奧氏體不銹鋼在超低溫閥門的應(yīng)用

奧氏體不銹鋼在超低溫閥門的應(yīng)用

奧氏體不銹鋼是在使用條件下以奧氏體組織或以奧氏體組織為主的不銹鋼。奧氏體不銹鋼具有多種優(yōu)越的性能,可用于各種不同的領(lǐng)域中,尤其是優(yōu)異的低溫韌性使之作為低溫結(jié)構(gòu)材料而被廣泛應(yīng)用在超低溫工程中。目前,超低溫閥大多選用奧氏體不銹鋼制造。
    超低溫閥門是低溫工程中不可缺少的流體管路控制裝置。超低溫閥門的功能與普通閥門基本一致,也是用于接通或切斷管路介質(zhì)、調(diào)節(jié)介質(zhì)壓力和流量。目前,超低溫閥門有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥及節(jié)流閥等類型,主要用于氣體的液化、分離、輸送和貯存等設(shè)備上。使用溫度可達(dá)-270℃以下。
    超低溫閥是在深冷的低溫范圍內(nèi)工作的閥門。對其工作溫度的劃界,目前尚無統(tǒng)一的規(guī)定。例如俄羅斯(前蘇聯(lián))把在-272～-153℃溫度范圍工作的閥門稱為超低溫閥門。日本液化石油氣管理法則把工作在低于-150℃的閥門稱為超低溫閥門。

我國目前尚未規(guī)定超低溫閥門的溫度界限。在閥門行業(yè),趨向以-100℃作為超低溫閥門的工作溫度上限,也就是把工作溫度低于-100℃的閥門定為超低溫度閥門。這是一種按閥門使用材料來進行分界的方法。即當(dāng)工作溫度<100℃時,閥門的主體材料選用奧氏體不銹鋼。

    超低溫閥門的工作介質(zhì)不僅溫度低,而且大部分或有毒,或易燃易爆,而且滲透性強,因此決定了對閥門用材的諸多特殊要求。
(1)良好的耐低溫性
    超低溫閥不僅要求在設(shè)定的溫度下能正常工作,同時也要保證在常溫下的工作性能。因此,所選材料既要滿足常溫力學(xué)性能,又要符合使用溫度下對力學(xué)性能的要求。尤其要求材料在超低溫下應(yīng)具有足夠的韌性以防止低應(yīng)力下的脆性斷裂。同時要求材料組織穩(wěn)定,保證在使用過程中不會因相變而引起尺寸變化,最終導(dǎo)致閥門密封失效。
(2)與介質(zhì)相容性
    超低溫閥門用材應(yīng)與工作介質(zhì)相容,即對介質(zhì)具有足夠的化學(xué)抵抗力,保證閥門在使用期限內(nèi),與介質(zhì)相接觸材料的化學(xué)及物理性質(zhì)不會發(fā)生顯著變化。同時,閥門用材還應(yīng)符合低溫介質(zhì)防爆性的相容條件。
(3)低的熱導(dǎo)率
    由于超低溫閥的工作溫度很低,為降低傳熱,控制熱漏,閥門除采用特殊結(jié)構(gòu)(設(shè)置絕熱裝置)外,還應(yīng)選用熱導(dǎo)率相對低的材料,以減少熱損失。
(4)良好的焊接性能
    鍛焊結(jié)構(gòu)的閥體材料或?qū)�焊連接的閥門主體材料,應(yīng)考慮材料的焊接性能和在使用溫度下焊縫的可靠性。需熔敷特殊合金(如Co-Cr-W硬質(zhì)合金)的密封面時,還應(yīng)考慮材料本身堆焊(噴焊)的可行性。
    經(jīng)過分析,具有面心立方晶格的銅、鋁合金和奧氏體不銹鋼等材料,因沒有低溫脆性現(xiàn)象,故可作為超低溫閥門用材。雖然銅、鋁合金各有一定的優(yōu)點,但因強度低,一般只用于低壓及小口徑閥門。而9%鎳鋼雖然可用于-196℃工況中,但由于工藝復(fù)雜,一般很少選用。只有奧氏體不銹鋼適宜作為各種規(guī)格、不同壓力等級的超低溫閥門用材。