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奧氏體不銹鋼是在使用條件下以?shī)W氏體組織或以?shī)W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(duì)其工作溫度的劃界,目前尚無(wú)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(guó)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(lái)進(jìn)行分界的方法。即當(dāng)工作溫度<100℃時(shí),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(qiáng),因此決定了對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)要求材料組織穩(wěn)定,保證在使用過(guò)程中不會(huì)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(duì)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(huì)發(fā)生顯著變化。同時(shí),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(duì)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)高B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(shí),還應(yīng)考慮材料本身堆焊(噴焊)的可行性。
經(jīng)過(guò)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(méi)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(diǎn),但因強(qiáng)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(jí)的超低溫閥門用材。
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