化工、阀门行业紧固件的选型和参考
有关阀门的简单介绍：
1、定义:阀门是用以控制流体流量、压力和流向的装置。
2、阀门组成:阀门通常由阀体、阀盖、阀座、启闭件、驱动机构、密封件和紧固件等组成。
简单构造（以截止阀为例）如下图：
1—把手
2—阀杆
3—紧固件
4—阀瓣
5—阀盖
6—垫片
7—阀体
3、阀门材料:阀体及配件的使用材料是以壳体材料为基础的，可划分为：普通碳素钢系列、锻钢、铸钢（WCB）；不锈钢系列（304 316）；Cr-Mo(V)高温钢系列；低温钢系列（LCB、LCC）和抗硫系列。我司的着眼点就是不锈钢系列中的紧固件，主要包括螺栓、双头螺栓和螺母。
紧固件在阀门上直接承受压力，对防止介质外流起至关重要作用，因此选用的材料必.须保证在使用温度下有足够的强度与冲击韧性。
4、在阀门上,我司可以提供的主要是标号为3的紧固件部分。
▲关于B8和B8M及相关说明：
一般情况下,阀门主要是以美制为标准的,同时其使用的材料也是按照美国的标准称呼,如A193-B8和A194-8,A193-B8M,A194-8M等,其材料机械性能一般是按照美国材料测试协会标准(ASTM)中的A193和A194来执行,其中A193指高压及高温作业用之合金钢及不锈钢螺栓材料标准规范,而A194指高压及高温作业用之碳钢和合金钢螺帽的材料标准规范。
1、机械性能:
在美国材料测试协会标准(ASTM)中对不锈钢的机械性能做了如下规定:
①硬度、拉伸强度及降伏强度
|
机械性能 |
Class1 and 1D–B8,B8M |
Class2 –B8 |
Class2 –B8 |
Class2 –B8M |
Class2 –B8M |
|
全尺寸 |
规格在3/4及3/4以下 |
规格在3/4以上至1” |
规格在3/4及3/4以下 |
规格在3/4以上至1” |
|
|
硬度(max) |
96HRB |
35HRC |
35HRC |
35HRC |
35HRC |
|
抗拉強度(min) |
75ksi |
125ksi |
115ksi |
110ksi |
100ksi |
|
降伏強度(min) |
30ksi |
100ksi |
80ksi |
96ksi |
80ksi |
备注：Class1 and 1D–B8,B8M 硬度max 96HRB(全尺寸All Diameters, 規格小于3/4(含)硬度允許到
max 100HRB)；
Class1 and 1D 和 Class2的区别是等級的区别及其完成后的后续处理不同，參考Astm A193
6.Heat Treatment。
②机械性能转换:
KSI是美国标准下的强度的单位,N/mm²是国际标准下的强度的单位，两者的换算关系如下：
1KSI=1000PSI & 1PSI=0.00689 N/mm² → 1KSI =6.89N/mm²
2.、热处理
①在ASTM A193标准中规定：
阀门材料不锈钢系列中所使用的B8/B8M材料的紧固件需经过固溶处理，以达到标准规定的机械性能和硬度要求。
②固溶处理：
在轧制或锻造后冷却到室温，材料在一定温度和足够的时间内重新加热，以便碳化铬进入固溶体，然后以一定速度在空气中或液体介质中冷却，以防止碳化物析出，就是我们常说的固溶处理,主要是改善材料的机械性能和防腐性能。
3、印记
①螺栓印记：“B8”或“B8M”;
②螺帽印记：“8”或“8M”
▲B8、304及B8M、316的比较：
下面我们把美标规定的阀门材料B8和B8M和我们通常使用的不锈钢材料304和316在化学成份上和机械性能上进行一下对比。
1、在成份上
|
|
C |
Mn |
P |
S |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
|
B8 |
≤0.08 |
≤2.00 |
≤0.045 |
≤0.03 |
≤1.00 |
18.00-20.00 |
8.00-10.50 |
\ |
\ |
|
304M |
≤0.08 |
≤2.00 |
≤0.045 |
≤0.03 |
≤1.00 |
18.00-20.00 |
8.50-10.00 |
\ |
\ |
|
304HC |
≤0.08 |
