钢制阀门密封面堆焊材料的研究与分析_高清宝
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擦伤试验 219 次出现破坏 。 对 2Cr13 、 SF -3T 和 SF -4T 材 料无硬度差
的擦伤对比试验 (表 6)中 , 给出了 4 种密封副无 硬度差时在不同工艺情况下其化学成分及金相组织 对抗擦伤性影响 (表 7), 13Cr 合金系统有各种硬 度差的配对擦伤试验次数没有明显的提高 。
— 1 0 — 阀 门 2006 年第 5 期
表 2 组合编号
规定的组合编号 ,CN 1 2 5A 6 8A
替代的组合编号 , CN 8 或 8A 10 5 8 8
封面在精加工后的厚度不应低于 1.6 mm” 。
这些规定与国内有关研究部门试验结论完全不 同 , 对国内企业执行 AP I 600 标准带来了困难 。
SF -3T
36 ～ 39
45 ～ 46
焊后空冷
57
SF -4T
SF -4T
36 ～ 38
36 ～ 37
焊后空冷
46
SF -4T
SF -4T
34 ～ 36
35 ～ 37
焊后空冷
108
SF -4T
SF -4T
34 ～ 38
35 ～ 37
焊后空冷
113
比压 MPa
60 60 60 60 60 60 60 60 60
表 5 密封面试验材料的硬度差配对
曲线编号
闸板硬度 H RC
阀座硬度 HRC
1
41 ～ 43
36 ～ 38
2
45 ～ 51
45 ～ 51
3
52 ～ 55
37 ～ 40
4
43 ～ 45
37 ～ 40
国内一些单位[ 2] 、[ 3] 对 13Cr 系统合金的各种硬 度差配对进行了大量试块擦伤试验 (表 4 、 表 5), 试验比压为 25 M Pa 。
表 3 各种阀门密封面抗冲蚀系数试验
试验 材料
原重 g
试后重 g
失重 mg
失重率 mg/ h
抗冲蚀 系数
抗冲蚀 顺序
18Cr -8Ni 不锈钢
29.88375
29.63521
248.54
10.8
1
6
SF -3T(Cr -M n -N)
29.04079
28.99030
50.49
2.19
4.93
5
SF -4T(Cr -M n -B)
C ≤0.20 , Si =2.0 ～ 3.0 , M o=1.50 ～ 2.0 , C r=17.0 ～ 19.0 , M n =9.0 ～ 10.0 B =1.50 ～ 2.0
奥氏体为基 , 少量铁素体第二相为 M 2B(Fe2B, Cr2B , M o2B)
1 概述 阀门密封面质量是影响阀门寿命的主要因素之
一 。 为了提高阀门产品的使用寿命 , 许多国家都在 密封面材料的研究方面狠下功夫 。 在 60 ～ 80 年代 , 沈阳阀门研究所 、 哈尔滨焊接研究所 、 合肥通用机 械研究所 、 武汉材料保护研究所及上海阀门厂等单 位先后研制和使用了铁基和镍基等许多密封面新材 料 , 并对堆焊设备和工艺等进行了大量研究 , 取得 了显著的成果 。 2 堆焊材料标准分析
60 年 代 , 国内企 业已经采用堆焊 18Cr -8Ni 密封面生产阀门 , 因其抗擦伤性差 , 阀门使用寿命 较低 , 不适用 。同时因为该材料硬度太低 , 抗划伤 和抗 垫伤性 能也很差 。 由试验数 据证明 (表 3), 18Cr -8Ni 不锈钢材料抗冲蚀性能最差 , 这类合金 根据国内有关阀门研究单位的试验结果认为是不适 宜做阀门密封副堆焊材料 。
表 1 API 600 中表 13 中关于密封面部分的相关内容
组合编号
材料种类
布氏硬度
1
13Cr
最小为 250HB
2
18C r-8N i
无规定
3
25C r-20N i
无规定
4
13Cr
最小为 750HB
5 或 5A
HF
最小为 350HB
6
13C r/
最小为 250HB
CuNi
最小为 175HB
7
13C r/
Abstract :Analyzes o n the dif ficulty and problems met by domestic valve indust ry during carrying out standard of API 600 and proposes some discussing opinions , and also introduces t he research development m ade by correlat ive valve research departments regardi ng failure mechanism of sealing surf ace and int roduces research achievement s and development t rend on sealing material f or carbon steel valves and alloy steel valves . Key words:valve ;deposit welding ;standard ;m ateral
