全焊接管线球阀阀体材料的选择与质量控制.pdf

靛管羧恭 石 油 化工 设 计 P e t r o c h e mi c a l De s i g n 2 0 1 2 2 9 2 4 0 4 2 全焊接管线球阀阀体材料的选择与质量控制 粱连 金 上海开维喜阀门集1t i 有限公司 上海 2 0 1 4 1 6 摘要 介绍全焊接管线球阀苛刻的使用工况 提 出了全焊接管线球阀阀体材料选择原则 全焊接管 线球 阀阀体材料考虑强度 同时还需考虑 可焊性 为 了满足 全焊接 管线球 阀焊接要 求 增加 焊接接 头的韧 性储 备 需对化 学成分 含碳 量 碳 当量 锰含 量 微量元素 P S 钢材 的冶炼过程 材料的屈强 比 低 温冲击 韧性和硬度等进行特别控制 同时 提出了锻件的表面质量要求 锻件的试验方法和检验规则 使全焊接 管线球 阀阀体材料满足免焊后热处理要求 关键词 全焊接管线球阀 阀体材料质量控制检验 管道输送经过近百年 的发展已形成全球性跨 国管网 这是人类赖 以生存 的能源供 给系统 这 一 系统从北极圈至赤道 从高山至海底 从高原到 沙漠 其 间穿越地震带 沼泽地 江河 湖泊 山坡 有架设的也有直埋地 下的 在野外远距离遥控操 作 维修困难 要求 3 0年以上使用寿命 输送的天然 气含硫 焊渣 铁锈等杂质 出厂时要求 零 泄漏 这 些苛刻要求已成为全球性共识的采购规范 管线球 阀的阀体是一个 承压部 件 其压力边 界除了承压 内部介质的压力之外 尚需承受外 部 载荷 如地基沉降 山体 滑坡 洪水 泥石流 地震 等 自然灾害引起的弯 曲载荷 以及 由于昼夜温度 变化 冬夏季节性温度变化 引起 的拉伸 和压缩 载 荷 在寒冷及冰冻地区应考虑材料 的低温冲击韧 性 防止低温脆裂 因此 管线球 阀阀体材料 的选 择是否正确及质量控制是否到位决定 阀门是否能 够满足苛刻工况要求 1 阀体材料的选择与质量控制 管线球阀的阀体设计分为分体式阀体和全焊 接阀体设计 分体式结构一般 由阀体 左 右两个 副体组成 阀体 与副体 采用螺栓连接 且 阀体与 副体面对面接触 中间无间隙 分体式 阀体材料 的选择与质量控制 与一 般球 阀无太 大区别 主要 是阀体的壁厚设计需考虑 3 0年的腐蚀余量 在此 不详细叙述 管线球阀的全焊接 阀体 又分为圆筒 状和球形两种基本结构 圆筒状 焊接 阀体如 图 1 所示 主阀体与副阀体由两条各 自独立 互不相交 的环焊缝焊接成一个完整 圆筒状 阀体 球形焊接 阀体如图 2所示 左右对称 的主阀体 由主焊缝 焊 接成一个球形焊接组件 它与上下对称 的阀颈由 二条环形焊缝焊接成一个完整球形 阀体 全焊接 阀体的焊 接接头一般 均设 计 为窄 间隙厚壁埋 弧 焊 例如 N P S 4 8 C l a s s 9 0 0的球状全焊接管线球 阀 焊接壁厚为 1 4 0 mm j 焊接 又是该产 品组 装后 的最后一道工序 阀腔 内有非金属 密封材料 防爆 氟橡胶 不 能进行 焊后 热处理 因此对于全焊接 管线球阀阀体材料的选择和质量控制提出了很高 的要求 1 1 阀体材料的选择 管线球阀的阀体通常选用 A S T M A 1 0 5 A S T M A 3 5 0 L F 2 A S T M A 5 1 5 7 0 A S T M A 5 1 6 7 0等 图1 圆筒状焊接阀体 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 1 9 作者简介 梁连金 男 2 0 0 1年毕业于南京理工大学机 电一体化专业 工程师 现从事大 口径长输管线球阀 硬 密封球 阀 超硬 合金 涂层 的设 计和研 究 工作 已发 表论文 8篇 联 系电话 0 2 1 5 7 4 9 1 l 1 1 E m a i l s h