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                            高溫閥門5級(jí)高溫等級(jí)劃分

                            上海申弘閥門有限公司

 之前介紹高壓減壓閥，現(xiàn)在介紹高溫閥門的高溫等級(jí)和主體材料高溫閥門5級(jí)高溫等級(jí)劃分高溫工況主要包括亞高溫、高溫Ⅰ級(jí)、高溫Ⅱ級(jí)、高溫Ⅲ級(jí)、高溫Ⅳ級(jí)、高溫Ⅴ級(jí)，下面分別做介紹。 目前閥門行業(yè)對(duì)高溫閥門的高溫等級(jí)劃分，尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。我廠根據(jù)幾十年生產(chǎn)高溫閥門的經(jīng)驗(yàn)將高溫等級(jí)劃分為5級(jí)。將閥門的工作溫度t>425~550℃（800~1000°F）定為高溫I級(jí)，簡稱PⅠ級(jí)。閥門工作溫度t>550~650℃（1000~1200下）定為高溫Ⅱ級(jí)，簡稱PⅢ級(jí)。閥門工作溫度t>650~730℃（1200~1350下）定為高溫Ⅲ級(jí)，簡稱PⅢ級(jí)。閥門工作溫度t> 730~816℃（1350~1500°F），稱其為高溫Ⅳ級(jí)，簡稱PⅣ級(jí)。閥門的工作溫度t>816℃（1500下）以上的溫度區(qū)域，稱為閥門的zui高溫度級(jí)，即高溫V級(jí)，簡稱PV級(jí)。

摘 要：介紹了高溫閥門的高溫等級(jí)劃分方法及各溫度等級(jí)高溫閥門的主體材料。

關(guān)鍵字：高溫閥門 高溫等級(jí) 主體材料

    1 高溫閥門5級(jí)高溫等級(jí)劃分概述

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥在一般資料中將閥門工作溫度t>450℃的閥門稱為高溫閥門。然而，僅以工作溫度t>450℃是很難詳細(xì)地區(qū)分各種溫度的高溫閥門的。低溫閥門通常按低溫介質(zhì)和與之相匹配的閥門主體材料分為-46℃級(jí)（液態(tài)丙烷）、-73℃ 級(jí)（液態(tài)丙烯、液態(tài)硫化氫）、-101℃級(jí)（液態(tài)乙烯）、-196℃級(jí)（液氮） 和-254℃級(jí)（液氫）。其中-46℃級(jí)閥門主體材料可用LCB和LCC， -73℃級(jí)可用LC2，-101℃級(jí)可用CF8、CF8C和LC3，-196℃級(jí)可用CF8、CF8M和LC9，-254℃級(jí)可用CF3M和CF8M等。與此相同的是不同溫度級(jí)別的高溫閥門也同低溫閥門一樣，它所用的閥門主體材料及內(nèi)件材料是不同的，甚至設(shè)計(jì)理念和方法也是有區(qū)別的。所以，為了確保高溫閥門能按其所對(duì)應(yīng)的高溫工況，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和選材，劃分閥門的高溫等級(jí)是*必要的。  