阀门编号Hale Waihona Puke Baidu
焊后硬度 回火温度及时间 回火后硬度
HRC
℃×h
HRC
25 -2 - -12闸板 25 -3 - -12闸板 25 -1 闸板 25 -1 闸板
45 ～ 52 47 ～ 53 44 ～ 51 44 ～ 51
490 ×2.5 526 ×2 535 ×2 545 ×2
45 ～ 51 43 ～ 45 41 ～ 43 35 ～ 38
2006 年第 5 期 阀 门 — 9 —
文章编号 :1002-5855 (2006) 05-0009-10
钢制阀门密封面堆焊材料的研究与分析
高清宝 , 于德纯 (沈阳阀门研究所 , 辽宁 沈阳 110025)
摘要 对国内阀门行业执行 API 600 标准在钢制阀门密封面堆焊材料研究和使用等方面遇到的 困难和问题进行了分析并提出一些商榷意见 。介绍了国内有关阀门研究部门对阀门密封面失效机理 方面研究工作进展情况 , 并介绍了碳钢阀门和合金钢阀门密封面材料一些研究成果和发展趋势 。 关键词 阀门 ;堆焊 ;标准 ;材料 中图分类号 :TG42 文献标识码 :A
48 ～ 52 48 ～ 52 48 ～ 51 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 42 ～ 46 42 ～ 46 42 ～ 46
C =0.20 , Cr =12.0 ～ 14.0
马氏体为基 , 少量铁素体 , 无其它化合物相
C ≤0.20 , Si =0.70 ～ 1.50 , Cr =12.0 ～ 14.0 , 马氏体为基 , 少量屈氏体 ,
Research and analysis on deposit welding material on sealing surface for steel valve
GAO Qing-bao , YU De-chun
(Sheny ang V alve Research Institute , Shenyang 110025 , China)
2006 年第 5 期 阀 门 — 11 —
材料类别 2Cr13
S F-3 T S F-4 T
表 6 3 种材料密封副无硬度差配对擦伤试验 结果
动样
配对
静样
硬度(H RC)
动样
静样
状态
擦伤试验 次数
2C r13
2Cr13
52 ～ 54
28.82255
28.81770
5.55
0.24
45.0
3
S F-5 T(高温耐腐)
28.84870
28.82930
19.40
0.84
12.9
4
S F-6 T(电站阀门)
29.48770
29.48473
2.97
0.13
83.1
2
CoCrW
31.56745
31.56700
0.45
0.02
540.0
1
表 4 密封面硬度及热处理规范
我国许多阀门企业已经取得了 AP I 6D 和 API 600 标准 的 认证 , 并 正 在 执行 ANSI/API 600 2001 《石油和天然气工业用栓接阀盖的钢制闸阀》 的标准 。
API 600 标准中阀门密封面材料推荐采用 18Cr -8Ni 和 13Cr , 而且要求 13Cr 密封面配合表面之 间的硬度差至少为 50HB , 有关密封面材料类型及 硬度组 合见表 1 和 表 2 。 API 600 标准 附录 C 对 ISO 10434的 修改本 5.6.5修改为“任 何材料的 密
M n =7.0 ～ 8.50 , N =0.1411
一定量的氮化物相
C ≤0.30 , Si =1.40 ～ 2.50 , Cr =12.0 ～ 17.0 , 奥氏体为基 , 少量铁素体 , 第二相为
M n =7.0 ～ 10.0 , B≤1.0
Cr2B , Fe2B , Cr23(C.B)6 硬质相
49 ～ 52
淬火 -回火
2
2C r13
2Cr13
48 ～ 48.5
49.5 ～ 51 淬火 -回火
3
2C r13
2Cr13
48.5 ～ 48
49 ～ 51
淬火 -回火
4
SF -3T
SF -3T
40 ～ 41
38 ～ 40
焊后空冷
86
SF -3T
SF -3T
34 ～ 36
39 ～ 40
焊后空冷
60
SF -3T
现象
严重擦伤 严重擦伤 严重擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤
表 7 4 种密封副无硬度差时在不同工艺情况下其化学成分及金 相组织对抗擦伤性影响
配对
工艺
硬度(HRC)
化学成分 %
金相组织
2Cr13/ 2C r13 手工堆焊 S F-3T/S F-3 T 手工堆焊 S F-4T/S F-4 T 手工堆焊 WF331/ WF331 等离子堆焊
