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低溫調(diào)節(jié)閥材料的選用

發(fā)布時間：2022-12-01

1. 鋼在低溫時的破壞形式

低溫調(diào)節(jié)閥用的金屬材料為低溫鋼或低溫合金。低溫鋼是使用在低溫介質(zhì)中的鋼,低溫介質(zhì)及所對應的溫度見表1。

表1 低溫介質(zhì)及所對應的溫度低溫鋼（低溫用鋼)與常溫用鋼及高溫鋼不同,在低溫狀態(tài)下鋼的塑性減小及韌性顯著降低,當溫度降至某一臨界值以下,即“冷脆性轉(zhuǎn)變溫度”下,鋼材將完全失去韌性,發(fā)生無前兆性的“脆性斷裂”。所以,低溫鋼質(zhì)量的好壞,在很大程度上取決于使用溫度下鋼的沖擊韌性的大小。

斷裂力學指出：鋼材的屈服應力曲線y與斷裂應力曲線o；有一交點見圖1，對應于該交點的溫度T。稱為“冷脆性轉(zhuǎn)變溫度”。

圖1鋼材的斷裂應力及屈服應力與溫度之間的關系

當溫度高于Tc時，屈服應力小于斷裂應力，材料在應力的作用下發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性變形，隨著變形的進行材料中的流變應力，即材料屈服后繼續(xù)變形的變形抗力不斷上升，直到達到斷裂應力時發(fā)生塑性斷裂。當溫度低于Tc時，情況則相反，斷裂應力小于屈服應力，鋼材在應力作用下，首先達到斷裂應力，發(fā)生脆性斷裂。

因此，溫度Tc是材料由塑性斷裂到脆性斷裂的“臨界溫度”，稱之為“冷脆性轉(zhuǎn)變溫度”。降低鋼的“冷脆性轉(zhuǎn)變溫度”就能有效地改善其低溫韌性，所以，可以說低溫鋼就是“冷脆性轉(zhuǎn)變溫度”較低的鋼。

2. 低溫鋼及低溫鋼的沖擊韌性

（1）低溫沖擊試驗因為低溫鋼破壞是低溫脆斷，所以低溫鋼的低溫韌性十分重要。

API6D-2008標準中對韌性試驗做出規(guī)定，低于-29℃℃的所有碳鋼、合金鋼和非奧氏體不銹鋼都應按ISO148-1或ASTMA370使用擺錘式V形缺口的方法進行沖擊試驗。

低溫鋼的沖擊韌性試驗方法按GB/T4159或ISO148-1或ASTMA370的規(guī)定。

（2）低溫材料性能ASTMA352/A352M-2006規(guī)定了用于低溫用途的閥門、法蘭、管件和其他承壓件的鐵素體和馬氏體鑄鋼件化學成分（表2）、力學性能和沖擊韌性（表3）。

表2低溫用承壓件鐵素體和馬氏體鋼的化學成分單位：%

①含碳量在最大規(guī)定值下每減少0.01%，允許最高錳量增加0.04%直到最大含量達1.10Mn%（LCA），1.28Mn%（LCB），1.40Mn%（LCC）。
②殘留元素總量最大值為1.00%。

表3低溫用承壓件鐵素體和馬氏體鋼的力學性能和沖擊韌性要求

注：沖擊韌性試樣為“夏比V形切

（3）管道部件用碳鋼和低合金鋼鍛件性能ASTM A350/A350M一2004b要求進行缺口韌性試驗的管道部件用碳鋼和低合金鋼鍛件化學成分見表4，力學性能見表5，沖擊韌性值見表6，沖擊試驗溫度見表7。

表4需切口韌性試驗的管道部件用碳鋼和低合金鋼鍛件化學成分單位：%

①當補充要求S4要求進行真空碳脫氧時，含Si量最高應為0.12%。
②熔煉分析中Cu、Ni、Cr、V和Mo的總含量不得超過1.00%。
③熔煉分析中Cr和Mo元素的總含量不得超過0.32%。

表5需切口韌性試驗的管道部件

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