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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(yīng)的溫度見表1。

表1 低溫介質(zhì)及所對應(yīng)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(xué)指出：鋼材的屈服應(yīng)力曲線y與斷裂應(yīng)力曲線o；有一交點見圖1，對應(yīng)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(yīng)力及屈服應(yīng)力與溫度之間的關(guān)系

當溫度高于Tc時，屈服應(yīng)力小于斷裂應(yīng)力，材料在應(yīng)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(yīng)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(yīng)力時發(fā)生塑性斷裂。當溫度低于Tc時，情況則相反，斷裂應(yīng)力小于屈服應(yīng)力，鋼材在應(yīng)力作用下，首先達到斷裂應(yīng)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(yīng)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(xué)成分（表2）、力學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)成分見表4，力學(xué)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(xué)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(yīng)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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