奥氏体不锈钢在超低温阀门的应用

奥氏体不锈钢是在使用条件下以奥氏体组织或以奥氏体组织为主的不锈钢。奥氏体不锈钢具有多种优越的性能,可用于各种不同的领域中,尤其是优异的低温韧性使之作为低温结构材料而被广泛应用在超低温工程中。目前,超低温阀大多选用奥氏体不锈钢制造。
    超低温阀门是低温工程中不可缺少的流体管路控制装置。超低温阀门的功能与普通阀门基本一致,也是用于接通或切断管路介质、调节介质压力和流量。目前,超低温阀门有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀及节流阀等类型,主要用于气体的液化、分离、输送和贮存等设备上。使用温度可达-270℃以下。
    超低温阀是在深冷的低温范围内工作的阀门。对其工作温度的划界,目前尚无统一的规定。例如俄罗斯(前苏联)把在-272～-153℃温度范围工作的阀门称为超低温阀门。日本液化石油气管理法则把工作在低于-150℃的阀门称为超低温阀门。

我国目前尚未规定超低温阀门的温度界限。在阀门行业,趋向以-100℃作为超低温阀门的工作温度上限,也就是把工作温度低于-100℃的阀门定为超低温度阀门。这是一种按阀门使用材料来进行分界的方法。即当工作温度<100℃时,阀门的主体材料选用奥氏体不锈钢。 

    超低温阀门的工作介质不仅温度低,而且大部分或有毒,或易燃易爆,而且渗透性强,因此决定了对阀门用材的诸多特殊要求。
(1)良好的耐低温性
    超低温阀不仅要求在设定的温度下能正常工作,同时也要保证在常温下的工作性能。因此,所选材料既要满足常温力学性能,又要符合使用温度下对力学性能的要求。尤其要求材料在超低温下应具有足够的韧性以防止低应力下的脆性断裂。同时要求材料组织稳定,保证在使用过程中不会因相变而引起尺寸变化,最终导致阀门密封失效。
(2)与介质相容性
    超低温阀门用材应与工作介质相容,即对介质具有足够的化学抵抗力,保证阀门在使用期限内,与介质相接触材料的化学及物理性质不会发生显著变化。同时,阀门用材还应符合低温介质防爆性的相容条件。
(3)低的热导率
    由于超低温阀的工作温度很低,为降低传热,控制热漏,阀门除采用特殊结构(设置绝热装置)外,还应选用热导率相对低的材料,以减少热损失。
(4)良好的焊接性能
    锻焊结构的阀体材料或对焊连接的阀门主体材料,应考虑材料的焊接性能和在使用温度下焊缝的可靠性。需熔敷特殊合金(如Co-Cr-W硬质合金)的密封面时,还应考虑材料本身堆焊(喷焊)的可行性。
    经过分析,具有面心立方晶格的铜、铝合金和奥氏体不锈钢等材料,因没有低温脆性现象,故可作为超低温阀门用材。虽然铜、铝合金各有一定的优点,但因强度低,一般只用于低压及小口径阀门。而9%镍钢虽然可用于-196℃工况中,但由于工艺复杂,一般很少选用。只有奥氏体不锈钢适宜作为各种规格、不同压力等级的超低温阀门用材。