上海申弘阀门有限公司
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不锈钢低温阀门深冷处理工艺
大部分Cr - Ni 奥氏体不锈钢在常温下处于亚稳定状态, 而在超低温范围内会因晶格畸变而发生马氏体转变。马氏体开始转变时的温度即为马氏体转变点(亦称相变点) , 用符号Ms 来表示。Ms 点的温度主要取决于固溶在奥氏体内合金元素的量。
当奥氏体不锈钢的工作温度等于或低于其马氏体转变点Ms 时, 就会发生马氏体转变。因马氏体的比容比奥氏体的大, 由此而引起的体积膨胀和组织应力会使零件尺寸发生变化, 最终导致阀门泄漏。为防止材料在使用过程中发生马氏体转变, 需对其进行深冷处理。
深冷处理是将奥氏体不锈钢材料浸在冷却剂中进行冷却、保冷, 使之发生马氏体转变的一种工艺方法。深冷处理可使材料预先进行马氏体转变, 以保证在使用中的组织稳定性。深冷处理一般在零件的精加工之前进行。深冷处理的温度应以材料的Ms 点为依据。材料不同, Ms 点各异。即使是同一牌号的材料, 由于批次(或炉号) 的不同, 其Ms 点也各不相同, 而且差别很大。有的在超低温范围的上限附近即可产生马氏体转变。马氏体的转变量随温度的降低而增加, 为确保工件在使用过程中的组织稳定性, 深冷处理所用介质的温度需等于或低于阀门工作温度。深冷处理的冷却介质多采用液氮或液氦等溶液。可根据阀门使用温度来确定。浸在深冷介质中的零件达到介质温度(介质表面所冒气泡消失) 时, 即可计算保冷时间。根据实践经验, 保冷1～2h 即能达到处理目的。时间过长, 对马氏体的转变无明显影响。保冷结束即可将零件取出在空气中放冷至常温。
经过一次深冷处理后, 奥氏体不锈钢的马氏体转变基本完成, 一般情况下可以满足使用要求。对于密封性要求较严或靠介质压力密封的超低温止回阀, 可增加深冷处理的次数。
适用于介质温度-46℃～ -196℃的阀门称之为低温阀门。
低温阀门包括低温球阀、低温闸阀、低温截止阀、低温安全阀、低温止回阀，低温蝶阀，低温针阀，低温节流阀，低温减压阀等，主要用于乙烯，液化天然气装置，天然气LPG LNG储罐，接受基地及卫星站，空分设备，石油化工尾气分离设备，液氧、液氮、液氩、二氧化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等，不但易燃易爆，而且在升温时要气化，气化时，体积膨胀数百倍。
液化天然气阀门的材料非常重要，材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏；零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致液化天然气介质泄漏引起爆炸。因此，在开发、设计、研制液化天然气阀门的过程中，材质是首要关键的问题。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺标准与产品结构:
1．设计：API6D、JB/T7749
2．阀门常规检查和试验：按API598标准。
3．阀门低温检查和试验：按JB/T7749。
4．驱动方式：手动、伞齿轮传动及电动驱动装置。
5．阀座形式：阀座采用焊接结构，密封面堆焊钴基硬质合金，保证阀门的密封性能。
6．闸板采用弹性结构，在进压端设计卸压孔。
7．单向密封的阀门阀体上标有流向标志。
8．低温球阀、闸阀、截止阀，蝶阀采用长颈结构，以保护填料。
9．超低温球阀标准：JB/T8861-2004
不锈钢低温阀门深冷处理工艺产品规格和设计参数:
1．压力等级：150, 300, 600Lb, 900LB, 1500LB(45MPa)
2．阀门通径：15～1200mm (1/2～48" )。
3．连结形式：法兰式 , 焊接式 , 螺纹。
4．阀门材料：LCB , LC3 , CF8。
5．工作温度：-46℃, -101℃, -196℃, -253℃
6．适用介质：液化天然气, 乙烯, 丙烯等。
7．驱动方式：手动, 伞齿轮传动, 电动 。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺
阀门设计和选材时必须重点考虑的问题之一是阀门的工作温度。为了规范阀门主体材料的适宜工作温度, 从各种类型的阀门用钢和合金牌号的材料性能方面对我国石油化工、化工、化肥、电力及冶金等行业用的阀门主体材料的适宜工作温度及相关要求作出了明确的规定, 供阀门产品设计、制造及检验时用。另外, 从技术管理和生产管理及物资采购等方面考虑, 对每种类型的钢应选用综合性能良好的, 不宜选用过多的钢号和合金牌号, 以防造成混乱。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺材料选用：
超低温阀门( - 254 (液氢) ～ - 101 ℃ (乙烯) ) 主体材料必须选用面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜合金或铝合金, 其热处理后的低温力学性能, 特别是低温冲击韧性必须达到标准的要求。下列奥氏体不锈钢可用于制造超低温阀门。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182F316 、F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、 316L 、304 、304L 和CF8D。超低温阀门的阀体、阀盖、闸板或阀瓣等在精加工前, 必须在液氮 ( - 196 ℃) 中进行深冷处理。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺材料选用:
适用于低温阀门( - 100～ - 30 ℃) 的主体材料有低温奥氏体不锈钢和低温承压件用铁素体和马氏体钢。低温用奥氏体不锈钢有ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和CF3 , ASTM A182 F316、 F316L 、F304 和F304L , ASTM A433 316、316L 、 304 、304L 和CF8D。低温承压件用铁素体和马氏体钢有ASTM A352 LCA ( - 32 ℃) 、LCB、LCC ( - 46 ℃) 、LC1 ( - 59 ℃) 、LC2 、LC211 ( - 73 ℃) 和LC3 ( - 100 ℃) 。ASTM A352 标准中的材料初级价格较低, 但是其冶炼时化学成分必须有可靠且要求十分严格的工厂内控标准。其热处理工艺复杂, 需要多次作调质处理, 方能达到标准要求的低温冲击韧性的要求, 生产周期长。低温冲击韧性达不到标准要求时, 不允许投料作低温钢使用。因此, 只有在生产批量大, 并且可成炉冶炼时才采用, 而在一般情况下选用奥氏体不锈钢。
阀门工作介质为水、蒸汽、空气和油品等非腐蚀性物质时, 一般采用碳素钢。阀门用碳素钢系指 ASTM A216 标准中的WCB、WCC 铸钢和ASTM A105 锻钢。阀门用碳素钢适宜工作温度为- 29～ 425 ℃。但是为了安全, 考虑到介质的工作温度有可能波动, 因此, 一般碳素钢的使用温度不应超过 400 ℃。
阀门的主体材料日趋多样化, 高参数化。阀门所对应的工作介质也更加复杂, 工作温度要求更高。了解各类阀门用钢及合金的性能及其适宜的工作温度, 是设计、制造、采购及使用阀门的有关科技人员和操作者必须掌握的知识。特别是材料的使用温度不能超过其适宜工作温度, 否则会引起可怕的严重事故。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺制造和试验:
低温阀门的生产制定了严格的制造工艺和采用专用设备，对零件的加工进行严格的质量控制。经特殊的低温处理，将粗加工的零件置于冷却介质中数小时（2-6小时），以释放应力，确保材料的低温性能，保证精加工尺寸，以防阀门在低温工况时，因温度变化造成变形而导致的泄漏。阀门的装配与普通阀门也不同，零件需经过严格的清洗，除去任何油污，以保证使用性能。
星站，空分设备，石油化工尾气分离设备，液氧、液氮、液氩、二氧化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等，不但易燃易爆，而且在升温时要气化，气化时，体积膨胀数百倍。
液化天然气阀门的材料非常重要，材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏；零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致液化天然气介质泄漏引起爆炸。因此，在开发、设计、研制液化天然气阀门的过程中，材质是首要关键的问题。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺深冷箱
1、深冷处理在什么时间进行
深冷处理必须在淬火后立即进行，特别是碳素钢，否则达不到预期效果。这是因为淬火钢的残余奥氏体，如果在空气中停留时间过长，便会使其趋于稳定的状态，在冷处理时不易转变为马氏体。在冷处理过程中，由于残余奥氏体的减少，马氏体的增加，因而使工件硬度增加，体积增大，所以冷处理广泛用于高碳钢、高合金工具钢制作的许多工件和渗碳零件。目的都是要得到高的硬度，如一些轴承、渗碳齿轮、等。
2、深冷处理的温度及保温时间的设定
深冷处理是将淬火至室温的工件及时地放入低温环境中，深冷处理的温度根据工件质量要求选择(通常是至M2点以下)，当工件达到冷处理温度时，适当保持1～2h(根据具体情况保持时间)，使残余奥氏体向马氏体转变尽可能一些，待它缓慢升温至室温，再进行回火处理。需要注意的是，在冷处理温度的保持时间，以保证整个工件冷透为原则，主要决定于工件的几何尺寸。
不锈钢低温阀门深冷处理工艺在材料深冷处理过程中，有些事项是需要特别注意的，如：
1、对于形状复杂、尺寸较大、容易变形开裂的工件，不要在温度较高时直接进入已达冷处理温度的设备中，应先淬火冷至室温，装入冷处理设备后，与设备一起逐渐至冷处理温度，以减小应力，避免变形开裂。
2、冷处理之后，必须进行回火或时效(保温4~10h)，获得稳定的回火马氏体组织，并使少量的残奥进一步转化和稳定化，以消除淬火应力。
3、在深冷处理时预防发生深冷裂痕(Subzero Crack)，深冷处理以淬火后即刻进行为原则，淬火后停留时间越久，残余奥氏体的转变就会越艰难，但是淬火后立即深冷处理，由于淬火引起的应力与残留奥氏体转变引起的应力相重叠而发生与淬火裂痕相同的深冷处理裂痕，为了防止深冷处理裂痕的发生，好在深冷处理前作100~130℃之轻回火(注：轻回火应为低温短时回火)。