k v c l l j 1 6 3 e o m 第 2 9卷 梁连金 全焊接 管线球 阀阀体材料 的选择 与质量控制 4 l 图 2球形焊接阀体 A S T M A 1 0 5 A S T M A 3 5 0 L F 2常用 于锻 压成 型 A S T M A 5 1 5 7 0 A S T M A 5 1 6 7 0常用于板材模压成 型 当使用温度达到 一2 9 以上 时 选用 A S T M A 1 0 5和 A S T M A 5 1 5 G r a d e 7 0 当使用温度达到 一 2 9 以下时 选用 A S T M A 3 5 0 L F 2和 A S T M A 5 1 6 G r a d e 7 0 根据对 国外供货商管线球 阀材料使 用 的检索发现 部份阀门公 司采用 A S T M A 6 9 4 F 5 2 或 F 6 0作为阀体或过渡段材料 但 A S ME B 1 6 3 4 材料表 中无 A S T M A 6 9 4材料 也无 A S T M A 6 9 4材 料 的压力 一温度额定 值 而且 A S T M A 6 9 4材 料标准并未被 A S ME B 3 1 8 输气和配气管道系 统 纳入引用规范附录 A 而是归入于未引用规范 附录 C 因此 笔者认 为 A S T M A 6 9 4 F 5 2或 1 7 6 0 不能作 为管线球 阀的阀体材料 1 2质量控制 全焊接管线球 阀阀体材料在考虑强度同时还 需考虑可焊性 为了满足全焊接管线球 阀焊接要 求 增加焊接接头的韧性储 备 阀体材料除 了满足 A S ME B 1 6 3 4 A P I 6 D及相关材料标准基本要求 外 还应 高于标 准来提 高 阀体 材料 的 冲击 韧性 需对化学成分 含碳量 碳 当量 锰含量 微量元素 P S 钢材 的冶炼过程 材料 的屈强 比 低温冲击韧 性和硬度等方面进行特别控制 1 化学 成分 要 求 以 A S T M A 3 5 0 L F 2为 例 全焊接阀体材料的化学成分见表 1 2 机 械性 能指 标 以 A S T M A 3 5 0 L F 2为 例 全焊接阀体材料机械性能指标见表 2 表 1 全焊接 阀体 材料 A S T M A 3 5 0 L F 2化学成分 含量 元素 C 1 M n P 1 S l S i I C u I N i 1 C r 1 M o 1 V 1 N b 标 准 值 G O 3 J 0 6 1 3 5 0 0 3 5 l o 0 4 0 1 5 0 3 0 4 l o 4 l 0 3 I o 1 2 o 0 8 I o 0 2 控制值 O 1 8 1 0 2 1 1 1 O 0 2 1 0 0 2 O 1 5 0 3 O 4 0 4 O 3 O 1 2 O 0 8 O O 2 注1 熔炉分析 的铜 镍 铬 钒和钼 总量不能超过 1 0 o 铬 钼 的总量不能超过 0 3 2 2 锻件含碳量 O 1 8 炉前分 析的含碳量 0 1 6 锻件 的碳 当量 C E 2 0 一4 6 控 制值 4 8 5 6 5 5 2 5 0 3 2 0 2 2 3 O 1 9 7 i 2 o 一 4 6 3 锻造及热处理要求 锻件需用平炉 电炉 或纯氧顶吹转炉冶炼 的镇静钢 初炼包 括单独脱 气或精炼 然后使用 电渣重熔或真 空电弧重熔进 行再熔炼 钢应进 行充分 脱氧 细 化 晶粒操 作 切头 废料 应进行足够的切除 以确保去除有害 的气泡或过度的熔析 锻造 比不应小于 3 锻造过 程中应保证 锻件通过相 变温度时缓慢冷却 最终 成型后和加热进行热处理前应充分冷却至相变温 度温度以下 锻件锻后 需进行热处理 热处理采 用正火加回火 正火温度 9 0 0 1 0 回火温度 6 6 0 6 8 0 4 锻件表面质量要求 1 