目前調(diào)節(jié)閥行業(yè)對(duì)高溫閥門的高溫等級(jí)劃分尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通常人們將工作溫度t>450℃的閥門稱為高溫閥門。然而，僅以工作溫度t>450℃是很難詳細(xì)地區(qū)分各種溫度的高溫閥門的。低溫閥門通常按低溫介質(zhì)和與之相匹配的閥門主體材料分為-46℃級(jí)（液態(tài)丙烷）、-73℃ 級(jí)（液態(tài)丙烯、液態(tài)硫化氫）、-101℃級(jí)（液態(tài)乙烯）、-196℃級(jí)（液氮） 和-254℃級(jí)（液氫）。其中-46℃級(jí)閥門主體材料可用LCB和LCC， -73℃級(jí)可用LC2，-101℃級(jí)可用CF8、CF8C和LC3，-196℃級(jí)可用CF8、CF8M和LC9，-254℃級(jí)可用CF3M和CF8M等。與此相同的是不同溫度級(jí)別的高溫閥門也同低溫閥門一樣，它所用的閥門主體材料及內(nèi)件材料是不同的，甚至設(shè)計(jì)理念和方法也是有區(qū)別的。所以，為了確保高溫閥門能按其所對(duì)應(yīng)的高溫工況，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和選材，劃分閥門的高溫等級(jí)是*必要的。
    我廠根據(jù)幾十年生產(chǎn)高溫閥門的經(jīng)驗(yàn)將高溫等級(jí)劃分為5級(jí)。將閥門的工作溫度t>425~550℃（800~1000°F）定為高溫I級(jí)，簡稱PⅠ級(jí)。閥門工作溫度t>550~650℃（1000~1200下）定為高溫Ⅱ級(jí)，簡稱PⅢ級(jí)。閥門工作溫度t>650~730℃（1200~1350下）定為高溫Ⅲ級(jí)，簡稱PⅢ級(jí)。閥門工作溫度t> 730~816℃（1350~1500°F），稱其為高溫Ⅳ級(jí)，簡稱PⅣ級(jí)。閥門的工作溫度t>816℃（1500下）以上的溫度區(qū)域，稱為閥門的zui高溫度級(jí)，即高溫V級(jí)，簡稱PV級(jí)。
一、閥門分級(jí)方法
    閥門的高溫等級(jí)符號(hào)用P表示，是因?yàn)樵?0世紀(jì)70年代，我廠開發(fā)PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門時(shí)，閥門的主體材料用的是ZG1Cr18Ni9Ti不銹耐熱鋼， 而該材料代號(hào)是用P來表示的。因此，用P加注羅馬數(shù)字腳碼表示高溫閥門的高溫等級(jí)。PⅢ級(jí)的上限溫度定在730℃ 是因?yàn)闊捰蛷S目前所用的閥門zui高工作溫度為730℃，所以，就以730℃為PⅢ級(jí)高溫閥門的上限溫度。將PⅣ級(jí)的上限溫度定為816℃是因?yàn)殚y門設(shè)計(jì)時(shí)選用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.34的壓力-溫度等級(jí)中提供參數(shù)的zui高工作溫度為1500°F（816℃），再高無標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)可選用。另外，溫度超過816℃以后，鋼就接近進(jìn)入了鍛造溫度區(qū)域了，此時(shí)金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形，故將PⅣ級(jí)高溫閥門的上限溫度定為816℃ 。從PI級(jí)~PⅣ級(jí)，以華氏溫度表示時(shí)，PⅠ級(jí)>800~1000°F，PⅡ級(jí)>1000~1200°F，PⅠ級(jí)~PⅡ級(jí)每-級(jí)的溫度差均為200°F。PⅢ級(jí)>1200~1350°F，PⅣ級(jí)>1350~1500°F，PⅢ級(jí)~PⅣ級(jí)每一級(jí)的溫度差均為150°F。用于PV級(jí)高溫的閥門必須采用特殊的設(shè)計(jì)手段，方能保證閥門（作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門）在此溫度區(qū)域正常工作。在816℃以上，閥門的上作溫度的高低已不是關(guān)鍵參數(shù)了，因?yàn)椴捎玫奶厥庠O(shè)計(jì)手段的原理基本上是一樣的，所以，對(duì)PV級(jí)高溫閥門的工作溫度不設(shè)限溫度。
    “嚴(yán)格定義”的高溫閥門，其閥門的工作溫度高于425℃，主體材料采用高溫合金鋼或不銹耐熱鋼或Cr-Ni耐熱合金。但在實(shí)際應(yīng)用中，還經(jīng)常說到閥門主體材料為WCB（或A105）的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥等。需要指出它們是相對(duì)于用聚四氟乙烯和橡膠作密封圈時(shí)講的。例如，當(dāng)球閥的工作溫度高于150~180℃時(shí)，就不能用聚四氟乙烯做閥座了， 這時(shí)就要用對(duì)位聚苯（工作溫度t≤320℃）或金屬閥座了，此時(shí)稱該球閥為“高溫球閥”同樣，金屬硬密封蝶閥相對(duì)于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的軟密封蝶閥來講，它們耐溫高于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的蝶閥，因而稱其為“高溫蝶閥”。所以，工作溫度t≤425℃時(shí)的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥，只是說它們是相對(duì)于軟密封時(shí)為高溫，而不是“嚴(yán)格定義”上的高溫閥門。

