金国良
宁波埃美柯铜阀门有限公司 浙江宁波市 315202
摘要：通用阀门按用途划分，主要分为开断用，止回用，调节用，分配用，安全泄压用和其他特殊用途，根据其使用工况的温度，又可分类为超低温、低温、常温、高温和超高温阀门。高温阀门指使用工况温度超过450℃的阀门。高温阀门的淬火表现优异，淬火厚度较普通阀门表面淬火有较大提高。抗冲击性能较好，不容易被外界暴力破环。熔接性好，较低的回火脆性倾向。
关键词：高温阀门；选型；阀门材料
1高温阀门的主体材料
高温阀门近些年来得到越来越广泛的应用,因此，有必要对高温阀门的选型，其材料的物理及机械性等方面展开研究。本文结合实际高温阀门使用情况,从选型原则，结构,材料等多个方面对高温阀门选型相关要点展开讨论，以供广大从业人员参考。阀门工作温度等级代表其工作温度性能区间，是设计、制造和选用阀门的必要参数之一，阀门的主体及附件材料选择也与其紧密相关。参照低温阀门按照低温介质和与之匹配的阀门主体材料划分等级方式，可将高温阀门划分为5个等级。根据工作温度，在425~550℃范围内记为高温Ⅰ级，简称PⅠ级；在550~650℃范围内记为高温Ⅱ级，简称PⅡ级；在650~750℃范围内记为高温Ⅲ级，简称PⅢ级；在750~850℃范围内记为高温Ⅳ级，简称PⅣ级，＞816℃记为高温Ⅴ级，简称PⅤ级。
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从表1可看出，PⅠ级和PⅡ级时，取压力-温度额定值高的不锈耐热钢材料，优选321和321H，其对应的铸造合金牌号分别为CF8Ti、CF10Ti。国内321和321H铸造合金对应牌号分别为ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti。从表2可看出，在PⅠ级，取压力-温度额定值高的高温钢，优选铸钢WC9，其次是铸钢WC6，但两者缺点是Cr含量较低，不具备抗硫腐蚀的性能。而C5具备一定的抗氧化、抗硫和氢腐蚀的特性，对应国内牌号ZG1Cr5Mo，缺点是成本高。PⅠ级和PⅡ级可选用321和321H及ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti，但含Ti则会产生碳硫化钛夹杂物，削弱塑性、冲击韧性，并且抵抗腐蚀能力下降，铸造性上也带来困难，因此，CF8、304、304H型不锈耐热钢是常用选择，PⅠ级介质无腐蚀工况下，例如水或者蒸汽，可选用WC6和WC9，C5的特点及其成本低于高铬镍的不锈耐热钢，因而在Cr-Mo系高温铸钢中使用最多。PⅢ级和PⅣ级时，取压力-温度额定值高的不锈耐热钢材料，选用数值最高的CF8M、316和316H做阀门主体材料。CK-20、310和310H高Cr、Ni含量的特点使其在高温工况下比其他不锈耐热钢更能抵抗腐蚀和氧化，同时抵抗高温蠕变及抵抗高温断裂的性能也优于其他不锈耐热钢。但由于材料价格高，一般只用于特殊场合，如军工或科研。
PⅤ级下，必须应用增加隔热衬里或通介质冷却等特殊的结构设计。使用最多的是高性能的耐火陶瓷。在此温度下，控制阀门的温度不仅仅靠材料，还要采用特殊的结构。
2高温阀门的内件及特殊结构
2.1阀门内件
高温阀门内件材料的选择要考虑材料的膨胀性质，同时考虑运动部件的擦伤可能。在无特别要求工况下，材料一般选用耐腐蚀、强度高的材料，像316不锈钢，并且要在表面进行堆焊处理，采用堆焊钨铬钴硬质合金或喷焊陶瓷。因在高温下工作，为防止阀门软化，堆焊层厚度一般＞4mm，从而减弱环境对阀门主体材料的影响，延长阀门寿命。
2.2密封副设计
阀体和密封件衔接的地方，利用堆焊硬质合金来提升密封机构的硬度。密封环内表面采用不锈耐酸性钢，型式采用外圆柱面加工环型沟槽，以便后续使用。浮动阀盖堆面角度28°，保证两者线接触防止泄露。为符合塑性变形和强度方面的要求，密封环表面相对比阀盖和阀体工作面，硬度要小。密封面堆焊司太立，保证密封面强度，降低擦伤可能性。填料处结构上采用动负载结构，材料采用柔性石墨夹柯镍尔钢丝增强填料，提升密封效果。
2.3上密封结构的设计
上密封的结构通常有两种方式，整体堆焊和分体式上密封座螺纹对接。分体螺纹对接，高温下，上密封座和阀盖两者材料不同，因此热膨胀系数不同，螺纹容易出现松动。为避免上述问题，一般采用点焊的做法将两者固定。
2.4高温螺栓
在高温下，螺栓紧固件容易出现应力松弛或螺栓咬死。结构上采用粗牙螺纹，并合理加大中径间隙可有效避免问题出现。螺栓长期处于高温下，将会出现应力松弛，剩余预紧力一直高于所要求数值是保证有效联接的基础。
3结语
高温阀门应用越来越多，在进行阀门的选型时，要根据工况需求选择合适的阀门型式，同时，针对高温等工况条件，要保证材料符合要求、结构合理，只有如此才能保证阀门的密封性和工作的可靠性，避免问题的发生，延长使用寿命。
参考文献：
[1]李东.高温阀门设计的有关技术[J].黑龙江科学，20169(02):32-33.
[2]陈力.高温阀门设计的有关技术研究[J].科技创新与应用，2014(28):19.