高温高压阀门用金属自密封环的研制.pdf

2006年第6期
文章编号:1002-5855(2006)06-0013-03
高温高压阀门用金属自密封环的研制
张力重,王平
(南阳理工学院,河南南阳473004)
摘要介绍了具有优良使用性能,可替代进口产品的金属自密封环的研制,包括选材、制定
特殊锻造工艺、制定机械加下.工艺规程和软化处理等
关键词高温高压阀门:金属自密封环;软化处理;研制
中图分类号:TH36
文献标识码:A
Development of metallic pressure sealing ring used
for high temperature and pressure valve
ZHANG Lizhong, WANG Ping
(Nanyang Institutc of Tcchnology, Nanyang 473004, China)
Abstract: This paper intro duces the developing progress of metallic pressure sealing ring, including
selecting material, drawing special forging process, intenerating process and drawing machining pro-
cess. This metallic pressure sealing ring has good using performance, and can replace imported pro d-
uct
Key words high temperature and pressure valve, pressure sealing ring; intenerating, developin
概述
中腔进行密封。在试验压力或高温高压工作介质
高温高!的阀体和阀盖连接一般都采用内的作用下,密封环发生塑性变形,而且具有良好的
压自紧密封结构。这利结构貝有密封性能好,温度密封性能。因此,从高温高压的工况条件方面选
和床力变化时都能艮好地密封,中法学不承受工作择,要求新材料必须具备一定的强度、高熔点及耐
介质的压力和结构紧凑等优点。而密封环是保证阀热性。从密封性能方面选择,要求新材料的化学成
门能够正常「作的重要零件之一。密封环采用金属分利金相组织均匀,硬度低而一致,塑性好,加
或非金属材料(石棉基、膨胀石、碳纤维等)制硬化卒低,变形抗力小。即新材料应该硬度低
作。从门本引进的高温高压电站用此类结构的阀性好,在使用时死需施加较大的预紧力,就可产
门,其密封环全部采用金属材料,材质为锻造工业足修的变形,获得满意的密封效果。另外,新材料
纯铁(D纯铁),其化学成分类似我国的05F钢和!述应有足够的强度利初性,不能有裂纹、砂眼、气
DT1T.业纯铁。这二种材料在国内市场上难以买孔、折迭、晶粒粗大、化学成份偏析等缺陷,不能
到,困此一此阅」生产厂家采用1Cr18Ni9i或铸有较强的加工硬化现象。日前国外用于高温高炷的
造工业纯铁作为替代材料在一此工况中不能满足设内压自紧密封阀的金属密封环材料有工业纯铁
计要求。根据需要研制出符合性能要求的金属密封柲软钢、低碳耐热合金、不锈钢及钛合金等
环材料。
3试制
分析
材料选择
内压自紧密封(图1)应有足够的预紧力,在
分析H本密封件公司的产品,其制造金属密与
预紧力的作用下,密封环产生弹-塑性变形,对阀环的材料除了有D纯铁外,述采用极软钢,其硬度
作者简介:张力重,男,高级程师,从事机械程的研究
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006年第6期
方一滚圆相沖孔扩孔(马架)滚圆>
整端面一空冷(散放
热处理
热处理是为了?锻造毛环进j软化,也即退火
处埋。对于共析钢米说,有完全退火利等温退火
和.艺方法,为了选择适合于10号钢(表1)
的热处理工艺,先后进行了完?退火和等温退火二
种试验。
表1试验材料化学成分
1.阀体2.阀杆3.阀盖4.密封环
元素%
材料编号
备注
5.垫环6.叫开环7.压板
CS?
in
阳1内压自紧密封结
0.110.180.300.0140.016进口
≤120HB,化学成分及Mn心素的个量均要高
No20.130.220.560.0250.034国产
D纯铁,使用条作及紧力ゴD纯铁相同。由
」软钢的金相组织是低碳钢一类的材料。而在H
完全退火的工艺路线如ド。
加热(~900C,加热时间z加=1.5D(min)
木的标准钢号中,令磯量最低的是S09C和SI0C保温(1小吋)炉冷却(~600O一出炉
(09和10号钢),和我国标准钢号屮含碳量最低的
08和10号钢基本相似。同时,根据文献[3]介
绍,S09C和S10C完全退火(900硬度为109
根据试验结果分析,采用单一完全退火工艺处
~149HB,而我国10号钢出厂硬度≤137HB,退
埋10号钢,其硬度为110~135IB,既可能大于
火硬度≤126HB。综合材料的价格利市场可得性
120HB,也可能小于120HB,处理效果缺乏稳定性。
等因素,确定使用10号热加用钢作为研制密封
等温退火的工艺路线如下。
坏的材料。
加热(同完?退火)保温(1小时)炉
3.2毛环锻造
空冷(~660O等温转变(3h)随炉冷却
600O一炉空冷
密封环采用毛怀锻造Tど,这样既可以在节约
根据试蝓结果分析,处理效果基本稳定,达到
材料的前提下获得接近成品形状的毛坯,乂可以细
化组匀晶粒,増加材料切性,为材料软化处理倣了预期目标,较为理想。
备,述可以打乱金属纤维方向,避免各向异性,提
为了检测试验结果的稳定性,又锻制了6个锻
高其工作可靠性。困毛坯形状较简单,尺寸及重量
件。其中No1材料4件,每件可作80X38密封
不人,故采用了在人锻造比(Y>5)锤上自巾後环2个。No2材料2件,每件可作的50X22封
造,并在锻造时注意打乱金属的纤维方向。其锻造
环2个。两利材料各有一件作试棒,进行力学性能
「.序如下。
试验。试件等温退火前后主要力学性能试验结果如
ト料(高径比=1.2~2.5)圳热一祖級表2。
表210号钢试件力学性能
便度值
测測试单位
材料抗拉强度屈服强度延仲率收缩率
状
GR/Mpa ympa
开封空分
郑州机械
斤正火Nol
477.5
24
131
No2
42.0
384.5
等温退火
Nol
389.5
244.0
104
NO
433.0
229.0
30.0
注:1.除注明外均由试验单位提供试验数据。
2.开封空分布氏硬度计用负荷3000kg测定;郑州机械研究所布氏便度计用负荷1000kg测定。
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