阀门材料-紧固件
阀门产品上用的紧固件主要指的是阀门中法兰用的螺栓和螺母,这个部位的紧固件是重要连接件。
1 紧固件的选用原则
(1)按产品标准规定进行选用。
(2)根据用户提出的要求确定。
(3)根据工况条件,如工作温度、工作压力、环境状况、垫片的类型等综合考虑。
(4)参照有关的管道法兰用的紧固件材料及对紧固件的要求确定材料。
2 常用的紧固件材料(螺柱、螺母配对)
常用的紧固件材料基本上可分为我国标准规范与美国标准规范所规定的材料。
2.1 我国常用的紧固件材料(螺柱、螺母配对)
表1 常用紧固件材料
螺柱 | 螺母 | 温度max℃ | 螺柱 | 螺母 | 温度max℃ |
35 | 25 | 425 | 0Cr18Ni9 | 0Cr18Ni9 | 600 |
35CrMo | 35、45 | 425 | 0Cr17Ni12Mo2 | 0Cr17Ni12Mo2 | 600 |
35CrMo | 30CrMo | 500 | 25Cr2Mo1VA | 25Cr2MoVA | 600 |
25Cr2MoVA | 30CrMo | 550 | 25Cr2MoVA | 35CrMo | 600 |
表2 GB 150 螺柱、螺母材料组合
螺柱 | 螺母 | 温度℃ | 螺柱 | 螺母 | 温度℃ |
35 |
Q235A |
>-20~300 |
25Cr2MoVA | 25Cr2MoVA | >-20~550 |
35CrMoVA |
35CrMoA |
>-20~500 | |||
35 | 15 | >-20~350 | 1Cr5Mo | 1Cr5Mo | >-20~600 |
40MnB、40MnVB、40Cr |
35、40Mn、45 | >-20~400 | 2Cr13 | 1Cr13、2Cr13 | >-20~450 |
30CrMoA | 30CrMoA | -100~500 |
0Cr19Ni9* |
25Cr2MoVA | >-20~550 |
35CrMoA |
40Mn、45 | >-20~400 | 0Cr19Ni9 | -196~700 | |
30CrMoA 35CrMoA | -100~500 | 0Cr17Ni12Mo2 | 0Cr17Ni12Mo2 | -196~700 | |
25Cr2MoVA | 30CrMoA | >-20~500 |
* GB/T 1220-92为0Cr18Ni9
表3 国标法兰用螺栓螺母材料
材料牌号 | 公称压力 PN | 温度max℃ | 材料牌号 | 公称压力 PN | 温度max℃ |
Q235A | ≤PN25 |
300 |
25Cr2Mo1VA |
≤PN420 |
550 |
35 | ≤PN50 | 20Cr1Mo1VNbB |
570 |
||
35CrMo |
≤PN420 |
500 | 20Cr1Mo1VTiB | ||
25Cr2MoVA | 550 | 2Cr12WMoVNbB | 600 |
注:公称压力现表示为PN25等,原标准规定表示为PN2.5Mpa,现许多参考资料仍采用原来的表示方法。
表4 低温管道法兰用螺栓、螺母
螺栓材料 |
使用状态 |
螺栓规格 |
螺栓试验温度℃ |
使用温度 ℃ |
螺母材料 |
使用状态 |
螺母试验温度℃ |
35 |
正火 |
≤M22 | -29 |
-29 |
15 |
正火 |
免作 |
M24~M48 | -20 | ||||||
调质 |
≤M48 |
-29 |
|||||
40Cr |
≤M56 |
35 |
正火或调质 |
||||
40MnB |
-40 |
-40 |
40 | ||||
40MnVB | 40Mn | ||||||
35CrMoA |
-100 |
-100 |
30Mn2 |
调质 |
-70 |
||
30CrMo | |||||||
30CrMoA | 35CrMo | ||||||
0Cr18Ni9 |
固溶 |
≤M48 |
免作 |
-196 |
0Cr18Ni9 |
固溶 |
免作 |
0Cr17Ni12Mo2 | ≤M32 | 0Cr17Ni12Mo2 |
表5 专用级紧固件材料要求
牌号 |
标准 |
热处理制度 |
规格 |
机械性能 ≥ |
HB |
||
σb | σs |
δ5 |
|||||
MPa |
|||||||
30CrMo |
GB/T 3077 |