    1、 亞高溫     
     亞高溫是指閥門的工作溫度在325～425℃區(qū)域。如果介質(zhì)是水和蒸汽時(shí)，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時(shí)，主要用具有抗硫化物腐蝕的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它們多用在煉油廠的常減壓裝置和延遲焦化裝置上，此時(shí)CF8、CF8M、CF3及CF3M材質(zhì)的閥門不是用于抗酸溶液腐蝕，而是用于含硫油品及油氣管路上。在此工況中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的zui高工作溫度上限為450℃。
 
    2、 高溫Ⅰ級(jí)     
     閥門的工作溫度為425～550℃時(shí)為高溫Ⅰ級(jí)(簡稱PI級(jí))。PI級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅰ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦耐熱鋼”。因PI級(jí)是特定的稱呼，在這里包含了高溫不銹鋼(P)的概念。因此，如果工作介質(zhì)為水或蒸汽時(shí)，雖然也可用高溫鋼WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃)，在含硫油品時(shí)雖然也可用高溫鋼C5(ZG1Cr5Mo)，但在這里不能稱它們?yōu)镻I級(jí)。
 
    3、 高溫Ⅱ級(jí)     
     閥門的工作溫度為550～650℃，定為高溫Ⅱ級(jí)(簡稱為PⅡ級(jí))。PⅡ級(jí)高溫閥門主要用于煉油廠的重油催化裂化裝置，它包含用在三旋噴嘴等部位的高溫襯里耐磨閘閥。PⅡ級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅱ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。 
 
    4、 高溫Ⅲ級(jí)     
     閥門的工作溫度為650～730℃，定為高溫Ⅲ級(jí)(簡稱為PⅢ級(jí))。PⅢ級(jí)高溫閥門主要是用在煉油廠的大型重油催化裂化裝置上。PⅢ級(jí)高溫閥門主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形的“高溫Ⅲ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。 

   5、 高溫Ⅳ級(jí)     
     閥門的工作溫度為730～816℃，定為高溫Ⅳ級(jí)(簡稱為PⅣ級(jí))。將PⅣ級(jí)閥門的工作溫度上限定為816℃是因?yàn)殚y門設(shè)計(jì)選用的標(biāo)準(zhǔn)ASMEB16134壓力-溫度等級(jí)中提供的zui高溫度為816℃(1500υ)。另外，工作溫度超過816℃以后，鋼就接近進(jìn)入了鍛造溫度區(qū)域，此時(shí)金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形。PⅣ級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形“高溫Ⅳ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。CK-20及ASTMA182標(biāo)準(zhǔn)中F310(其中C含量≥01050%)及F310H等耐熱不銹鋼。 
 
    6、 高溫Ⅴ級(jí)     
     閥門的工作溫度>816℃以上，簡稱為PⅤ級(jí),PⅤ級(jí)高溫閥門(作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門)必須采用特殊的設(shè)計(jì)手段，如襯隔熱襯里或通水或氣冷卻等，方能保證閥門的正常工作。所以，對(duì)PⅤ級(jí)高溫閥門的工作溫度上限不作規(guī)定，這是因?yàn)榭刂崎y門的工作溫度不是僅靠材料，而是用特殊的設(shè)計(jì)手段來解決的，而設(shè)計(jì)手段的基本原理是一樣的。PⅤ級(jí)高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊設(shè)計(jì)方法等，選用合理的、能滿足該閥門的材料。在PⅤ級(jí)高溫閥門中，通常煙道插板閥或蝶閥的插板或蝶板常選用ASTMA297標(biāo)準(zhǔn)中的HK-30，HK-40高溫合金，它們能在1150℃以下抗氧化和還原性氣體中耐蝕，但不能承受沖擊和高壓載荷。