经试验证明 , 阀门密封面的厚度与堆焊工艺方 法有关 。此规定仅适用于熔深浅的等离子堆焊 、 喷 焊和氧乙炔火焰的气焊堆焊 。而对于用电焊条手工 堆焊的焊层 , 由于熔深较深 , 最后精加工厚度应为 不低于 2.5 mm 。如不分堆焊方法 , 一律规定不低 于 1.6 m m 厚 , 会影响密封面质量 。
4 对于组合编 号 CN 1 , 要求 配合表 面之 间的 硬度 差至 少为
50HB 。
5 两种材料之间用斜线隔 开表示这 是两种不 同的材 料 , 一个 用于阀座密封 , 另一个用于闸板密封面 。 无暗 示哪种材料更适 用于哪个零件 。
作者简介 :高清宝 (1930 -), 男 , 沈阳人 , 教授级高工 , 从事阀门密封面堆焊材料的工艺研究 。
13
19C r-29N i
无规定
14 或 14A
19C r-29N i/
无规定
HF
最小为 350HB
1 Cr =铬 ;Ni =镍;Co =钴 ;M o =钼。
2 HF=用 CoC r 或 N iCr 焊 接 合 金硬 化 面 。 后 缀 A 适 用于
N iCr 。
3 13Cr 类型材料不应高速切削 。
最小为 250HB
13Cr
最小为 750HB
8 或 8A
13C r/
最小为 250HB
HF
最小为 350HB
9
N iCu 合金
无规定
10
18Cr -8N i -M o
无规定
11 或 11A
N iCu 合金/ HF
无规定 最小为 350HB
12 或 12A
18Cr -8N i -M o/
无规定
HF
最小为 350HB
试验 证明 , 13Cr (1Cr13 、 2Cr13 、 3Cr13)虽 然用热处理工艺方法可以得到密封副有一定的硬度 差 , 能改善抗擦伤性能 , 但效果极不明显 。 同时 , 该工艺复杂 , 可操作性不强 , 限制了它的应用 , 因 此不应提倡 13Cr 系统合金组成阀门密封副硬度差 配对 。根据文献[ 2] 的试验结果证明 , 当 13Cr 系统 与 CoCrW 合金配对组成密封副 , 抗擦伤性能显著 提高 。
试验 ① 3Cr13 -2Cr13 , 硬度 差 13.1 H RC , 擦伤试验 649 次时出现破坏 。
试验 ② 3Cr13 -1Cr13 , 硬 度 差 11.8H RC , 擦伤试验 472 次出现破坏 。
试验 ③ 2Cr13 -1Cr13 , 硬度差 8.6H RC , 擦
伤试验 114 次出现破坏 。 试验 ④ 2C r13 -2Cr13 , 硬度 差 13.2H RC ,
的擦伤对比试验 (表 6)中 , 给出了 4 种密封副无 硬度差时在不同工艺情况下其化学成分及金相组织 对抗擦伤性影响 (表 7), 13Cr 合金系统有各种硬 度差的配对擦伤试验次数没有明显的提高 。
— 1 0 — 阀 门 2006 年第 5 期
表 2 组合编号
规定的组合编号 ,CN 1 2 5A 6 8A
替代的组合编号 , CN 8 或 8A 10 5 8 8
封面在精加工后的厚度不应低于 1.6 mm” 。
这些规定与国内有关研究部门试验结论完全不 同 , 对国内企业执行 AP I 600 标准带来了困难 。
SF -3T
36 ～ 39
45 ～ 46
焊后空冷
57
SF -4T
SF -4T
36 ～ 38
36 ～ 37
焊后空冷
46
SF -4T
SF -4T
34 ～ 36
35 ～ 37
焊后空冷
108
SF -4T
SF -4T
34 ～ 38
35 ～ 37
焊后空冷
113
比压 MPa
60 60 60 60 60 60 60 60 60
表 5 密封面试验材料的硬度差配对
曲线编号
闸板硬度 H RC
阀座硬度 HRC
1
41 ～ 43
36 ～ 38
2
45 ～ 51
45 ～ 51
3
52 ～ 55
37 ～ 40
4
43 ～ 45
37 ～ 40
国内一些单位[ 2] 、[ 3] 对 13Cr 系统合金的各种硬 度差配对进行了大量试块擦伤试验 (表 4 、 表 5), 试验比压为 25 M Pa 。
表 3 各种阀门密封面抗冲蚀系数试验
试验 材料
原重 g
试后重 g
失重 mg
失重率 mg/ h
抗冲蚀 系数
抗冲蚀 顺序
18Cr -8Ni 不锈钢
29.88375
29.63521
248.54
10.8
1
6
SF -3T(Cr -M n -N)
29.04079
28.99030
50.49
2.19
4.93
5
SF -4T(Cr -M n -B)
C ≤0.20 , Si =2.0 ～ 3.0 , M o=1.50 ～ 2.0 , C r=17.0 ～ 19.0 , M n =9.0 ～ 10.0 B =1.50 ～ 2.0
奥氏体为基 , 少量铁素体第二相为 M 2B(Fe2B, Cr2B , M o2B)
1 概述 阀门密封面质量是影响阀门寿命的主要因素之