调质 |
— | — | — | — | 234~285 |
35CrMo |
<M24 | 835 | 735 | 13 | 269~321 | ||
>M24~M80 | 805 | 685 | 13 | 234~285 | |||
>M80 | 735 | 590 | 13 | 234~285 | |||
25Cr2MoVA |
GB/T 3077 |
调质 |
≤M48 | 835 | 735 | 15 | 269~321 |
>M48 | 805 | 685 | 15 | 245~277 | |||
0Cr18Ni9 |
GB/T 1220 |
固溶 |
— |
520 |
206 |
40 |
≤187 |
0Cr17Ni12Mo2 | — |
表6 PN 160~320双头螺柱
钢号 |
σb | σs | δ | ψ | αk |
HB |
备注 |
MPa |
% |
N·m/cm2 | |||||
≥ |
|||||||
40 | 580 | 340 | 19 |
45 |
60 | 207~240 |
JB/T 2773 |
40MnB | 900 | 750 |
15 |
80 |
250~302 | ||
35CrMoA | 800 | 600 | 50 | 214~286 | |||
40 | 568 | 333 | 19 | 45 | 49 | 187~229 |
中石化管道器材 |
35CrMo | 784 | 588 | 15 | 50 | 78.4 | 241~285 |
表7 PN 160~320螺母
钢号 |
σb | σs | δ | ψ | αk |
HB |
备注 |
MPa |
% |
N·m/cm2 | |||||
≥ |
|||||||
35 | 540 | 320 | 20 |
45 |
70 | 179~217 |
JB/T 2775 |
40Mn | 600 | 360 | 17 | 60 | 187~229 | ||
40Cr | 800 | 600 | 15 | 80 | 235~277 | ||
25 | 451 | 274 | 23 | 50 | 49 | 149~170 |
中石化管道器材 |
20CrMo | 686 | 490 | 16 | 45 | 78.4 | 197~241 |
表8 PN 160~320螺栓、螺母配对
螺栓材料 | 40 | 40MnB | 35CrMoA | 40 | 35CrMo |
螺母材料 | 35 | 40Mn | 40Cr | 25 | 20CrMo |
备注 |
JB/T 2773 JB/T 2775 |
中石化管道器材 |
2.2 美标阀门用紧固件
2.2.1 美标阀门用紧固件采用的标准
ASTM A 193《高温设备用合金钢和不锈钢螺栓材料》
ASTM A 194《高温和高压设备用碳素钢与合金钢螺栓和螺母材料》
ASTM A 320《低温用合金钢螺栓材料》
2.2.2 常用的美标阀门用螺栓、螺母材料配对
2.2.2.1 常用的美标阀门用螺栓、螺母材料配对见表9。
表9 美标阀门用螺栓、螺母材料配对
螺栓 |
螺母 |
适用范围 |
||
标准 | 牌号 | 标准 | 牌号 | |
ASTM A 193 |
B7 |
ASTM A 194 |
2H | -29~425℃ |
B7M | 2HM | -29~425℃执行NACE标准的抗硫阀 | ||
B16 | 7 | -29~593℃ | ||
B8 | 8 |
-196~700℃ |
||
B8M | 8M | |||
ASTM A 320 | L7 | 4 | -46~-101℃低温阀 |
常用美标阀门用螺栓、螺母材料化学成分及机械性能见10。
表10 美标阀门常用螺栓、螺母材料化学成分及机械性能
材料名称 |
标准 |
牌号 |
化学成分 |
机械性能 |
备注 |
||||||||||||||
C | Mn |
P |
S |
Si | Cr | Ni | Mo | V | Al |
σb |
σs |
δ ≥ |
ψ ≥ |
αk | 硬度 | ||||
螺栓 |
ASTM A193 |
B7 |
0.37~0.49 |
0.65~1.10 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.75~1.20 |
0.15~0.25 |
