3 各类规范关于材料选择的规定

为了解决环境对材料的限制，将不锈钢分为2级: 

①不锈钢适用的环境为H2S 分压小于3.5kPa，水相pH≥4.5;

②不锈钢适用的环境为H2S分压大于等于3.5 kPa 而小于10.5 kPa，水相pH≥3.5。

3.1 API 6A 和API 17D 规范对阀门材料的要求

API 6A 和API 17D 规范中，水下阀门材料主要依据H2S 分压、CO2分压、介质的酸碱性和腐蚀性等不同影响因素，对水下阀门承压件、控压件和阀杆等零部件材料进行了详细的分级，对各级材料的要求阐述如下。

AA 级材料，其H2S 分压＜ 0.35 kPa，CO2分压＜ 49 kPa，非酸性环境，无腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为碳钢和低合金钢，阀杆材料为碳钢和低合金钢。

BB 级材料，其H2S 分压＜ 0.35 kPa，CO2分压49 ～ 210 kPa，非酸性环境，轻微腐蚀工况下，承压件材料为不锈钢，控压件材料为不锈钢，阀杆材料为不锈钢。

CC 级材料，其H2S 分压＜ 0.35 kPa，CO2分压210 ～ 1 400 kPa，非酸性环境，中等到高度腐蚀工况下，承压件材料为不锈钢，控压件材料为不锈钢，阀杆材料为不锈钢。

DD － 0.5 级材料，其H2S 分压＜ 3.5 kPa，CO2分压＜ 49 kPa，酸性环境，无腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为碳钢和低合金钢，阀杆材料为①类不锈钢。

DD － 1.5 级材料，其H2S 分压＜ 10.5 kPa，CO2分压＜ 49 kPa，酸性环境，无腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为碳钢和低合金钢，阀杆材料为②类不锈钢。

DD － NL 级材料，其H2S 分压＞ 10.5 kPa，CO2分压＜ 49 kPa，酸性环境，无腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为碳钢和低合金钢，阀杆材料为碳钢和低合金钢。

EE － 0.5 级材料，其H2S 分压＜ 3.5 kPa，CO2分压49 ～ 210 kPa，酸性环境，轻微腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为①类不锈钢，阀杆材料为①类不锈钢。

EE － 1.5 级材料，其H2S 分压＜ 10.5 kPa，CO2分压49 ～ 210 kPa，酸性环境，轻微腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为②类不锈钢，阀杆材料为②类不锈钢。

EE － NL 级材料，其H2S 分压＞ 10.5 kPa，CO2分压49 ～ 210 kPa，酸性环境，轻微腐蚀工况下，承压件材料为碳钢和低合金钢，控压件材料为②类不锈钢，阀杆材料为CRA ( 耐腐蚀合金) 。

FF － 0.5 级材料，其H2S 分压＜ 3.5 kPa，CO2分压210 ～ 1 400 kPa，酸性环境，中等到高度腐蚀工况下，承压件材料为②类不锈钢，控压件材料为②类不锈钢，阀杆材料为①类不锈钢。

FF － 1.5 级材料，其H2S 分压＜ 10.5 kPa，CO2分压210 ～ 1 400 kPa，酸性环境，中等到高度腐蚀工况下，承压件材料为②类不锈钢，控压件材料为②类不锈钢，阀杆材料为②类不锈钢。

FF － NL 级材料，其H2S 分压＞ 10.5 kPa，CO2分压210 ～ 1 400 kPa，酸性环境，中等到高度腐蚀工况下，承压件材料为②类不锈钢，控压件材料为②类不锈钢，阀杆材料为CRA。

 HH 级材料，其H2S 分压＞ 10.5 kPa，CO2分压＞ 1 400 kPa，酸性环境，高度腐蚀工况下，承压件、控压件和阀杆的材料均为CRA。

3.2 NACE MR0175 规范对阀门材料的要求

根据NACE MR0175 规范，阀门的材料选择应按照下列要求:

低合金钢应用于H2S 分压、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用于做阀门的任何零件，最高温度为177 ℃，材料的屈服强度为420 ～ 490 MPa。
奥氏体不锈钢应用于H2S 分压＜ 105 kPa、Cl －和pH 值无限制的环境( 或H2S 分压＜ 350 kPa，Cl － 的质量浓度＜ 50 mg /L 和pH 值无限制的环境) ，可用于做阀门的任何零件，最高温度为60℃，材料的屈服强度为210 ～ 245 MPa。

马氏体不锈钢应用于H2S 分压、Cl － 无限制和pH≥3.5 的环境，可用于做承压件和控压件( 或H2S 分压＜10.5 kPa，Cl － 无限制和pH≥3.5 的环境，可用于做阀杆) ，最高温度为177 ℃，材料的屈服强度为420 ～ 525 MPa。