 
二、高溫閥門的主體材料
    從表1中可以看出，在PⅠ級(jí)時(shí)，321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。在PⅡ級(jí)也是321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。所以從選優(yōu)的角度，應(yīng)是321和321H不銹耐熱鋼。然而321和321H均是軋材，而且在美國沒有與之相對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)。因?yàn)?21其對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)應(yīng)是CF8Ti，CF8Ti是指C≤0.08%的CF8型加鈦（Ti）的不銹鋼，它相當(dāng)于我國的ZG0Cr19Nil1Ti。321H其對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)應(yīng)是CF10Ti，CF10Ti是指C≤0.10%的CF10型加鈦的高碳級(jí)不銹耐熱鋼，其相當(dāng)于我國的ZG1Cr18Ni9Ti。但由于美國既是貧鈦國，又是用鈦大國（鈦合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫及耐腐蝕等-系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地用于高性能戰(zhàn)斗機(jī)和火箭等裝備上），所以，美國的穩(wěn)定型鑄造不銹耐熱鋼只用其較富有的合金元素鈮（Nb，有時(shí)也用Cb表示），即ASTM A351中的CF8C（CF8C中的C表示Cb），而沒有含Ti的鑄造不銹耐熱鋼。在不銹鋼及不銹耐熱鋼中加鈦和鈮的作用是一樣的，都是用Ti或Nb穩(wěn)定C，從而減少C與Cr反應(yīng)生成Cr23C6，并起細(xì)化晶粒，降低鋼中的有害雜質(zhì)和氣體等作用。CF8C其對(duì)應(yīng)的軋材鋼號(hào)為347。我國是貧鈮富鈦國，又因鈮的價(jià)格比鈦高，但Nb抗燒損性優(yōu)于Ti，故我國含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼主要用于制作不銹鋼及不銹耐熱鋼的焊條。在其他場合，很少用含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼，而廣泛用的是含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼。因此PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用ZGOCrl9Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H。

但含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼的鑄造性能差，Ti又易形成碳硫化鈦夾雜物，降低鋼的塑性和沖擊韌性，并易形成刀口腐蝕等，所以，現(xiàn)在美國很少生產(chǎn)含Ti的321型不銹鋼。有資料介紹，美國盡管仍保留了低碳級(jí)的0Cr19Ni11Ti（321），但其產(chǎn)量僅占其不銹鋼的0.7%~1.5%。因此，PI級(jí)和PⅡ級(jí)通常選用CF8、304和304H型不銹耐熱鋼。
  表2中列出了閥門生產(chǎn)中所用的幾種型號(hào)的Cr-Mo高溫鋼在800~1000°F （427~538℃）時(shí)，即高溫工級(jí)（PI）區(qū)間的壓力-溫度額定值。從表2中可見，在1000°F（538℃）時(shí)，鑄鋼WC9的壓力-溫度額定值zui高，鑄鋼WC6次之。用作閥門主體材料時(shí)，又由于它們的工作溫度較其他鋼號(hào)的高（WC1≤450℃；WC4≤480℃；WC5≤500℃；WC6≤540℃；WC9≤570℃）。所以，在閥門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)主要采用ASTM A217標(biāo)準(zhǔn)中WC6和WC9這兩種低Cr的Cr-Mo高溫鑄鋼，而其他型號(hào)的低鉻（或低鉻和鎳）的Cr-Mo鑄鋼較少使用。但因WC6和WC9的含Cr量較低，不具有抗硫腐蝕的性能，所以，僅適用于工作介質(zhì)為水和蒸汽的工況中。

