導(dǎo)讀：研究了奧氏體不銹鋼在低溫條件下的金屬組織變化及尺寸變化機(jī)理，提高了低溫閥門的密封性能。

　　關(guān)鍵詞 低溫閥門、深冷處理、低溫形變、深冷處理箱

　　作者：郎咸?hào)|，金瑛(大連高壓閥門廠，遼寧大連116022)

　　中圖分類號(hào):TG156.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

　　1 概述

　　隨著乙烯石化工業(yè)的發(fā)展，低溫和超低溫閥門的應(yīng)用越來(lái)越廣泛這些閥門的質(zhì)量與材料的選用和處理關(guān)系極為密切，因此掌握材料在不同的低溫狀態(tài)下的變化規(guī)律，確定材料在不同低溫條件下的穩(wěn)定性，才能保證閥門在低溫狀態(tài)下的良好性能。

　　2 材料的選用

　　在對(duì)低溫材料進(jìn)行選擇時(shí)，必須首先考慮到以下兩個(gè)方面的要求。

　　a.材料在使用的低溫條件下要有足夠的韌性，以防止在低應(yīng)力下突發(fā)脆性斷裂。

　　b.低溫下材料的組織穩(wěn)定性，以保證在使用中不會(huì)因變形而影響閥門的密封性。

　　具有面立方晶格的A體不銹鋼沒(méi)有冷脆轉(zhuǎn)變臨界溫度，在低溫條件下，仍然保持較高的韌性，如OCr18Ni9和OOCr17Ni12Mo2(304、316L)等奧氏體不銹鋼，但這類鋼材大部分在室溫狀態(tài)下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，在低溫下往往由于M體相變、體積膨脹和應(yīng)力的作用而引起零件變形，深冷處理就是針對(duì)解決這一問(wèn)題提出的。

　　3 低溫變形及其原因

　　用Cr-Ni奧氏體不銹鋼制作的低溫閥零件，在低溫下會(huì)發(fā)生變形，有時(shí)甚至是嚴(yán)重變形。例如，將密封件(0Cr18Ni9表面堆焊Co-Cr-W合金)精研，使用德捷力深冷處理箱處理后，用測(cè)微計(jì)測(cè)量，呈現(xiàn)不同類型的變形(表1、圖1)。

表1閥門零件在低溫下的變形

圖1 DN40mm 閥瓣深冷處理后沿梯形槽變形示意圖

　　零件在低溫下的變形原因有以下2點(diǎn)。

　　(1)由于馬氏體轉(zhuǎn)變和組織應(yīng)力引起的變形奧氏體不銹鋼零件，當(dāng)冷卻至Ms點(diǎn)以下在某一溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保溫，即會(huì)產(chǎn)生不同逆性的馬氏體轉(zhuǎn)變，具有體心正方點(diǎn)陣的馬氏體是碳在a-Fe中的過(guò)飽和固溶體。體心立方配位小。致密度低，而部分碳原子規(guī)則化排列占據(jù)體心立方點(diǎn)陣(1/21/2.0)(0，0，1/2)位置。使晶格沿C軸方向增長(zhǎng)，因而馬氏體比奧氏體有更大的比容。圖2是在室溫下，奧氏體和馬氏體的比容隨含碳量的變化，可見即使含碳量為0.08%的鋼，其馬氏體的比容比奧氏體的比容約增大4%。在低溫下，馬氏體中碳原子排列規(guī)則度增高，其尺寸效應(yīng)可能比室溫更大，這種局部的體積膨脹，并由膨脹引起的應(yīng)力都會(huì)導(dǎo)致零件變形。

圖2在室溫下，不同含碳量對(duì)奧氏體和馬氏體比容的影響

　　(2)由溫度應(yīng)力引起彈性和塑性畸變?cè)谏罾溥^(guò)程中，由于零件各部分的溫度差或由于不同組織間某些物理性能的差異，引起收縮不均，就產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力低于材料的彈性極限時(shí)，就僅使零件產(chǎn)生可逆性的彈性扭曲。當(dāng)某一部分的溫度應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服相限時(shí)，零件將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的扭曲變形。