17 －4 PH 不锈钢应用于H2S 分压＜3.5 kPa、Cl －无限制和pH≥4.5 的环境，可用做阀杆和控压件，最高温度177℃，材料的屈服强度630 ～735 MPa。双相不锈钢应用于H2S 分压＜ 10.5 kPa、Cl －和pH 值无限制的环境，可用做阀门的任何零件，最高温度232 ℃，屈服强度420 ～ 455 MPa。超级双相不锈钢应用于H2S 分压＜ 21 kPa、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用做阀门的任何零件，最高温度232 ℃，屈服强度525 ～ 595 MPa。A286 应用于H2S 分压＜ 105 kPa、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用于做阀门的任何零件，最高温度为65 ℃，材料的屈服强度为735 MPa。Inconel － 718 和Inconel － 925 应用于H2S 分压＜ 4.2 MPa、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用于做阀门的任何零件，最高温度为232 ℃，材料的屈服强度为630 ～ 945 MPa。Inconel － 725 应用于H2S 分压＜ 4.2 MPa、Cl －和pH 值无限制的环境，可用做阀门的任何零件，最高温度232 ℃，屈服强度455 ～ 525 MPa。Inconel － 625 和Inconel － 825 应用于H2S 分压、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用于做阀门的任何零件，最高温度为232 ℃，材料的屈服强度为245 ～ 525 MPa。钴基合金应用于H2S 分压、Cl － 和pH 值无限制的环境，可用于做阀门的任何零件，最高温度为177 ℃，材料的屈服强度为350 ～ 525 MPa。

4 水下阀门的材料选择水下阀门材料的选择

除了符合各类材料特性以及API 6A、17D 和NACE MR0175 规范的规定外，在实际工程设计中，还应考虑材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧度及其他特殊性能，如抗摩擦能力、抗擦伤能力及抗腐蚀能力。根据API 6A 和API 17D 规范中提出的材料性能及影响因素，笔者结合实际设计经验，对几种典型级别材料在水下阀门设计中做了试验分析，并给出了详细的加工工艺要求。

4.1 DD － NL 级材料

阀体和阀盖的材料为AISI4130，密封面堆焊Inconel － 625; 阀杆的材料采用AISI4130 /AISI4140，表面氮化; 闸板和阀座的材料采用AISI4130，表面喷焊WC － Co － Cr 合金，材料屈服强度为525 MPa; 金属密封件的材料采用Inconel －825，材料屈服强度为245 MPa。

4.2 EE －NL 级材料

阀体和阀盖的材料为AISI4130，密封面堆焊Inconel － 625，材料屈服强度为525 MPa; 阀杆的材料采用AISI4130 /AISI4140，表面氮化，材料屈服强度为525 MPa; 闸板和阀座的材料采用AISI4130，表面喷焊WC-Co-Cr 合金，材料屈服强度为525 MPa; 金属密封件的材料采用Inconel － 825，材料屈服强度为245 MPa。

4.3 FF － NL 级材料

阀体和阀盖的材料为410SS /F6NM，密封面堆焊Inconel －625，材料屈服强度为525 MPa; 阀杆的材料采用Inconel － 718，材料屈服强度为840 MPa;阀板和阀座的材料采用410SS，表面喷焊WC-Co-Cr合金，材料屈服强度为525 MPa; 金属密封件的材料采用Inconel －825，材料屈服强度为245 MPa。

4.4 HH 级材料

阀体和阀盖的材料为AISI4130 /8630，内腔和密封面堆焊Inconel － 625，材料屈服强度为560MPa; 阀杆的材料采用Inconel － 718，材料屈服强度为840 MPa; 阀板和阀座的材料采用Inconel －718，表面喷焊WC-Co-Cr 合金，材料屈服强度为840 MPa; 金属密封件的材料采用Inconel － 825，材料屈服强度为245 MPa。

 5 结论

(1) 根据相关规范的规定，影响阀门设计的因素较多，由于水下阀门所处环境恶劣，腐蚀性严重，务必充分考虑H2S、CO2和Cl － 等因素对阀门材料的腐蚀。

(2) 根据相关规范，系统分析了水下阀门常用材料的适应性和加工性，并根据不同的应用环境和影响因素，归纳了不同材料在使用过程中的注意事项。

(3) 针对水下阀门不同工况要求，确定了各种不同工况下材料选择方案，通过对各类材料性能及设计规范关于材料选择的分析，确定的材料选择方案符合API 17D、API 6A 及NACE MR0175 规范要求，所得结论可为水下阀门的设计提供依据。