    C5（ASTM A217中鑄鋼鉻五鉬鋼號(hào)，相當(dāng)于我國的ZG1Cr5Mo）具有一定的抗氧化、抗硫腐蝕及抗氫腐蝕的功能。在原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT 176-77的“推薦附錄”中提出了20X5MJI（原蘇聯(lián)的鑄鋼鉻五鉬的鋼號(hào)，相當(dāng)于我國的ZG2Cr5Mo）的主要性能是在含有硫化物熱石油介質(zhì)中耐蝕耐熱600℃以下。該標(biāo)準(zhǔn)又在其用途舉例中明確指出它用于“在550℃以下承壓的石油介質(zhì)中工作的石油加工設(shè)備配件、爐具、閥門以及其他零件”。這是對(duì)鑄鋼鉻五鉬閥門工作介質(zhì)和工作溫度及性能在標(biāo)準(zhǔn)中所作出的zui全面的敘述。由于鉻五鉬具有上述的功能，加之其成本較高鉻鎳的不銹耐熱鋼低，所以，在閥門生產(chǎn)中鑄鋼鉻五鉬是在Cr-Mo系高溫鑄鋼中應(yīng)用zui多的鋼號(hào)。
因此，WC6、WC9（用于介質(zhì)為水和蒸汽）和C5（用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品）等也是PⅠ高溫閥門的主體材料之一。

    在PⅢ級(jí)和PⅣ級(jí)溫度下，CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)值zui高（表1），所以，PⅢ級(jí)和PⅣ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼。CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼（Cr25Ni20），由于其Cr、Ni含量高，在高溫時(shí)其抗腐蝕和抗氧化性能均優(yōu)于其他不銹耐熱鋼，同時(shí)其在高溫下抗蠕變性能及抗高溫?cái)嗔训膽?yīng)力等也優(yōu)于其他的不銹耐熱鋼。但在1500°F時(shí)，310的“不加火壓力容器”的zui大許用應(yīng)力zui低（表3），材料價(jià)格高。通常及科研用PⅣ級(jí)高溫閥門多傾向選用CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼。
以上介紹了各高溫等級(jí)的閥門主體材料選用的鋼號(hào)等， 然而各高溫等級(jí)的閥門內(nèi)件、緊固連接件及填料和墊片等又有嚴(yán)格的要求且有很大的差異。
    高溫閥門用不銹耐熱鋼（包括用于高溫閥門的鉻-鉬高溫鑄鋼）的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和控制（工廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)），其鑄造、冶煉及熱處理技術(shù)是關(guān)鍵， 高溫閥門的質(zhì)量主要是所用的材料的質(zhì)量。在石化工業(yè)中使用的高溫不銹耐熱鋼，應(yīng)采用電弧爐冶煉。在電弧爐冶煉時(shí)，應(yīng)對(duì)高溫不銹耐熱鋼進(jìn)行充分地脫硫和脫磷，除渣及除氣精煉、凈化晶界和細(xì)化晶粒， 提高抗高溫蠕變等功能。通常用于防腐蝕的未采用抗高溫的特殊冶煉工藝措施的CF8和CF8M不銹鋼，不宜用作抗高溫的耐熱不銹鋼。

    高溫閥門的高溫等級(jí)共分五級(jí)，即閥門工作溫度t>425~550℃ 為PⅠ級(jí)， 工作溫度t>550~650℃為PH級(jí)，工作溫度t>650~730℃為PⅢ級(jí)，工作溫度t>730~816℃為PⅣ級(jí)，工作溫度t>816℃為PV級(jí)。PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H或CF8、304和304H等不銹耐熱鋼。PI級(jí)高溫閥門若用于介質(zhì)為水和蒸汽時(shí)，可選用WC6和WC9若用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品時(shí)，可選用CS（ZG1Cr5Mo）等Cr-Mo高溫鋼。PⅢ和PⅣ級(jí)可選用CFSM、316和316H不銹耐熱鋼。PⅣ級(jí)也可選用CK-20、310和310H高鉻鎳不銹耐熱鋼。PⅤ級(jí)高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊的設(shè)計(jì)方法等選用合理的能滿足該閥門使用的材料。但高溫閥門使用的Cr-Mo耐熱鋼應(yīng)采用電弧爐冶煉，并應(yīng)采用抗高溫的冶煉工藝。