≤2.00 |
≤0.045 |
≤0.03 |
≤1.00 |
17.00-19.00 |
8.00-10.50 |
\ |
1.00-3.00 |
|
B8M |
≤0.08 |
≤2.00 |
≤0.045 |
≤0.03 |
≤1.00 |
16.00-18.00 |
10.00-14.00 |
2.00-3.00 |
\ |
|
316 |
≤0.08 |
≤2.00 |
≤0.045 |
≤0.03 |
≤1.00 |
16.00-18.00 |
10.00-14.00 |
2.00-3.00 |
\ |
上述列表中B8的化学成分与304M的相同，与304HC相比Cr和Cu的含量有点差异，但其它元素几乎都在同一范围内的。
2、硬度
|
硬度 |
A193 |
F593 |
|
螺栓 |
≤HRB96 |
全牙：HRB80-100 |
|
半牙：HRC22-32 |
||
|
螺帽 |
HRB60-105 |
HRB95-107 |
B8和B8M是按照A193/A194的规定来执行的,304和316是按F593/F594来执行的。从上表中可看出硬度的区别主要是在执行的标准的不同,而两个标准的硬度略有差别,所以当客户强调标准时,一定按照标准执行，如无特别强调时两标准可代替。
3、拉伸强度、降伏强度及螺帽的安.全负荷
|
\ |
A193 |
F593 |
|
螺栓拉伸强度（N/mm²） |
515 |
700 |
|
螺栓降伏强度（N/mm²） |
205 |
450 |
|
螺帽的安.全负荷（N/mm²） |
515 |
700 |
因为B8、B8M与304、316的强度规定是两个国家机械性能的规定，范围上还是有差异，从上面数据上可看出我们通常使用的产品的强度是可达到A193/A194的要求。
总结：
化学成分：
B8M的化学成分与316的相同，B8的化学成分与304M的相同，他们可以互相替代。而B8与304HC相比Cr和Cu的含量有差异，且美制的标准规范中没有304HC这种材料。也就是说，不能用304HC代B8。
机械性能：
美制的阀门不锈钢紧固件材料B8和8M的机械性能较304和316的机械性能低一些。通常情况下，高强度和硬度可以替代低强度和硬度使用，即304和316可以替代B8和8M使用。但如果客户一定要B8或B8M的产品，那我们所提供的产品就一定要符合B8或B8M的机械性能规范要求，硬度超出的螺栓、螺帽，可以通过再一次固溶处理来降低。
▲我司产品使用规范:
机械性能公制螺丝螺帽使用标准:DIN267 PART 11;可以达到等级:70和80;
英制螺栓所依规范:ASTM F593
英制螺帽所依规范:ASTM F594，目前我司的螺帽硬度均在HRB100-110之间，所以需通过固溶处理降低硬度才能合格。
我司曾生产过的“B8”或“B8M”印记的产品有：
DIN934 M5~M22 ; ANSIB18.2.2 1/4~3/4;牙棒 3/8～3/4，这些产品除印记显“B8”或“B8M”外，其余性能均为304、316的普通品,但是客户接受我司的HRB80-115硬度范围。
▲关于B7材料螺栓的附加内容：
谈及阀门配件B8和B8M时，人们就会很自然地想到B7，B7材料的螺栓主要用WCB系列和抗硫系列中。
|
|
C |
Mn |
P |
S |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
|
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 |
|
35CrMoA |
0.32-0.40 |
0.40-0.70 |
\ |
\ |
0.17-0.37 |
0.80-1.10 |
≤0.03 |
0.15-0.25 |
通过上表的数据可以看出，B7和35CrMoA的成分差别不大，且其机械性能相近似，在阀门行业内，经常用35CrMo来代替B7,与B7材料螺栓配合的螺帽多用45＃钢材料。
选用合金钢材料时必.须经过热处理。对紧固件有特殊耐腐蚀要求时，可选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等不锈耐酸钢。