一 。 为了提高阀门产品的使用寿命 , 许多国家都在 密封面材料的研究方面狠下功夫 。 在 60 ～ 80 年代 , 沈阳阀门研究所 、 哈尔滨焊接研究所 、 合肥通用机 械研究所 、 武汉材料保护研究所及上海阀门厂等单 位先后研制和使用了铁基和镍基等许多密封面新材 料 , 并对堆焊设备和工艺等进行了大量研究 , 取得 了显著的成果 。 2 堆焊材料标准分析
60 年 代 , 国内企 业已经采用堆焊 18Cr -8Ni 密封面生产阀门 , 因其抗擦伤性差 , 阀门使用寿命 较低 , 不适用 。同时因为该材料硬度太低 , 抗划伤 和抗 垫伤性 能也很差 。 由试验数 据证明 (表 3), 18Cr -8Ni 不锈钢材料抗冲蚀性能最差 , 这类合金 根据国内有关阀门研究单位的试验结果认为是不适 宜做阀门密封副堆焊材料 。
表 1 API 600 中表 13 中关于密封面部分的相关内容
组合编号
材料种类
布氏硬度
1
13Cr
最小为 250HB
2
18C r-8N i
无规定
3
25C r-20N i
无规定
4
13Cr
最小为 750HB
5 或 5A
HF
最小为 350HB
6
13C r/
最小为 250HB
CuNi
最小为 175HB
7
13C r/
Abstract :Analyzes o n the dif ficulty and problems met by domestic valve indust ry during carrying out standard of API 600 and proposes some discussing opinions , and also introduces t he research development m ade by correlat ive valve research departments regardi ng failure mechanism of sealing surf ace and int roduces research achievement s and development t rend on sealing material f or carbon steel valves and alloy steel valves . Key words:valve ;deposit welding ;standard ;m ateral
阀门编号Hale Waihona Puke Baidu
焊后硬度 回火温度及时间 回火后硬度
HRC
℃×h
HRC
25 -2 - -12闸板 25 -3 - -12闸板 25 -1 闸板 25 -1 闸板
45 ～ 52 47 ～ 53 44 ～ 51 44 ～ 51
490 ×2.5 526 ×2 535 ×2 545 ×2
45 ～ 51 43 ～ 45 41 ～ 43 35 ～ 38
2006 年第 5 期 阀 门 — 9 —
文章编号 :1002-5855 (2006) 05-0009-10
钢制阀门密封面堆焊材料的研究与分析
高清宝 , 于德纯 (沈阳阀门研究所 , 辽宁 沈阳 110025)
摘要 对国内阀门行业执行 API 600 标准在钢制阀门密封面堆焊材料研究和使用等方面遇到的 困难和问题进行了分析并提出一些商榷意见 。介绍了国内有关阀门研究部门对阀门密封面失效机理 方面研究工作进展情况 , 并介绍了碳钢阀门和合金钢阀门密封面材料一些研究成果和发展趋势 。 关键词 阀门 ;堆焊 ;标准 ;材料 中图分类号 :TG42 文献标识码 :A
48 ～ 52 48 ～ 52 48 ～ 51 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 32 ～ 40 42 ～ 46 42 ～ 46 42 ～ 46
C =0.20 , Cr =12.0 ～ 14.0
马氏体为基 , 少量铁素体 , 无其它化合物相
C ≤0.20 , Si =0.70 ～ 1.50 , Cr =12.0 ～ 14.0 , 马氏体为基 , 少量屈氏体 ,
Research and analysis on deposit welding material on sealing surface for steel valve
GAO Qing-bao , YU De-chun
(Sheny ang V alve Research Institute , Shenyang 110025 , China)
2006 年第 5 期 阀 门 — 11 —
材料类别 2Cr13
S F-3 T S F-4 T
表 6 3 种材料密封副无硬度差配对擦伤试验 结果
动样
配对
静样
硬度(H RC)
动样
静样
状态
擦伤试验 次数
2C r13
2Cr13
52 ～ 54
28.82255
28.81770