    2 分級(jí)方法

    閥門的高溫等級(jí)符號(hào)用P表示，是因?yàn)樵?0世紀(jì)70年代，我廠開發(fā)PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門時(shí)，閥門的主體材料用的是ZG1Cr18Ni9Ti不銹耐熱鋼， 而該材料代號(hào)是用P來表示的。因此，用P加注羅馬數(shù)字腳碼表示高溫閥門的高溫等級(jí)。PⅢ級(jí)的上限溫度定在730℃ 是因?yàn)闊捰蛷S目前所用的閥門zui高工作溫度為730℃，所以，就以730℃為PⅢ級(jí)高溫閥門的上限溫度。將PⅣ級(jí)的上限溫度定為816℃是因?yàn)殚y門設(shè)計(jì)時(shí)選用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)ASME B16.34的壓力-溫度等級(jí)中提供參數(shù)的zui高工作溫度為1500°F（816℃），再高無標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)可選用。另外，溫度超過816℃以后，鋼就接近進(jìn)入了鍛造溫度區(qū)域了，此時(shí)金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形，故將PⅣ級(jí)高溫閥門的上限溫度定為816℃ 。從PI級(jí)~PⅣ級(jí)，以華氏溫度表示時(shí)，PⅠ級(jí)>800~1000°F，PⅡ級(jí)>1000~1200°F，PⅠ級(jí)~PⅡ級(jí)每-級(jí)的溫度差均為200°F。PⅢ級(jí)>1200~1350°F，PⅣ級(jí)>1350~1500°F，PⅢ級(jí)~PⅣ級(jí)每一級(jí)的溫度差均為150°F。用于PV級(jí)高溫的閥門必須采用特殊的設(shè)計(jì)手段，方能保證閥門（作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門）在此溫度區(qū)域正常工作。在816℃以上，閥門的上作溫度的高低已不是關(guān)鍵參數(shù)了，因?yàn)椴捎玫奶厥庠O(shè)計(jì)手段的原理基本上是一樣的，所以，對(duì)PV級(jí)高溫閥門的工作溫度不設(shè)限溫度。

    “嚴(yán)格定義”的高溫閥門，其閥門的工作溫度高于425℃，主體材料采用高溫合金鋼或不銹耐熱鋼或Cr-Ni耐熱合金。但在實(shí)際應(yīng)用中，還經(jīng)常說到閥門主體材料為WCB（或A105）的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥等。需要指出它們是相對(duì)于用聚四氟乙烯和橡膠作密封圈時(shí)講的。例如，當(dāng)球閥的工作溫度高于150~180℃時(shí)，就不能用聚四氟乙烯做閥座了， 這時(shí)就要用對(duì)位聚苯（工作溫度t≤320℃）或金屬閥座了，此時(shí)稱該球閥為“高溫球閥”同樣，金屬硬密封蝶閥相對(duì)于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的軟密封蝶閥來講，它們耐溫高于用橡膠或聚四氟乙烯做密封圈的蝶閥，因而稱其為“高溫蝶閥”。所以，工作溫度t≤425℃時(shí)的高溫球閥、高溫旋塞或高溫蝶閥，只是說它們是相對(duì)于軟密封時(shí)為高溫，而不是“嚴(yán)格定義”上的高溫閥門。

