用于氣動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥高溫螺栓的選材
一般將工作溫度超過(guò)350℃以上的溫度稱為高溫,長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作的調(diào)節(jié)閥螺栓,會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力松馳,因此,對(duì)其性能有如下要求。
(1)材料必須具有良好的抗松馳性,它可降低螺栓的初應(yīng)力,也可降低對(duì)材料屈服強(qiáng)度的要求,減少螺栓發(fā)生脆斷的危險(xiǎn)。
(2)材料應(yīng)具有良好的耐熱性能、較高的室溫和高溫的力學(xué)性能,以保證閥門螺栓在高溫環(huán)境下仍具有足夠的強(qiáng)度。但過(guò)高的屈服強(qiáng)度將增加材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感性和蠕變脆性傾向。
(3)高溫螺栓用鋼應(yīng)該具有足夠的持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度,高溫螺栓的設(shè)計(jì)必須以蠕變極限和持久強(qiáng)度為極限應(yīng)力。
(4)材料必須具有良好的持久塑性和較低的缺口敏感性。一般要求控制閥材料的持久塑性 大于3%~5%。當(dāng)持久塑性 小于3%時(shí),材料的持久缺口敏感性顯著增加,并呈現(xiàn)出蠕變脆性傾向。螺栓的螺紋相當(dāng)于一連串的缺口,缺口處存在較大的應(yīng)力集中,高溫使大多數(shù)的耐熱鋼和高溫合金對(duì)應(yīng)力集中的敏感性急劇增加。較高的持久塑性和較低的缺口敏感性將使缺口處的應(yīng)力得到重新分布,緩和缺口尖端處的應(yīng)力峰。
(5)高溫螺栓用鋼還必須具有良好的抗氧化性能,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥螺栓的材料必須與螺母和法蘭的材料相匹配,并使螺母材料的線脹系數(shù)高于螺栓材料的線脹系數(shù)!
工作溫度在350℃以上的螺栓應(yīng)選擇使用耐熱鋼。調(diào)節(jié)閥螺栓用鋼中的耐熱鋼主要有:低合金珠光體耐熱鋼、高鉻馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、鐵鎳基和鎳基合金耐熱鋼。
不銹鋼既是耐熱鋼,同時(shí)也是耐腐蝕鋼。
(1)低合金珠光體耐熱鋼
低合金的珠光體耐熱鋼可以在較高的溫度下使用。一般工作溫度低于480℃的螺栓可以選擇鉻鉬鋼,而工作溫度在540℃以下則宜使用鉻鉬釩鋼。這兩類閥門材料在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下短期使用性能較好,在正火回火狀態(tài)下長(zhǎng)期使用具有較好的抗松馳性能。鉻鉬釩鋼經(jīng)正火回火后,室溫沖擊韌性較低,在540℃時(shí)有持久缺口敏感性,持久強(qiáng)度降低。
(2)馬氏體不銹鋼
含鉻量在12%~17%的馬氏體不銹鋼螺栓具有較好的抗松馳性能,較高的持久塑性和較低的缺口敏感性?刂崎y除材料的韌性和熱強(qiáng)性較好外,還具有良好的減振性能和較小的線膨脹系數(shù),能抗大氣和海水環(huán)境腐蝕。馬氏體不銹鋼螺栓適用于沖擊載荷和腐蝕介質(zhì)的環(huán)境條件。在最高工作溫度不超過(guò)600℃時(shí),其強(qiáng)度雖然低于奧氏體不銹鋼,但仍有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。但馬氏體不銹鋼的低溫性能較差。在低于0℃以下的環(huán)境中,材料的韌性會(huì)喪失,存在冷脆現(xiàn)象。
(3)奧氏體不銹鋼
奧氏體18-8不銹鋼螺栓具有良好的抗全面腐蝕性能和高溫力學(xué)性能,能在600℃的高溫下使用。且具有良好的低溫性能,蝶閥在較低的溫度下仍能保持相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。但其缺點(diǎn)是材料的屈服強(qiáng)度較低,且不能通過(guò)熱處理改善其力學(xué)性能。而奧氏體沉淀硬化不銹鋼是在熱處理過(guò)程中,通過(guò)時(shí)效處理產(chǎn)生沉淀硬化,析出彌散分布的碳化物和金屬間的化合物,從而提高強(qiáng)度,同時(shí)仍保持原不銹鋼原來(lái)良好的耐腐蝕性和抗氧化性,這種螺栓在650℃以下使用抗松馳性能較穩(wěn)定,但其合金含量較高,熱處理工藝較復(fù)雜,材料的價(jià)格較昂貴。
(4)鐵鎳基和鎳基合金
工作溫度在570℃以上的螺栓可以選擇鐵鎳基或鎳基合金?刂崎y這類材料一般含鈷,具有特別好的高溫性能。如美國(guó)的waspalog鎳基合金,可在760℃以下工作;M252鎳基合金可用至840℃,Cr14Ni25Mo鐵鎳基合金也可使用至650℃;我國(guó)生產(chǎn)的高溫合金也可用作高溫螺栓用鋼。