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阀门深冷处理指导书

篇一：低温阀门深冷处理

低温用奥氏体不锈钢阀门零件的深冷处理

标题：低温用奥氏体不锈钢阀门零件的深冷处理

作者：郎成东金瑛

来源：互联网

1概述

随着乙烯石化工业的发展，低温和超低温阀门的应用越来越广泛，这些阀门的

质量与材料的选用和处理关系极为密切，因此掌握材料在不同的低温状态下的

变化规律，确定材料在不同低温条件下的稳定性，才能保证阀门在低温状态下

的良好性能。2材料的选用

在对低温材料进行选择时，必须首先考虑到以下两个方面的要求。

a.材料在使用的低温条件下要有足够的韧性，以防止在低应力下突发脆性断裂。

b.低温下材料的组织稳定性，以保证在使用中不会因变形而影响阀门的密封性。

具有面立方晶格的A体不锈钢没有冷脆转变临界温度，在低温条件下，仍然保

持较高的韧性，如0Cr18Ni9和00Cr17Ni12Mo2（304、316L）等奥氏体不锈钢，

但这类钢材大部分在室温状态下都处于亚稳定状态，在低温下往往由于M体相

变、体积膨胀和应力的作用而引起零件变形，深冷处理就是针对解决这一问题

提出的。

3低温变形及其原因

用Cr-Ni奥氏体不锈钢制作的低温阀零件，在低温下会发生变形，有时甚至是

严重变形。例如，将密封件（0Cr18Ni9表面堆焊Co-Cr-W合金）精研，在液氯

中浸泡后，用测微计测量，呈现不同类型的变形（表1、图1）。

表1阀门零件在低温下的变形

零件在低温下的变形原因有以下2点。

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（1）由于马氏体转变和组织应力引起的变形

奥氏体不锈钢零件，当冷却至Ms点下在某一温度范围内长时间保温，即会产生

不同

逆性的马氏体转变，具有体心正方点阵的马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶

体。体心立方配位小，致密度低，而部分碳原子规则化排列占据体心立方点阵

（1/2，1/2，0）（0，0，1/2）位置，使晶格沿C轴方向增长，因而马氏体比

奥氏体有更大的比容。图2是在室温下，奥氏体和马氏体的比容随含碳量的变

化，可见即使含碳量为0.08%的钢，其马氏体的比容比奥氏体的比容约增大4%。

在低温下马氏体中碳原子排列规则度增高，其尺寸效应可能比室温更大，这种

局部的体积膨胀，并由膨胀引起的应力都会导致零件变形。

（2）由温度应力引起弹性和塑性畸变

在深冷过程中，由于零件各部分的温度差或由于不同组织间某些物理性能的差

异，引起收缩不均，就产生了温度应力，当应力低于材料的弹性极限时，就仅

使零件产生可逆性的弹性扭曲。当某一部分的温度应力超过了材料的屈服相限

时，零件将发生不可逆转的扭曲变形。

实践证明，无论那种原因引起的变形，其对零部件结构形式是非常敏感的，因

此对低温阀门要十分注意结构形式的选择和设计。

4深冷处理

由上述原因引起的变形，都会在使用中影响阀门的密封性。对于可逆的变形，

一般是通过改进结构设计来解决，而为了消除永久性的变形，一种办法是选择

那些稳定性较高的材料，以便在应用中不发生马氏体转变，从而减少变形，如

用316L材料代替304材料。但由于受成本等因素的制约，通常选用304

（0Cr18Ni9）不锈钢，并通过深冷处理使马氏体转变和变形得充分发生。然后，

通过精加工，使零件中保持组织和尺寸的相对稳定性。

处于室温的奥氏体不锈钢大部分是处在亚稳定状态的，当继续冷却至Ms点温度

以下，或在某一温度范围内长期保持都会发生马氏体转变。而在Ms点以上，由

于加工变形的作用，也会有马氏体转变奥氏体不锈钢的马氏体转变过程及其最

终产物，主要取决于化学成分。

5深冷处理

通过实践，确定其工艺参数。进行深冷处理的温度界限为-100℃，凡用于-100℃

以下，各种类型阀门的阀体、阀盖和密封件需做深冷处理，低温处理的温度应

不大于阀门的实际使用温度。深冷时间由30min延长到70h，试样的变形量和

马氏体转变，均无明显规

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律性变化，基本表明了短时间内成核并立即长大的特点。为了保证深冷处理充

分、均衡，选用2h。当保留时间为2h，