5.55
0.24
45.0
3
S F-5 T(高温耐腐)
28.84870
28.82930
19.40
0.84
12.9
4
S F-6 T(电站阀门)
29.48770
29.48473
2.97
0.13
83.1
2
CoCrW
31.56745
31.56700
0.45
0.02
540.0
1
表 4 密封面硬度及热处理规范
我国许多阀门企业已经取得了 AP I 6D 和 API 600 标准 的 认证 , 并 正 在 执行 ANSI/API 600 2001 《石油和天然气工业用栓接阀盖的钢制闸阀》 的标准 。
API 600 标准中阀门密封面材料推荐采用 18Cr -8Ni 和 13Cr , 而且要求 13Cr 密封面配合表面之 间的硬度差至少为 50HB , 有关密封面材料类型及 硬度组 合见表 1 和 表 2 。 API 600 标准 附录 C 对 ISO 10434的 修改本 5.6.5修改为“任 何材料的 密
M n =7.0 ～ 8.50 , N =0.1411
一定量的氮化物相
C ≤0.30 , Si =1.40 ～ 2.50 , Cr =12.0 ～ 17.0 , 奥氏体为基 , 少量铁素体 , 第二相为
M n =7.0 ～ 10.0 , B≤1.0
Cr2B , Fe2B , Cr23(C.B)6 硬质相
49 ～ 52
淬火 -回火
2
2C r13
2Cr13
48 ～ 48.5
49.5 ～ 51 淬火 -回火
3
2C r13
2Cr13
48.5 ～ 48
49 ～ 51
淬火 -回火
4
SF -3T
SF -3T
40 ～ 41
38 ～ 40
焊后空冷
86
SF -3T
SF -3T
34 ～ 36
39 ～ 40
焊后空冷
60
SF -3T
现象
严重擦伤 严重擦伤 严重擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤 轻微擦伤
表 7 4 种密封副无硬度差时在不同工艺情况下其化学成分及金 相组织对抗擦伤性影响
配对
工艺
硬度(HRC)
化学成分 %
金相组织
2Cr13/ 2C r13 手工堆焊 S F-3T/S F-3 T 手工堆焊 S F-4T/S F-4 T 手工堆焊 WF331/ WF331 等离子堆焊
经试验证明 , 阀门密封面的厚度与堆焊工艺方 法有关 。此规定仅适用于熔深浅的等离子堆焊 、 喷 焊和氧乙炔火焰的气焊堆焊 。而对于用电焊条手工 堆焊的焊层 , 由于熔深较深 , 最后精加工厚度应为 不低于 2.5 mm 。如不分堆焊方法 , 一律规定不低 于 1.6 m m 厚 , 会影响密封面质量 。
4 对于组合编 号 CN 1 , 要求 配合表 面之 间的 硬度 差至 少为
50HB 。
5 两种材料之间用斜线隔 开表示这 是两种不 同的材 料 , 一个 用于阀座密封 , 另一个用于闸板密封面 。 无暗 示哪种材料更适 用于哪个零件 。
作者简介 :高清宝 (1930 -), 男 , 沈阳人 , 教授级高工 , 从事阀门密封面堆焊材料的工艺研究 。
13
19C r-29N i
无规定
14 或 14A
19C r-29N i/
无规定
HF
最小为 350HB
1 Cr =铬 ;Ni =镍;Co =钴 ;M o =钼。
2 HF=用 CoC r 或 N iCr 焊 接 合 金硬 化 面 。 后 缀 A 适 用于
N iCr 。
3 13Cr 类型材料不应高速切削 。
最小为 250HB
13Cr
最小为 750HB
8 或 8A
13C r/
最小为 250HB
HF
最小为 350HB
9
N iCu 合金
无规定
10
18Cr -8N i -M o
无规定
11 或 11A
N iCu 合金/ HF
无规定 最小为 350HB
12 或 12A
18Cr -8N i -M o/
无规定
HF
最小为 350HB
试验 证明 , 13Cr (1Cr13 、 2Cr13 、 3Cr13)虽 然用热处理工艺方法可以得到密封副有一定的硬度 差 , 能改善抗擦伤性能 , 但效果极不明显 。 同时 , 该工艺复杂 , 可操作性不强 , 限制了它的应用 , 因 此不应提倡 13Cr 系统合金组成阀门密封副硬度差 配对 。根据文献[ 2] 的试验结果证明 , 当 13Cr 系统 与 CoCrW 合金配对组成密封副 , 抗擦伤性能显著 提高 。
试验 ① 3Cr13 -2Cr13 , 硬度 差 13.1 H RC , 擦伤试验 649 次时出现破坏 。
试验 ② 3Cr13 -1Cr13 , 硬 度 差 11.8H RC , 擦伤试验 472 次出现破坏 。
试验 ③ 2Cr13 -1Cr13 , 硬度差 8.6H RC , 擦
伤试验 114 次出现破坏 。 试验 ④ 2C r13 -2Cr13 , 硬度 差 13.2H RC ,