    3 高溫閥門的主體材料

    從表1中可以看出，在PⅠ級(jí)時(shí)，321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。在PⅡ級(jí)也是321和321H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)據(jù)zui高。所以從選優(yōu)的角度，應(yīng)是321和321H不銹耐熱鋼。然而321和321H均是軋材，而且在美國沒有與之相對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)。因?yàn)?21其對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)應(yīng)是CF8Ti，CF8Ti是指C≤0.08%的CF8型加鈦（Ti）的不銹鋼，它相當(dāng)于我國的ZG0Cr19Nil1Ti。321H其對(duì)應(yīng)的鑄造合金的牌號(hào)應(yīng)是CF10Ti，CF10Ti是指C≤0.10%的CF10型加鈦的高碳級(jí)不銹耐熱鋼，其相當(dāng)于我國的ZG1Cr18Ni9Ti。但由于美國既是貧鈦國，又是用鈦大國（鈦合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫及耐腐蝕等-系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地用于高性能戰(zhàn)斗機(jī)和火箭等裝備上），所以，美國的穩(wěn)定型鑄造不銹耐熱鋼只用其較富有的合金元素鈮（Nb，有時(shí)也用Cb表示），即ASTM A351中的CF8C（CF8C中的C表示Cb），而沒有含Ti的鑄造不銹耐熱鋼。在不銹鋼及不銹耐熱鋼中加鈦和鈮的作用是一樣的，都是用Ti或Nb穩(wěn)定C，從而減少C與Cr反應(yīng)生成Cr23C6，并起細(xì)化晶粒，降低鋼中的有害雜質(zhì)和氣體等作用。CF8C其對(duì)應(yīng)的軋材鋼號(hào)為347。我國是貧鈮富鈦國，又因鈮的價(jià)格比鈦高，但Nb抗燒損性優(yōu)于Ti，故我國含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼主要用于制作不銹鋼及不銹耐熱鋼的焊條。在其他場合，很少用含Nb的不銹鋼及不銹耐熱鋼，而廣泛用的是含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼。因此PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用ZGOCrl9Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H。

    但含Ti的不銹鋼及不銹耐熱鋼的鑄造性能差，Ti又易形成碳硫化鈦夾雜物，降低鋼的塑性和沖擊韌性，并易形成刀口腐蝕等，所以，現(xiàn)在美國很少生產(chǎn)含Ti的321型不銹鋼。有資料介紹，美國盡管仍保留了低碳級(jí)的0Cr19Ni11Ti（321），但其產(chǎn)量僅占其不銹鋼的0.7%~1.5%。因此，PI級(jí)和PⅡ級(jí)通常選用CF8、304和304H型不銹耐熱鋼。

表1 常用的不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值比較[1]

    注：（1）僅用于焊連接閥門，法蘭連接的額定值溫度為1000°F；
        （2）在溫度超過1000℃工況，僅當(dāng)碳含量等于高于0.04%時(shí)才使用。

    表2中列出了閥門生產(chǎn)中所用的幾種型號(hào)的Cr-Mo高溫鋼在800~1000°F （427~538℃）時(shí)，即高溫工級(jí)（PI）區(qū)間的壓力-溫度額定值。從表2中可見，在1000°F（538℃）時(shí)，鑄鋼WC9的壓力-溫度額定值zui高，鑄鋼WC6次之。用作閥門主體材料時(shí)，又由于它們的工作溫度較其他鋼號(hào)的高（WC1≤450℃；WC4≤480℃；WC5≤500℃；WC6≤540℃；WC9≤570℃）。所以，在閥門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)主要采用ASTM A217標(biāo)準(zhǔn)中WC6和WC9這兩種低Cr的Cr-Mo高溫鑄鋼，而其他型號(hào)的低鉻（或低鉻和鎳）的Cr-Mo鑄鋼較少使用。但因WC6和WC9的含Cr量較低，不具有抗硫腐蝕的性能，所以，僅適用于工作介質(zhì)為水和蒸汽的工況中。

    C5（ASTM A217中鑄鋼鉻五鉬鋼號(hào)，相當(dāng)于我國的ZG1Cr5Mo）具有一定的抗氧化、抗硫腐蝕及抗氫腐蝕的功能。在原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT 176-77的“推薦附錄”中提出了20X5MJI（原蘇聯(lián)的鑄鋼鉻五鉬的鋼號(hào)，相當(dāng)于我國的ZG2Cr5Mo）的主要性能是在含有硫化物熱石油介質(zhì)中耐蝕耐熱600℃以下。該標(biāo)準(zhǔn)又在其用途舉例中明確指出它用于“在550℃以下承壓的石油介質(zhì)中工作的石油加工設(shè)備配件、爐具、閥門以及其他零件”。這是對(duì)鑄鋼鉻五鉬閥門工作介質(zhì)和工作溫度及性能在標(biāo)準(zhǔn)中所作出的zui全面的敘述。由于鉻五鉬具有上述的功能，加之其成本較高鉻鎳的不銹耐熱鋼低，所以，在閥門生產(chǎn)中鑄鋼鉻五鉬是在Cr-Mo系高溫鑄鋼中應(yīng)用zui多的鋼號(hào)。

