如何选择正确的控制阀材料?(图文)

如何选择正确的控制阀材料

用户在选择阀门部件材料时，往往会面临令人眼花缭乱的选项。本文将为您揭开设计过程的神秘面纱。

阀门材料的选择好比与神话中的九头蛇作战。当你集中精力对付一个头，以为已经战胜了它，却突然发现另外两个头向你发起攻击。这个问题是多方面的，因为通常有多个不同的物理和化学过程同时在起作用。此外，每个阀门部件可能都有不同的关键性能要求。

不过，需要注意的是，导致阀门部件损坏的机制是复杂且相互关联的。尽管本讨论提供了一般性指导，并努力提高对材料选择所涉及的各种因素的认识，但每种工艺和产品仍需进行彻底审查和详细了解，以选择最佳材料。

了解挑战

第一步是材料选择过程，这也是最困难的部分 。造成控制阀组件损坏的原因有很多，包括侵蚀、粘合剂磨损、闪蒸、气蚀、腐蚀、极端温度等。这些挑战中的几个往往同时发生，因此识别和了解每个问题非常重要。

图 1：当带有研磨颗粒的流体介质撞击到部件上时，就会发生侵蚀，例如在该阀体上，流体介质流出时，侵蚀和腐蚀的共同作用会磨损材料。

侵蚀 （图 1）是由于加工流体中的微粒造成的零件材料物理剥离。这种现象常见于带有研磨颗粒的泥浆或液体中，通常通过使用硬质材料或高强度涂层来解决。

尽管名称有误导性，但粘合磨损与侵蚀性胶水无关，而是金属相互摩擦造成的。对于必须长时间连续运行的高循环阀门来说，这种情况尤其麻烦。

解决这一问题的关键在于选择正确的材料组合，使它们不会相互损坏。不同的材料有不同的咬合倾向（粘着磨损的另一个名称），但有一些通用的指导原则。两种软质材料接触时容易发生咬合，但硬质材料与相对较软的材料配对使用的时间会更长。

当液体通过阀门时，下游压力低于液体的蒸汽压力，就会发生闪蒸损坏（图 2左）。液体在通过阀门喉部时会沸腾，在此过程中会磨损金属。

气蚀 （图 2右）与闪蒸类似，但通常破坏性更大。在这种情况下，液体在通过阀门时会下降到蒸汽压以下，但随后压力会上升，使气泡塌陷。由此产生的微射流和冲击波撞击阀壁、阀内件和下游管道，造成损坏。

图2

闪蒸 ，尤其是气蚀，确实是令人担忧的问题。对付这些现象的工具是结合使用非常坚硬的材料，以最大限度地降低损坏率和/或采用阀门内件设计，以消除气蚀或将破坏性能量集中到远离敏感阀门部件的地方。在严重和不可避免的气蚀情况下，我们无法取胜，只能减缓其影响并争取时间。最终，阀门会损坏并需要维修。

腐蚀 是另一个凶恶的对手，它有多种形式，是由化学物质引起的（图 3）。一般腐蚀是最常见、最容易理解的腐蚀形式之一。当环境均匀地侵蚀金属时，就会发生这种腐蚀，例如在室外未加保护的钢或铁生锈。与一般腐蚀不同的是，点状腐蚀是一种局部腐蚀，会在金属上留下深坑，而这些深坑在其他情况下可能并不存在。

图3

腐蚀类型不胜枚举，包括应力腐蚀开裂（SCC）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、电化学腐蚀等。与腐蚀作斗争最难的部分在于了解腐蚀发生的化学过程，因为在许多情况下，会同时发生几种类型的腐蚀。

确定目标

在确定了对手之后，确定材料选择就是主要目标。一些典型的材料特性包括强度、耐磨性、热膨胀性、耐腐蚀性和抗蠕变性。关键的材料特性差别很大，取决于所考虑的阀门部件（图 4）。

图 4：该图说明了每个阀门部件对关键材料性能的要求有很大不同。请注意，该图只是概括性的，可能会根据阀门设计和工艺条件而有所不同。

强度（或硬度）是衡量材料抗切割、划伤或弯曲能力的指标。耐磨性表明材料吸收能量和避免断裂或损坏的能力。热膨胀和耐腐蚀性能不言自明，但 “蠕变 ”的概念却不那么常见。抗蠕变性是指固体材料在暴露于高温时，避免在长期应力作用下发生缓慢变形的能力。针对特定应用的最佳材料取决于该部件在阀门中的使用方式，这就是为什么不同的阀门部件有不同的抗蠕变性。

了解材料

既然已经确定了问题所在并知道了自己的目标，那么现在就该考虑一下有哪些方法了。

材料的种类繁多，专有名称和通用名称的广度往往导致混淆。例如，“哈氏合金 ”是一个常见的商品名称，但哈氏合金金属却有20多种不同的名称。至少有六种不同的合金被称为铬镍铁合金。在提及合金时，最好尽可能使用UNS编号或ASTM标准等通用名称，以避免混淆。

了解特定金属如何防腐蚀也很重要。有些材料通过形成保护氧化层来抵御持续侵蚀，从而实现被动防腐。例如不锈钢 (SST)、C-276 哈氏合金C和钛。

这些材料往往在氧化环境中效果良好，但在还原环境中效果不佳，因为还原环境会侵蚀氧化层。其他材料的惰性较强，在许多环境中不易发生反应，或不太依赖氧化层的保护。这些材料包括蒙乃尔合金和哈氏合金 B-3。

图 5：本表只是众多可用材料以及每种材料所提供的各种抗腐蚀、抗磨损和抗侵蚀性的一个小样本。

图 5 表格列出了各种材料及其不同的优缺点。需要注意的是，这只是一个缩略列表，仅用于说明各类材料的不同性能。此表不应作为选择材料的指南。

显然，可供选择的材料非常多，而且不同合金之间的价格差异可能很大。在面临艰难的材料选择决策时，最好与阀门供应商讨论各种选择。通常情况下，几种合金都可以使用，而针对特定应用的最佳选择可能是阀门设计和阀门部件材料选择的结合。

结论

当遇到困难的阀门应用时，重要的是要仔细、全面地评估情况，以了解究竟是什么问题在起作用。通常情况下，存在物理过程（冲蚀、气蚀等）以及一种或多种腐蚀过程的组合，需要全面了解整个情况才能彻底解决问题。一旦掌握了这些信息，用户就可以与控制阀供应商合作，选择阀门设计和组件结构材料的最佳组合，以提供长期可靠的服务。

如果事先掌握了工艺知识，并有强大的技术支持，那么与材料的选择就没那么艰难了。利用这些技能，设计人员可以解决工厂中令人头疼的控制阀问题，并迅速成为工艺好手。

本文由Brett Hofman撰写，由小狸翻译整理。

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