860 | 720 | 16 | 50 | 321HB/35HRC | ≤M64 | ||||
B7M |
0.37~0.49 |
0.65~1.10 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.75~1.20 |
0.15~0.25 |
690 | 550 | 18 | 50 | 235HB/99HRB | ≤M100 | ||||||
B16 |
0.36~0.47 |
0.45~0.70 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.80~1.15 |
0.50~0.65 |
0.25~0.35 |
0.015 | 860 | 725 | 18 | 50 | 321HB/35HRC | ≤M64 | ||||
B8 | ≤0.08 | ≤2.00 | 0.045 | 0.030 | ≤1.00 |
18.0~20.0 |
8.0~11.0 |
515 | 205 | 30 | 50 | 223HB/96HRB | |||||||
B8M | ≤0.08 | ≤2.00 | 0.045 | 0.030 | ≤1.00 |
16.0~18.0 |
10.0~14.0 |
2.00~3.00 |
515 | 205 | 30 | 50 | 223HB/96HRB | ||||||
ASTM A320 | L7 |
0.38~0.48 |
0.75~1.00 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.80~ 1.10 |
0.15~0.25 |
860 | 725 | 16 | 50 | ≤M64 | ||||||
螺母 |
ASTM A194 |
2H | ≥0.04 | 1.00 | 0.040 | 0.050 | 0.40 | 248~327HB | ≤M64 | ||||||||||
2HM | ≥0.04 | 1.00 | 0.040 | 0.050 | 0.40 | 159~235HB | |||||||||||||
7 |
0.37~0.49 |
0.65~1.10 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.75~1.20 |
0.15~0.25 |
248~327HB | |||||||||||
8 | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 1.00 |
18.0~20.0 |
8.0~11.0 | 126~300HB | |||||||||||
8M | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 1.00 |
16.0~18.0 |
10.0~14.0 |
2.00~3.00 |
126~300HB | ||||||||||
4 |
0.40~0.50 |
0.70~0.90 |
0.035 | 0.040 |
0.15~0.35 |
0.20~0.30 |
248~327HB |
|
2.3 关于阀门中法兰紧固件选材中的说明
(1) 表6-1至表6-8是根据有关管道法兰标准中规定的紧固件选配情况列出的。阀门中法兰用紧固件如何选材,没有标准规定。有的产品只规定中法兰螺栓根部总面积上的拉应力不超过多少,及材料的类型,如中法兰螺栓应使用合金钢,螺母采用优质碳素钢,并无具体的规定。在具体应用中,阀门中法兰螺栓、螺母的选材可参考管道法兰标准中的规定。
(2) 阀门中法兰紧固件一般均需热处理后使用。经过热处理达到一定的力学性能才能充分发挥材料的作用。
根据产品的需要,有的高压阀门其紧固件要作力学性能检验。但对于一般产品而言,紧固件所用的材料达到一定硬度要求即可满足使用要求,而硬度要求是通过产品设计来确定,由热处理来实现的。由于材料的硬度和其σb、σs之间有一定关系,知道了硬度也即大约知道σb、σs的范围。
对于按国外标准制作的阀门,如果紧固件采用国外牌号则要注意这个牌号不只是化学成分符合此牌号要求,其力学性能也要达到要求。
(3)API 6D《管线阀门》规定用于低于-29℃的紧固件应按ASTM A 320《低温用合金钢螺栓材料》作低温冲击试验,其夏比V型切口冲击功三个试样平均值要达到27J。