表2 常用的鉻-鉬高溫鋼的壓力-溫度額定值比較[1]

    因此，WC6、WC9（用于介質(zhì)為水和蒸汽）和C5（用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品）等也是PⅠ高溫閥門的主體材料之一。

    在PⅢ級(jí)和PⅣ級(jí)溫度下，CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼的壓力-溫度額定值數(shù)值zui高（表1），所以，PⅢ級(jí)和PⅣ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用CF8M、316和316H型不銹耐熱鋼。CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼（Cr25Ni20），由于其Cr、Ni含量高，在高溫時(shí)其抗腐蝕和抗氧化性能均優(yōu)于其他不銹耐熱鋼，同時(shí)其在高溫下抗蠕變性能及抗高溫?cái)嗔训膽?yīng)力等也優(yōu)于其他的不銹耐熱鋼。但在1500°F時(shí)，310的“不加火壓力容器”的zui大許用應(yīng)力zui低（表3），材料價(jià)格高。通常及科研用PⅣ級(jí)高溫閥門多傾向選用CK-20、310和310H型高Cr、Ni不銹耐熱鋼。

表3 常用的不銹耐熱鋼在（1500°F）816℃時(shí)高溫力學(xué)性能[2]

    *：在（美國）“不銹鋼手冊” 的原譯文中翻譯為“不受熱”。

    以上介紹了各高溫等級(jí)的閥門主體材料選用的鋼號(hào)等， 然而各高溫等級(jí)的閥門內(nèi)件、緊固連接件及填料和墊片等又有嚴(yán)格的要求且有很大的差異。

    高溫閥門用不銹耐熱鋼（包括用于高溫閥門的鉻-鉬高溫鑄鋼）的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和控制（工廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)），其鑄造、冶煉及熱處理技術(shù)是關(guān)鍵， 高溫閥門的質(zhì)量主要是所用的材料的質(zhì)量。在石化工業(yè)中使用的高溫不銹耐熱鋼，應(yīng)采用電弧爐冶煉。在電弧爐冶煉時(shí)，應(yīng)對(duì)高溫不銹耐熱鋼進(jìn)行充分地脫硫和脫磷，除渣及除氣精煉、凈化晶界和細(xì)化晶粒， 提高抗高溫蠕變等功能。通常用于防腐蝕的未采用抗高溫的特殊冶煉工藝措施的CF8和CF8M不銹鋼，不宜用作抗高溫的耐熱不銹鋼。

    4 結(jié)語

    高溫閥門的高溫等級(jí)共分五級(jí)，即閥門工作溫度t>425~550℃ 為PⅠ級(jí)， 工作溫度t>550~650℃為PH級(jí)，工作溫度t>650~730℃為PⅢ級(jí)，工作溫度t>730~816℃為PⅣ級(jí)，工作溫度t>816℃為PV級(jí)。PI級(jí)和PⅡ級(jí)高溫閥門的主體材料可選用ZG0Cr19Ni11Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、321和321H或CF8、304和304H等不銹耐熱鋼。PI級(jí)高溫閥門若用于介質(zhì)為水和蒸汽時(shí)，可選用WC6和WC9若用于介質(zhì)為水和蒸汽及油品時(shí)，可選用CS（ZG1Cr5Mo）等Cr-Mo高溫鋼。PⅢ和PⅣ級(jí)可選用CFSM、316和316H不銹耐熱鋼。PⅣ級(jí)也可選用CK-20、310和310H高鉻鎳不銹耐熱鋼。PⅤ級(jí)高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊的設(shè)計(jì)方法等選用合理的能滿足該閥門使用的材料。但高溫閥門使用的Cr-Mo耐熱鋼應(yīng)采用電弧爐冶煉，并應(yīng)采用抗高溫的冶煉工藝。與本文相關(guān)的論文：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開關(guān)量控制