锻件表面不得有毛 细裂纹 结疤 层状断 口 氧化皮 夹杂物 折皱 凹 点及凸点等缺陷存在 2 断面或断口上不得有层 状断 口 亮 区 白点及非金属夹杂等缺 陷 3 不得 出现碳化物偏析 折迭 开裂 龟裂 堆积 脱碳 晶 粒粗大等有害缺陷 4 锻件不允许补焊 1 3试验 方法 1 取样数量 每 1炉热处理锻件应取 1组 试样 1 个拉伸 3个 冲击 如果 同炉热处理的锻 件包括 2个 以上熔炼炉号 则每 1熔炉号都应取 1 组试样 1 个拉伸 3个冲击 2 取样 试样应取在热处理后 的成品锻件 上 试样纵长轴平行 于锻件 轧制时的最大延伸方 向 筒状主阀体锻件试件取样见图 3 a 筒状副 阀体锻件试件取样见图 3 b 球状阀体锻件试件 石 油 化 工 设 计 第 2 9卷 取样见图 3 C j a 主阀体取样 b 副阀体取样 4 4 f c 球 状体取 样 图3 筒状主 副阀体及球状阀体锻件试件取样示意 l 一取样位置 2 一锻件余 量尺寸 3 一零件最终尺寸 4 一钢印标记位置 卜壁厚 3 拉 伸试 验方法 按 A S T M A 3 7 0的规定 进 行 试样制成标准圆形拉伸试样 4 锻件硬度试验方法按 A S T M A 3 7 0的规定 进行 5 锻件冲击试验方法按 A S T M A 3 7 0的规定 进行 6 锻件超声波检测方法按 A S T M A 3 8 8的规 定进行 N P S 4 8 C l a s s 9 0 0全焊 接管线 球 阀侧 阀 体锻件超声波检测如图 4所示 图4 N P S 4 8 C l a s s 9 0 0全焊接管线球阀 侧 阀体锻件超声 波检 测 1 4检验规则 1 全焊接 阀体锻件检验项 目和数 目按表 3 的规定 2 锻件硬度超出范围判定为不合格 3 低温冲击试样的冲击功值 一组三个试样 的算术平均值 应符合表 2的规定 并不得有一个 以上的试样低于规定 的平均值 2 0 J 单 个试样 的 冲击功值不应小于 1 6 J 表 3 全 焊接 阀体锻件检验项 目和数 目 检验项 目 检验数 目 化学成分 逐件检查 硬度 HB 逐件检查 表面质量 逐件检查 力学性能试验和冲击 O S 8 A k v 每炉一次 无损检测 超声波 逐件检查 4 超声波检测验收按 A S ME B 1 6 3 4的要求 进行验收 验收标准是 1 直探头检验 如果显示 等于或超过在厚度等于缺陷深度 的标正试样 中直 径为 6 4 mm 0 2 5英寸 的平底孔所得到的显示 则为不合格 2 斜探头检验 缺陷显示等于或超过 由试件中的长为2 5 m m 1英寸 深度不大于公称 壁厚 5 的 6 0度 V形缺 口所得到的显示 则 为不 合格 2结 语 全焊接管线球 阀苛刻的使用工况 对 阀体 材 料的选择和质量控制提出了很高的要求 需对全 焊接管线球阀阀体材料的化学成分 含碳量 碳当 量 锰含量 微量元素 P S 钢材 的冶炼过程 材料 的屈强比 低温冲击韧性和硬度等进行特别控制 同时 需按质量控制要求和检验项 目加以检验 使 全焊接管线球 阀阀体材料 满足免焊 后热处 理要 求 参考文献 1 陆培文 阀门设计手册 M 北 京 机械工业 出版社 2 0 0 7 2 A S ME B o i l e r a n d P r e s s u r e V e s s e l C o d e P a r t A F e r r o u s Ma t e r i a l S p e c i f i c a t i o n s 2 o t o S 3 A S ME B 1 6 3 4 2 0 0 9 法 兰端 焊接端钢制阀门 s 4 A P I 6 D一 2 0 0 8 管线阀门 s 5 A S T M A 3 7 0 2 0 1 l S t a n d a r d T e s