铸铁阀门耐腐蚀性能的分析.pdf

文章编号 100225855 2007 0620021201 作者简介孙殿玉1960 - ,男,辽宁铁岭人,教授级高工,从事阀门设计、研制、市场营销和企业管理工作。 铸铁阀门耐腐蚀性能的分析 孙殿玉,李延辉,何志杰 能发伟业铁岭阀门股份有限公司,辽宁 铁岭112000 摘要 阐述了铸铁的腐蚀机理及特点,分析了铸铁与铸钢阀门在海水中的腐蚀速度,介绍了 孕育铸铁加合金后抗腐蚀能力及镍铬铸铁工况运行情况。 关键词 阀门;铸铁;海水;腐蚀 中图分类号 TH134 TG17 文献标识码 B Corrosion resistance analysis on cast iron valve SUN Dian2yu , LI Yan2hui , HE Zhi2jie Nengfa Weiye Tieling Valve Joint2Stock Co. , Ltd. Tieling 112000 , China Abstract It states briefly the corrosion principles and features of cast iron , the corrosion speed for cast iron and cast steel valve in the seawater , it also go to states the corrosion resistance capaciy after adding the alloy and the running condition for nickel chrome cast iron working condition. Key words valve ; cast iron ; seawater ; corrosion 1 概述 近些年对阀门在工况中耐腐蚀的要求越来越 高,如化工系统、污水系统及采用海水冷却的电厂 所用阀门等都不同程度的提高了耐腐蚀性能条件。 因此对于常规的阀门材料耐腐蚀性有必要进行研 究,特别是DN1 000以上大口径用于介质为海水 的阀门,如果采取更换阀门材质不锈钢等来防 腐,材料成本将几倍甚至十几倍的增加。本文针对 大口径阀门常用铸铁材料的耐蚀性加以讨论。 2 分析 铸铁的腐蚀通常为化学的或电化学的,其腐蚀 状态可能是均匀的、局部的、应力的和晶界间的。 工程上要求腐蚀应是均匀的,因为局部的、应力的 及晶界间的腐蚀是危险的破坏形式。 铸铁的腐蚀既与其化学成分、金相组织、零件 的表面特性等因素有关,还与浸蚀性介质的成分、 活泼性及温度等因素有关。铸铁在大气中的腐蚀速 度很慢,随着时间的延长,铸件表面将形成一层防 护膜,使合金由活泼状态变为惰性状态,显著地降 低铸铁在大气中的腐蚀速度。在有明显晶界的合金 铸铁中,由于特种碳化物和其他化合物沿晶界析 出,固溶体内含的合金元素减少,沿着晶界极易发 生微晶间腐蚀,使铸铁产生孔洞或降低强度。 根据电化学腐蚀理论,理想的组织应是单一相 和均匀的金相组织,因而纯铁、铁素体和奥氏体 钢,在其他条件相同时,具有较高的耐腐蚀稳定 性。但是预获得单一金相组织的铸铁是不可能的, 只能考虑金相组织均匀化来提高耐腐蚀能力。 有些资料介绍,孕育铸铁在一般的弱介质中比 普通灰口铸铁具有较高的耐腐蚀性。室温条件下, 在硫酸中,孕育铸铁的稳定性和低合金铸铁相同。 在015 ～510 的醋酸中的稳定性比低镍合金铸 铁高115倍。在某种程度上可以作为低合金铸铁的 代用品。 3 防腐蚀措施 预提高铸铁耐海水腐蚀的能力,较好的途径是 选用孕育铸铁表 1 加适当的合金化来解决。如 HT250Ni2 表 2 的金相组织为珠光体 98 , 细片状, 75 ～90 为片状石墨,长 度30～ 120μm ,二元磷共晶 1 ,为单一的珠光体,晶 界没有碳化物析出,有效地避免了晶界腐蚀,按 下转第44页 122007年第6期 阀 门 进行相应的设计改进和采取补偿措施,为阀门的可 靠性设计提供预测及预防故障的信息依据,最终达 到消除故障和提高阀门机械可靠性的目的。 表2 安全阀主要故障模式分类及原因分析 类别故障模式原因分析备注 损坏型弹簧塑性变形弹簧刚性降低,许用应力超过弹性极限,承受热交变应力渐进故障 阀瓣未到整定值突然开启 阀体和阀盖体上有砂眼、 松散组织、 夹渣、 焊接不良或 应力裂纹等缺陷 渐进故障 失调型阀瓣起跳、 回座压力偏高或偏低弹簧断裂或整定不当突然故障 不能达到完全开启状态整定值偏低或有异物卡塞阀瓣驱动机构运行故障 严重故障 振颤 调整不当,安全阀入口处理不当或距离上游侧弯头太 近,导致气流产生涡流而引起扰动 运行故障 频跳调整不当或排气管水平段太长,选型不当 严重故障 运行故障 管道系统震动管道系统防震措施达不到要求结构故障 拒动 控制部分失效如电池阀不动作 , 或有异物卡塞阀瓣 驱动机构,或相关部件配合间隙太小 突然故障 致命故障 退化型故障弹簧磨损变形介质腐蚀磨损渐进故障 堵塞与渗漏型故障阀体与阀盖间密封件泄漏 没有按照相关产品说明或现场实际情况进行正确的 调整 严重故障 阀瓣与阀座之间的密封面泄漏 阀瓣的浸蚀性磨损或腐蚀,密封面硬质合金磨损或脱 落,研磨质量欠佳 渐进故障 参考文献 〔1〕 李良巧 1 机械可靠性设计与分析 〔M〕1 北京国防工业出 版社, 19981 〔2〕 刘民治,钟明勋 1 失效分析的思路与诊断 〔M〕1 北京机 械工业出版社, 19931 〔3〕 孙智,江利,应鹏展 1 失效分析-基础与应用 〔M〕1 北 京机械工业出版社, 2005年 1 〔4〕 古列维奇等著,肖隆水译 1 核动力装置用的阀门 〔M〕1 北 京原子能出版社, 19881 收稿日期 20071081 03 上接第21页 GB 9439的规定, N牌号的灰铸铁,其抗拉强度为 Nn 100 ,实际抗拉强度为250～350 MPa之 间,其耐压性完全可以保证。另外铁水经过孕育处 理,不仅基体组织均匀细化,同时内应力显著降 低,可避免应力腐蚀。 表1 相同试验条件下材料腐蚀量mg/ m2a 铸造合金材料铸钢普通灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁孕育铸铁 腐蚀量15814013111854 表2 孕育铸铁HT250Ni2成分Wt CSiMnPSNiCr 218～312 113～116 018～112 0108 3∶1 ,还应留 有余量消除Mn形成碳化物的作用。实践已证明在 灰铸铁中含有015 的Cr ,便形成大量的碳化物, 以至切削困难,所以含Cr量不是越多越好。 4 结语 铸铁阀门材质选择孕育铸铁加适当合金如选用 HT250Ni2既可以保证其组织为均匀细化的单一珠 光体,晶界没有碳化物析出,并能使铸件仅具较小 的内应力,铸件的表面及内部组织一致,可有效地 防止局部腐蚀、晶间腐蚀及应力腐蚀。使应用于海 水及中水生产的阀门厚度的平均腐蚀速率 ≤015 mm/ a ,延长了阀门的使用寿命。 参考文献 〔1〕 GB 9439 - 1988 ,灰铸铁件 〔S〕. 收稿日期 20071011 25 44 阀 门 2007年第6期