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低温调节阀材料的选用

发布时间：2022-12-01

1. 钢在低温时的破坏形式

低温调节阀用的金属材料为低温钢或低温合金。低温钢是使用在低温介质中的钢,低温介质及所对应的温度见表1。

表1 低温介质及所对应的温度低温钢（低温用钢)与常温用钢及高温钢不同,在低温状态下钢的塑性减小及韧性显著降低,当温度降至某一临界值以下,即“冷脆性转变温度”下,钢材将完全失去韧性,发生无前兆性的“脆性断裂”。所以,低温钢质量的好坏,在很大程度上取决于使用温度下钢的冲击韧性的大小。

断裂力学指出：钢材的屈服应力曲线y与断裂应力曲线o；有一交点见图1，对应于该交点的温度T。称为“冷脆性转变温度”。

图1钢材的断裂应力及屈服应力与温度之间的关系

当温度高于Tc时，屈服应力小于断裂应力，材料在应力的作用下发生屈服，产生塑性变形，随着变形的进行材料中的流变应力，即材料屈服后继续变形的变形抗力不断上升，直到达到断裂应力时发生塑性断裂。当温度低于Tc时，情况则相反，断裂应力小于屈服应力，钢材在应力作用下，首先达到断裂应力，发生脆性断裂。

因此，温度Tc是材料由塑性断裂到脆性断裂的“临界温度”，称之为“冷脆性转变温度”。降低钢的“冷脆性转变温度”就能有效地改善其低温韧性，所以，可以说低温钢就是“冷脆性转变温度”较低的钢。

2. 低温钢及低温钢的冲击韧性

（1）低温冲击试验因为低温钢破坏是低温脆断，所以低温钢的低温韧性十分重要。

API6D-2008标准中对韧性试验做出规定，低于-29℃℃的所有碳钢、合金钢和非奥氏体不锈钢都应按ISO148-1或ASTMA370使用摆锤式V形缺口的方法进行冲击试验。

低温钢的冲击韧性试验方法按GB/T4159或ISO148-1或ASTMA370的规定。

（2）低温材料性能ASTMA352/A352M-2006规定了用于低温用途的阀门、法兰、管件和其他承压件的铁素体和马氏体铸钢件化学成分（表2）、力学性能和冲击韧性（表3）。

表2低温用承压件铁素体和马氏体钢的化学成分单位：%

①含碳量在最大规定值下每减少0.01%，允许最高锰量增加0.04%直到最大含量达1.10Mn%（LCA），1.28Mn%（LCB），1.40Mn%（LCC）。
②残留元素总量最大值为1.00%。

表3低温用承压件铁素体和马氏体钢的力学性能和冲击韧性要求

注：冲击韧性试样为“夏比V形切

（3）管道部件用碳钢和低合金钢锻件性能ASTM A350/A350M一2004b要求进行缺口韧性试验的管道部件用碳钢和低合金钢锻件化学成分见表4，力学性能见表5，冲击韧性值见表6，冲击试验温度见表7。

表4需切口韧性试验的管道部件用碳钢和低合金钢锻件化学成分单位：%

①当补充要求S4要求进行真空碳脱氧时，含Si量最高应为0.12%。
②熔炼分析中Cu、Ni、Cr、V和Mo的总含量不得超过1.00%。
③熔炼分析中Cr和Mo元素的总含量不得超过0.32%。

表5需切口韧性试验的管道部件

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