當閥門的壓力、溫度、等級和流體特性確定后,就應選擇合適的材質。閥門的不同部位:閥體、壓蓋,閥瓣、閥座等,可能是由幾種不同材質制造的,按照技術經濟的最優效果,確定閥門的殼體及內部零件的材料(鑄鐵、鑄鋼、鍛造閥門、合金鋼、不銹鋼等)。
對于小口徑(DN≤40)一般選用鍛件,大口徑(DN>40)一般選用鑄件。鍛件閥體的端法蘭,應該優先選擇整體鍛制閥體,如果法蘭是焊接在閥體上,則對焊縫應該進行100%射線檢驗。對焊和承插焊碳鋼閥體的含碳量應不大于0.25%,并且碳當量應不大于0.45%。
鑄鐵閥體最高允許200℃;鋼閥體可以到425℃,超過425℃就要考慮使用合金閥;超過550℃ 就應選用耐高溫的Cr-Ni不銹鋼。當流體腐蝕性強,普通奧氏體不銹鋼不能使用時,應考慮采用一些特種材料,如904L不銹鋼、雙相鋼(如S31803等)、蒙乃爾合金、塑料等制作,也可采用防腐材料襯里等。
①. 鑄鐵
灰鑄鐵(A126-B)一般使用在低壓閥門上,不推薦在工藝管道上使用。球墨鑄鐵(A395)的性能(強度和韌性)要比灰鑄鐵好。
②. 碳鋼
在閥門制造中最常見的碳鋼材料有A216-WCB(鑄件)和A105(鍛件)。應特別注意碳鋼長時間在400℃以上工作,會影響到閥門的壽命。對于低溫工況的閥門,常用的有A352-LCB(鑄件)和A350-LF2(鍛件)。
③. 奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼材料通常應用在具有腐蝕性工況或超低溫工況。其中常用的鑄件有A351-CF8、A351-CFBM、A351-CF3和A351-CF3M。常用的鍛件有A182-F304、A182-F316、A182-F304L和A182-F316L。
④. 合金鋼材料
對于低溫工況的閥門,常用的有A352-LC3(鑄件),A350-LF3(鍛件)。對于高溫工況的閥門,常用的有A217-WC6(鑄件),A182-F11(鍛件)和A217-WC9(鑄件),A182-F22(鍛件)。由于WC9、F22屬于2-1/4Cr-1Mo系列,相比屬于1-1/4Cr-1/2Mo系列的WC6、F11含有更高的Cr、Mo,所以具有更好的抗高溫蠕變性能。
閥門材質的選用主要包括:閥體和閥蓋材料的選用、閥門密封面(閥座和關閉件相互接觸形成密封的部分)材料的選用、閥桿用填料密封材料的選用、閥桿用低泄漏填料材料的選用、閥門中法蘭用的螺栓和螺母緊固件材料的選用。
①. 閥體和閥蓋
閥體和閥蓋是閥門的主要承壓件,不同工況條件下閥體和閥蓋等承壓件材料選用是否合理,將直接影響閥門使用的安全可靠性和使用壽命,是閥門質量的關鍵因素之一。閥體材質的選擇首先取決于流體對閥體材質的腐蝕性大?。黄浯螒紤]流體的設計溫度。國內外閥門常用的承壓件材料按工況條件主要分為五大類:鑄鐵、碳素鋼、低溫鋼、高溫鋼、不銹鋼;按材料的成型工藝主要也分為五大類:鑄件、鍛件、鍛焊件、板焊件、管件。
②. 閥門密封面
閥門密封面應耐磨損、耐腐蝕、耐沖蝕、耐擦傷,有足夠的擠壓強度,在高溫下有足夠的抗氧化性和熱疲勞性,密封面與閥體的熱膨脹系數相近,具有良好的加工性能和焊接性能,且應在價格和材料性能之間綜合考慮。閥門的密封面分為金屬密封面、軟密封面和密封劑密封三種。
API 600列入了鋼制閘閥密封面材料的18種不同組合及最低的硬度要求。選用時,應根據材料的性能綜合考慮。目前國內最常用的內件號是1,2,5,8,10。API 600列入的內件號除用于API 600閘閥外,還經常用于其他各種金屬閥門,作為閥門金屬密封面材料組合的代號。
軟密封面最常用的材料是橡膠和聚四氟乙烯。
③. 閥桿與閥芯材質的選擇
閥桿與閥芯在閥門開啟和關閉過程中,除承受拉力、摩擦、壓力和扭矩的作用外,還與流體直接接觸。因此,對閥桿和閥芯除要求具有一定的機械性能外,還要具有良好的耐腐蝕性能和耐摩擦性能。閥桿與閥芯材質的選擇通常應根據閥門的使用場合來選擇,首先其材質應具有良好的耐腐蝕性能,其次應考慮工作溫度,第三應考慮工作壓力的高低。
④. 墊片與填料材質的選擇
正確選用墊片和填料材質是避免跑、冒、滴、漏的有效辦法。墊片和填料的材質選擇同閥體材質的選擇一樣,流體的工作溫度、工作壓力是選擇墊片和填料的重要因素。閥門用閥桿填料主要有盤根填料和成型填料。