　　實(shí)踐證明，無(wú)論那種原因引起的變形，其對(duì)零部件結(jié)構(gòu)形式是非常敏感的，因此對(duì)低溫閥門要十分注意結(jié)構(gòu)形式的選擇和設(shè)計(jì)。

　　4 深冷處理

　　由上述原因引起的變形，都會(huì)在使用中影響閥門的密封性。對(duì)于可逆的變形，一般是通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決，而為了消除永久性的變形，一種辦法是選擇那些穩(wěn)定性較高的材料，以便在應(yīng)用中不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，從而減少變形，如用316L材料代替304材料。但由于受成本等因素的制約，通常選用304(OCr18Ni9)不銹鋼，并通過(guò)深冷處理使馬氏體轉(zhuǎn)變和變形得以充分發(fā)生。然后，通過(guò)精加工，使零件中保持組織和尺寸的相對(duì)穩(wěn)定性。

　　處于室溫的奧氏體不銹鋼大部分是處在亞穩(wěn)定狀態(tài)的，當(dāng)繼續(xù)冷卻至Ms點(diǎn)溫度以下。或在某一溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期保持都會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。而在Ms點(diǎn)以上，由于加工變形的作用，也會(huì)有馬氏體轉(zhuǎn)變。奧氏體不銹鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程及其最終產(chǎn)物，主要取決于化學(xué)成分。

　　5 深冷處理

　　通過(guò)實(shí)踐，確定其工藝參數(shù)。進(jìn)行深冷處理的溫度界限為-100℃，凡用于-100℃以下，各種類型閥門的閥體、閥蓋和密封件需做深冷處理，低溫處理的溫度應(yīng)不大于閥門的實(shí)際使用溫度。深冷時(shí)間由30min延長(zhǎng)到70h試樣的變形量和馬氏體轉(zhuǎn)變，均無(wú)明顯規(guī)律性變化，基本表明了短時(shí)間內(nèi)成核并立即長(zhǎng)大的特點(diǎn)。為了保證深冷處理充分、均衡，選用2h。當(dāng)保留時(shí)間為2h，深冷處理的次數(shù)從1次增加到8次，試樣的變形量和馬氏體轉(zhuǎn)變量均無(wú)明顯規(guī)律性增多。經(jīng)反復(fù)深冷處理，馬氏體的總量在不斷增加。

　　密封零件經(jīng)一次深冷處理并重新研平，經(jīng)再次深冷處理后，其變形量非常微小，為了同時(shí)兼顧到等溫馬氏體轉(zhuǎn)變的影響，保冷時(shí)間選2~3h.對(duì)于靠介質(zhì)壓力密封的低溫止回閥除經(jīng)深冷處理外，還要根據(jù)試壓的具體情況增加深冷次數(shù)及延長(zhǎng)深冷時(shí)間，直至密封性合格。

　　對(duì)奧氏體不銹鋼制造的閥門零件進(jìn)行深冷處理時(shí)，雖然主要是為了解決變溫馬氏體轉(zhuǎn)變引起的變形問(wèn)題，但與此同時(shí)，也必然伴隨著等溫馬氏體轉(zhuǎn)變。對(duì)于那些精度要求很高的止回閥密封件，只要通過(guò)增加保冷時(shí)間和增加深冷次數(shù)及深冷后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理，也是有效果的。

　　6 結(jié)論

　　用奧氏體不銹鋼制作低溫閥門的零件，并進(jìn)行深冷處理后，會(huì)有效地解決低溫下變形的問(wèn)題。但是，如果材料選用不當(dāng)，或者材料的熱處理不充分及不適當(dāng)，將會(huì)給低溫閥門帶來(lái)致命的缺陷，其零件無(wú)論進(jìn)行怎樣的深冷處理，都不會(huì)改變其低溫變形的特點(diǎn)，從而難以保證低溫閥門產(chǎn)品的密封等性能。因此，制作低溫閥門的零件時(shí)，須使用在低溫條件下有良好韌性的材料，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳罾涮幚恚拍鼙ＷC其性能。

　　參考文獻(xiàn)

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