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越的性能,可用于各種不同的領域中,尤其是優異的低溫韌性使之作為低溫結構材料而被廣泛應用在超低溫工程中。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、調節介質壓力和流量。目前,超低溫閥門有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥及節流閥等類型,主要用于氣體的液化、分離、輸送和貯存等設備上。使用溫度可達-270℃以下。
超低溫閥是在深冷的低溫范圍內工作的閥門。對其工作溫度的劃界,目前尚無統一的規定。例如俄羅斯(前蘇聯)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。我國目前尚未規定超低溫閥門的溫度界限。在閥門行業,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性能,又要符合使用溫度下對力學性能的要求。尤其要求材料在超低溫下應具有足夠的韌性以防止低應力下的脆性斷裂。同時要求材料組織穩定,保證在使用過程中不會因相變而引起尺寸變化,最終導致閥門密封失效。
(2)與介質相容性超低溫閥門用材應與工作介質相容,即對介質具有足夠的化學抵抗力,保證閥門在使用期限內,與介質相接觸材料的化學及物理性質不會發生顯著變化。同時,閥門用材還應符合低溫介質防爆性的相容條件。
(3)低的熱導率由于超低溫閥的工作溫度很低,為降低傳熱,控制熱漏,閥門除采用特殊結構(設置絕熱裝置)外,還應選用熱導率相對低的材料,以減少熱損失。
(4)良好的焊接性能鍛焊結構的閥體材料或對焊連接的閥門主體材料,應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硬質合金)的密封面時,還應考慮材料本身堆焊(噴焊)的可行性。
經過分析,具有面心立方晶格的銅、鋁合金和奧氏體不銹鋼等材料,因沒有低溫脆性現象,故可作為超低溫閥門用材。雖然銅、鋁合金各有一定的優點,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,但由于工藝復雜,一般很少選用。只有奧氏體不銹鋼適宜作為各種規格、不同壓力等級的超低溫閥門用材。
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