JB/T 5263-2005《电站阀门铸钢件技术条件》标准规定钢种和各钢种的化学元索质最分数见表4、力学性能见表5、许用应力值见表6。

表4-铸件的化学元素质量分数
元素 材料级别
WC1 WC6 WC9 C12A
质量分数(%)
C ≤0.25 0.05~0.20 0.05~0.18 ≤0.12
Mn 0.50~0.80 0.50~0.80 0.40~0.70 0.30~0.60
P ≤0.035 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.020
S ≤0.040 ≤0.040 ≤0.040 ≤0.018
Si ≤0.60 ≤0.60 ≤0.60 0.20~0.50
Ni - - - ≤0.40
Cr - 1.00~1.50 2.00~2.75 8.0~9.5
Mo 0.45~0.65 0.45~0.65 0.90~1.20 0.85~1.05
Nb - - - 0.060~0.10
N - - - 0.030~0.070
元素 规定的残余元素质量分数(%)
Al - - - ≤0.04
Cu ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 -
Ni ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 -
Cr ≤0.35 - - -
W ≤0.10 ≤0.10 ≤0.10 -
V - - - 0.18~0.25
残留元素总量 ≤1.00 ≤1.00 ≤1.00 -
表5-铸件力学性能
性能 材料级别
WC1 WC6 WC9 C12A
σb/MPa 450~620 485~655 485~655 585~760
σs/MPa ≥240 ≥275 ≥275 ≥415
δ(%) ≥24 ≥20 ≥20 ≥20
ψ(%) ≥35 ≥35 ≥35 ≥45
最高使用温度/℃ 482 593 593 648
表6-铸件的许用应力
钢号 许用应力
许用拉应力[σl]/MPa 许用弯曲应力[σw]/MPa 许用切应力[τ]/MPa
WC1 104 106 53
WC6 114 120 60
WC9 114 120 60
C12A 137 180 90

3)用于炼油厂催化系统工作温度≤550℃的铸钢材料。

这种阀门用钢习惯上叫铬5钼钢,可是铸钢铬5钼这个牌号既无国家标准也尢专业标准,长期以来各阀门制造厂参照原苏联标准制订自己的工厂标准,其牌号为ZGCr5Mo,其C的质量分数为0.15%~0.25%,因此实际牌号应定为ZCr5Mo,阀门设计手册给出的牌号就是ZGZCr5Mo。中石化在制定SH3064-1994《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》标准时参照了JISG515l中的SCPH61、BS3100中的B5、ASTFMA217/A217M中的C5以及我国标准GB/T 1221-1992中的1cr5Mo的化学元素质量分数,把这种材料定为ZGlCr5Mo,但同样又有一个牌号,并无标准规定它的化学元素质量分数、力学性能、热处理规范等。引进装置中这类阀门用的材料为ASTMA217/A217M-2004中的C5,从化学元素质量分数上看相当于ZGlCr5Mo,建议用ASTMA217/A217M-2004中的C5来制造这类阀门。上述的钢号也叫5铬0.5钼钢。这种钢具有良好的抗石油裂化过程介质的腐蚀性,对含有硫化物的热石油介质耐蚀性良好,有抗氢腐蚀的能力,并有良好的热强件。

这种钢工艺性能较差,易产生铸造裂纹,焊接时热影响区会出现马氏体组织而产生明显的脆化,所以该钢种焊前需预热,焊后要热处理,一般预热温度为300~400℃,焊后热处理温度为740~760%。

(2)美国 ASTM A217/A217M-2004《高温承压件用马氏体不锈钢和合金钢铸件标准规范》规定的钢种和化学元素质量分数见表7,力学性能要求见表8,铸件的热处理温度见表9,许用应力见表10。

表7-化学成分要求
化学成分(质量分数,%)
  碳钼钢 镍铬钼钢 镍铬钼钢 铬钼钢 铬钼钢 铬钼钢 铬钼钢 铬钼钢 铬钼钒钢 铬钢
  WC1 WC4 WC5 WC6 WC9 WC11 C5 C12 C12A CA15
UNS
编号
J12524 J12082 J22000 J12072 J21890 J11872 J42045 J82090 J84090 J91150
0.25 0.05

0.20
0.05

0.20
0.05

0.20
0.05

0.18
0.15

0.21
0.20 0.20 0.08

0.12
0.15
0.50

0.80
0.50

0.80
0.40

0.70
0.50

0.80
0.40

0.70
0.50

0.80
0.40

0.70
0.35

0.65
0.30

0.60
1.00
0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.020 0.04 0.04 0.030 0.040
0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.015 0.045 0.045 0.010 0.040
0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.30

0.60
0.75 1.00 0.20

0.50
1.50
- 0.70

1.10
0.60

1.00
- - - - - 0.40 1.00
- 0.50
~0
.80
0.50

0.90
1.00

1.50
2.00

2.75
1.00

1.50
4.00

6.50
8.00

10.00
8.0

9.5
11.5

14.0
0.45

0.65
0.45

0.65
0.90

1.20
0.45

0.65
0.90

1.20
0.45

0.65
0.45

0.65
0.90

1.20
0.85

1.05
0.50
- - - - - - - - 0.060

0.10
-
- - - - - - - - 0.030

0.070
-
规定残留元素
- - - - - 0.01 - - 0.040 -
0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.35 0.50 0.50 - -
0.50 - - 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 - -
0.35 - - - - - - - - -
0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 - 0.10 0.10 - -
- - - - - 0.03 - - 0.18

0.25
-
残留
元素
总量
1.00 0.60 0.60 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 - -

注:除另外规定,所有值均为最大值。

表8-力学性能要求
牌号 抗拉强度
(ksi)MPa
最小屈服强度
/(ksi)MPa
最小延伸率标距
(2in)50mm(%)
最小断面收缩率(%)
WC1 (65)450~(90)620 (35)240 24 35
WC4,WC5,
WC6,WC9
(70)485~(95)655 (40)275 20 35
WC11 (80)550~(105)725 (50)345 18 45
C5,C12 (90)620~(115)795 (60)415 18 35
C12A (85)85~(110)760 (60)415 18 45
CA15 (90)620~(115)795 (65)450 18 30

①用0.2%残余变形法或用载荷下0.5%伸长测定。

②当用A703/A703M标准规定的ICI试验棒做拉伸试验时,标距与收断端面直径之比为4:1。

表9-铸件热处理温度
钢号 热处理温度/℃(℉)
正火 最低回火温度
WC1、WC4、QC5、
WC6、CA15、WC9
C5、C12、WC11、C12A
1040~1080
(1900~1975)
595(1100)
675(1250)
730~800
(1350~1470)
表10-铸件的许用应力
钢号 许用应力
许用拉应力[σl]/MPa 许用弯曲应力[σw]/MPa 许用切应力[τ]/MPa
WC1 104 106 53
WC4、WC5、
WC6、WC9
114 120 60
WC11 129 150 75
C5、C12 145 180 90
C12A 138 180 90
CA15 145 196 98
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