蠕变材料阀门的设计与计算

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1、2008年第6期阀门一1一文章编号：1002—5855【2008)06—0001—05蠕变材料阀门的设计与计算张清明(伯特利阀门集团有限公司，浙江温州325105)摘要论述了蠕变材料的蠕变过程和主要影响因素，介绍了蠕变材料阀门产品的设计和计算方法．提出了阀门材料的选择及热处理方法。关键词蠕变材料；阀门；设计与计算；材料的选择；热处理中图分类号：TH134文献标识码：AThecreepchangesthedesignofthevalveandcalculationZHANGQing——ming(BTLValveGroup，Wenzhou325105，China)Abstract：Di

2、scussingthecreepprocessofthecreepmaterialandmaininfluencefactor，introducingthedesignandcalculationmethodsofvalveproductusingthecreepmaterialmethod，puttingforwardthechoiceandheattreatmentmethodofvalvemateria1．Keywords：creepmaterial；valve；designandcalculation；choiceofmaterial；heattreatment1概述近于一

3、条直线，蠕变速度达到最小值，并基本金属材料在恒定温度和恒定应力的长期作用保持不变，称为等速蠕变阶段或稳定蠕变阶段。第下，随时间延长材料会慢慢地发生永久塑性变形的3阶段(曲线cd段)的蠕变速度随时间的延长现象称为蠕变。如碳素钢温度超过300～350℃、而不断增加，达到d点时，产生蠕变断裂，称为加合金钢在400～450℃以上时，金属材料就有可能速蠕变阶段。产生蠕变行为。高温、高压或高温高压使用中的阀门材料均容易产生蠕变变形。如用于锅炉、蒸汽管道、石油、化工、火力发电及冶金装置的阀门等。阀门在高温下运行会出现中法兰螺柱联接松脱，密封面泄漏和阀瓣卡塞等现象，这均与材料的蠕变性有关。因此，在

4、阀门结构设计上要保证这些零部件具有足够的强度和工作寿命，材料选择上也要考虑材料的屈服强度和热膨胀系数。蠕变设计就是为在高温长时间工作的阀门零部件提供有关的强度设计方法。图1典型的蠕变曲线2蠕变特点材料的蠕变曲线表明，当应力较小或温度较低金属材料的蠕变过程常用变形与时间之间的关时，蠕变第2阶段持续时间较长，其可使第3阶段系曲线来描述(图1)，蠕变的整个过程可分为3不发生。当应力较大或温度较高时，蠕变第2。阶段个阶段。第1阶段(曲线ab段)的蠕变速度随持续时间变短，材料会在很短时间内发生断裂。所时间的延长而逐渐减小，也称为减速蠕变阶段或起以在设计选择材料时，尽量选取具有较短时间的蠕始蠕

5、变阶段。第2阶段(曲线bc段)蠕变曲线接变第1阶段，较长时间的第2阶段和明显的第3阶作者简介：张清明(1959一)，男，江西乐安人，工程师。从事阀门开发与研究工作。一2一阀门2008年第6期段的金属材料，这样可使高温下工作的零部件在很低，并以片状出现，使材料强度大大降低，脆性增短的时间内达到最小的蠕变速度，致使在很长的时加，称为石墨化。碳钢长期工作在425'13以上就会间内具有较小的蠕变变形。发生石墨化。(3)热疲劳若工况系统处于长期冷热交替工第1阶段第2阶段第3阶段作，材料内部在温差变化引起的热应力作用下，会lHH化学键结十产生微小裂纹而不断扩展，最后导致破裂。因此，在温度起伏变

6、化工作条件下，阀门应考虑材料的热第4阶段l疲劳性能。iil3．3影响因素氧的化氧溶解于氧与金属元子表面氧原子与金学吸附金属基体间初始换位属原子2维排列材料抗高温氧化性能与许多因素有关。如材料的有序表面重建性质(包括化学成分、组织结构、热膨胀系数、弹I第I性模量和泊松比等)、氧化膜性质(包括体积比、5阶段I热力学稳定性、氧化膜相组织、力学性质和物理性llJ质)、氧化膜／金属界面(包括氧化膜与材料的延生匀匀生长到显微厚度氧化膜破裂、氧化膜具有保护性氧分子渗透氧化层、可能形成多丧失保护性层氧化皮关系、界面的几何形状、界面的化学变化、界面与界面结合强度等)和气相等(包括化学成分、总压图2金

7、属氧化过程力、流动状态流速、流动气体是否含有固体颗粒和3材料分析受外力状态等)。3．1氧化引起材料蠕变的原因很多。材料高温氧化实际上是一个十分复杂的过程，(1)化学成分如C含量、合金元素如Mo、整个过程可分为5个阶段(图2)。其中前3个阶Cr、w、V、Nb和Ni含量等。段气一固反应期，这是一个复杂的过程，需要用化(2)工艺如冶炼工艺、热处理工艺、晶粒度学吸附的实验方法进行测定与研究。第4个阶段为和预变形等。氧化物膜形成初始期，由于材料组织结构与特性的(3)工作条件如温