上海申弘閥門有限公司
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不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝
大部分Cr - Ni 奧氏體不銹鋼在常溫下處于亞穩定狀態, 而在超低溫范圍內會因晶格畸變而發生馬氏體轉變。馬氏體開始轉變時的溫度即為馬氏體轉變點(亦稱相變點) , 用符號Ms 來表示。Ms 點的溫度主要取決于固溶在奧氏體內合金元素的量。
當奧氏體不銹鋼的工作溫度等于或低于其馬氏體轉變點Ms 時, 就會發生馬氏體轉變。因馬氏體的比容比奧氏體的大, 由此而引起的體積膨脹和組織應力會使零件尺寸發生變化, 最終導致閥門泄漏。為防止材料在使用過程中發生馬氏體轉變, 需對其進行深冷處理。
深冷處理是將奧氏體不銹鋼材料浸在冷卻劑中進行冷卻、保冷, 使之發生馬氏體轉變的一種工藝方法。深冷處理可使材料預先進行馬氏體轉變, 以保證在使用中的組織穩定性。深冷處理一般在零件的精加工之前進行。深冷處理的溫度應以材料的Ms 點為依據。材料不同, Ms 點各異。即使是同一牌號的材料, 由于批次(或爐號) 的不同, 其Ms 點也各不相同, 而且差別很大。有的在超低溫范圍的上限附近即可產生馬氏體轉變。馬氏體的轉變量隨溫度的降低而增加, 為確保工件在使用過程中的組織穩定性, 深冷處理所用介質的溫度需等于或低于閥門工作溫度。深冷處理的冷卻介質多采用液氮或液氦等溶液。可根據閥門使用溫度來確定。浸在深冷介質中的零件達到介質溫度(介質表面所冒氣泡消失) 時, 即可計算保冷時間。根據實踐經驗, 保冷1～2h 即能達到處理目的。時間過長, 對馬氏體的轉變無明顯影響。保冷結束即可將零件取出在空氣中放冷至常溫。
經過一次深冷處理后, 奧氏體不銹鋼的馬氏體轉變基本完成, 一般情況下可以滿足使用要求。對于密封性要求較嚴或靠介質壓力密封的超低溫止回閥, 可增加深冷處理的次數。
適用于介質溫度-46℃～ -196℃的閥門稱之為低溫閥門。
低溫閥門包括低溫球閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫安全閥、低溫止回閥，低溫蝶閥，低溫針閥，低溫節流閥，低溫減壓閥等，主要用于乙烯，液化天然氣裝置，天然氣LPG LNG儲罐，接受基地及衛星站，空分設備，石油化工尾氣分離設備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態低溫介質如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數百倍。
液化天然氣閥門的材料非常重要，材質不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導致液化天然氣介質泄漏引起爆炸。因此，在開發、設計、研制液化天然氣閥門的過程中，材質是首要關鍵的問題。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝標準與產品結構:
1．設計：API6D、JB/T7749
2．閥門常規檢查和試驗：按API598標準。
3．閥門低溫檢查和試驗：按JB/T7749。
4．驅動方式：手動、傘齒輪傳動及電動驅動裝置。
5．閥座形式：閥座采用焊接結構，密封面堆焊鈷基硬質合金，保證閥門的密封性能。
6．閘板采用彈性結構，在進壓端設計卸壓孔。
7．單向密封的閥門閥體上標有流向標志。
8．低溫球閥、閘閥、截止閥，蝶閥采用長頸結構，以保護填料。
9．超低溫球閥標準：JB/T8861-2004
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝產品規格和設計參數:
1．壓力等級：150, 300, 600Lb, 900LB, 1500LB(45MPa)
2．閥門通徑：15～1200mm (1/2～48" )。
3．連結形式：法蘭式 , 焊接式 , 螺紋。
4．閥門材料：LCB , LC3 , CF8。
5．工作溫度：-46℃, -101℃, -196℃, -253℃
6．適用介質：液化天然氣, 乙烯, 丙烯等。
7．驅動方式：手動, 傘齒輪傳動, 電動 。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝
閥門設計和選材時必須重點考慮的問題之一是閥門的工作溫度。為了規范閥門主體材料的適宜工作溫度, 從各種類型的閥門用鋼和合金牌號的材料性能方面對我國石油化工、化工、化肥、電力及冶金等行業用的閥門主體材料的適宜工作溫度及相關要求作出了明確的規定, 供閥門產品設計、制造及檢驗時用。另外, 從技術管理和生產管理及物資采購等方面考慮, 對每種類型的鋼應選用綜合性能良好的, 不宜選用過多的鋼號和合金牌號, 以防造成混亂。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝材料選用：
超低溫閥門( - 254 (液氫) ～ - 101 ℃ (乙烯) ) 主體材料必須選用面心立方晶格的奧氏體不銹鋼、銅合金或鋁合金, 其熱處理后的低溫力學性能, 特別是低溫沖擊韌性必須達到標準的要求。下列奧氏體不銹鋼可用于制造超低溫閥門。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182F316 、F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、 316L 、304 、304L 和CF8D。超低溫閥門的閥體、閥蓋、閘板或閥瓣等在精加工前, 必須在液氮 ( - 196 ℃) 中進行深冷處理。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝材料選用:
適用于低溫閥門( - 100～ - 30 ℃) 的主體材料有低溫奧氏體不銹鋼和低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼。低溫用奧氏體不銹鋼有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182 F316、 F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、316L 、 304 、304L 和CF8D。低溫承壓件用鐵素體和馬氏體鋼有ASTM A352 LCA ( - 32 ℃) 、LCB、LCC ( - 46 ℃) 、LC1 ( - 59 ℃) 、LC2 、LC211 ( - 73 ℃) 和LC3 ( - 100 ℃) 。ASTM A352 標準中的材料初級價格較低, 但是其冶煉時化學成分必須有可靠且要求十分嚴格的工廠內控標準。其熱處理工藝復雜, 需要多次作調質處理, 方能達到標準要求的低溫沖擊韌性的要求, 生產周期長。低溫沖擊韌性達不到標準要求時, 不允許投料作低溫鋼使用。因此, 只有在生產批量大, 并且可成爐冶煉時才采用, 而在一般情況下選用奧氏體不銹鋼。
閥門工作介質為水、蒸汽、空氣和油品等非腐蝕性物質時, 一般采用碳素鋼。閥門用碳素鋼系指 ASTM A216 標準中的WCB、WCC 鑄鋼和ASTM A105 鍛鋼。閥門用碳素鋼適宜工作溫度為- 29～ 425 ℃。但是為了安全, 考慮到介質的工作溫度有可能波動, 因此, 一般碳素鋼的使用溫度不應超過 400 ℃。
閥門的主體材料日趨多樣化, 高參數化。閥門所對應的工作介質也更加復雜, 工作溫度要求更高。了解各類閥門用鋼及合金的性能及其適宜的工作溫度, 是設計、制造、采購及使用閥門的有關科技人員和操作者必須掌握的知識。特別是材料的使用溫度不能超過其適宜工作溫度, 否則會引起可怕的嚴重事故。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝制造和試驗:
低溫閥門的生產制定了嚴格的制造工藝和采用專用設備，對零件的加工進行嚴格的質量控制。經特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質中數小時（2-6小時），以釋放應力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時，因溫度變化造成變形而導致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經過嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。
星站，空分設備，石油化工尾氣分離設備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態低溫介質如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數百倍。
液化天然氣閥門的材料非常重要，材質不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導致液化天然氣介質泄漏引起爆炸。因此，在開發、設計、研制液化天然氣閥門的過程中，材質是首要關鍵的問題。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝深冷箱
1、深冷處理在什么時間進行
深冷處理必須在淬火后立即進行，特別是碳素鋼，否則達不到預期效果。這是因為淬火鋼的殘余奧氏體，如果在空氣中停留時間過長，便會使其趨于穩定的狀態，在冷處理時不易轉變為馬氏體。在冷處理過程中，由于殘余奧氏體的減少，馬氏體的增加，因而使工件硬度增加，體積增大，所以冷處理廣泛用于高碳鋼、高合金工具鋼制作的許多工件和滲碳零件。目的都是要得到高的硬度，如一些軸承、滲碳齒輪、等。
2、深冷處理的溫度及保溫時間的設定
深冷處理是將淬火至室溫的工件及時地放入低溫環境中，深冷處理的溫度根據工件質量要求選擇(通常是至M2點以下)，當工件達到冷處理溫度時，適當保持1～2h(根據具體情況保持時間)，使殘余奧氏體向馬氏體轉變盡可能一些，待它緩慢升溫至室溫，再進行回火處理。需要注意的是，在冷處理溫度的保持時間，以保證整個工件冷透為原則，主要決定于工件的幾何尺寸。
不銹鋼低溫閥門深冷處理工藝在材料深冷處理過程中，有些事項是需要特別注意的，如：
1、對于形狀復雜、尺寸較大、容易變形開裂的工件，不要在溫度較高時直接進入已達冷處理溫度的設備中，應先淬火冷至室溫，裝入冷處理設備后，與設備一起逐漸至冷處理溫度，以減小應力，避免變形開裂。
2、冷處理之后，必須進行回火或時效(保溫4~10h)，獲得穩定的回火馬氏體組織，并使少量的殘奧進一步轉化和穩定化，以消除淬火應力。
3、在深冷處理時預防發生深冷裂痕(Subzero Crack)，深冷處理以淬火后即刻進行為原則，淬火后停留時間越久，殘余奧氏體的轉變就會越艱難，但是淬火后立即深冷處理，由于淬火引起的應力與殘留奧氏體轉變引起的應力相重疊而發生與淬火裂痕相同的深冷處理裂痕，為了防止深冷處理裂痕的發生，好在深冷處理前作100~130℃之輕回火(注：輕回火應為低溫短時回火)。
