Kāpēc vārstu materiāla izvēle ir svarīga
Vārsta korpusa materiāls nosaka spiediena rādītāju, temperatūras diapazonu, izturību pret koroziju un vārsta kalpošanas laiku. Vārsts, kas izgatavots no nepareiza materiāla, var izplūst, saplaisāt vai katastrofāli sabojāt. Šajā rakstā ir salīdzināts čuguns, oglekļa tērauds un čuguns attiecībā uz materiāla īpašībām, mehānisko veiktspēju, izturību pret koroziju, izturēšanos augstā-temperatūrā, apstrādājamību un tipiskus lietojumus, lai varētu norādīt pareizo materiālu katram ekspluatācijas stāvoklim.
Materiālu īpašību salīdzinājums
| Īpašums | Čuguns | Oglekļa tērauds | Lietais tērauds |
|---|---|---|---|
| Oglekļa saturs | 2% līdz 4% | 0,02% līdz 2,11% | 0,15% līdz 0,6% |
| Ražošanas ceļš | Tieši atliets pēc kausēšanas | Velmēts vai kalts no lietņiem | Lieta no kausēta tērauda, termiski apstrādāta |
| Spēka profils | Augsta spiede, zems stiepes spēks | Līdzsvarota izturība un elastība | Augsta izturība un stingrība |
| Stingrība | Slikts, trausls no trieciena | Labi | Lielisks, triecienizturīgs |
| Metināmība | Slikta, pakļauta plaisāšanai | Labi | Labi pēc termiskās apstrādes |
Mehāniskā un servisa veiktspēja
Spēks un stingrība
Pelēkā čuguna spiedes izturība ir aptuveni 200–400 MPa, bet stiepes izturība ir tikai 100–250 MPa, tāpēc tas ir trausls trieciena un lieces ietekmē. Oglekļa tērauda stiprība palielinās līdz ar oglekļa saturu: Q235 klases tērauds sasniedz aptuveni 370 līdz 500 MPa stiepes izturību, savukārt 45 kategorijas tērauds var pārsniegt 600 MPa. Lietā tērauda stiepes izturība parasti ir no 450 līdz 800 MPa, un tā stingrība nepārprotami ir pārāka par čugunu, piemēram, ZG230-450 lietam tēraudam ir pagarinājums līdz 22%, kas padara to piemērotu dinamiskām slodzēm.
Nodilumizturība
Čuguns, īpaši nodilumizturīgs{0}}čuguns, satur grafītu ar zemu berzes koeficientu, kas nodrošina izcilu nodilumizturību salīdzinājumā ar parasto oglekļa tēraudu un čugunu. Tāpēc čuguns tiek izmantots tādu virsmu un vadošo daļu blīvēšanai, kurās ir paredzama slīdēšanas berze.
Izturība pret koroziju
Čugunam ir vidēja izturība pret koroziju, jo matricā esošais grafīts veido mikro-galvaniskās šūnas; parasti ir nepieciešama krāsošana vai cinkošana, vai arī čuguns ar augstu -silīcija saturu. Oglekļa tērauds ātri rūsē mitrā, skābā vai sārmainā vidē, un tam ir nepieciešama galvanizācija vai epoksīda pārklājums. Parasts lietie tērauds uzvedas kā oglekļa tērauds, bet leģētā nerūsējošā tērauda markas, piemēram, CF8 un CF3M, nodrošina ievērojami labāku izturību pret koroziju.
Augsta{0}}temperatūras izturība
Pelēkais čuguns ir ierobežots, lai ilgstoši kalpotu aptuveni 300 °C vai zemākā temperatūrā, bet kaļamā čuguna temperatūra ir aptuveni 400 °C. Parasts oglekļa tērauds ir lietojams līdz aptuveni 450 °C, virs kura izturība ātri samazinās, un ir nepieciešams karstumizturīgs tērauds, piemēram, 15CrMo. Leģētais tērauds var kalpot virs 800 grādiem C, piemēram, ZG1Cr18Ni9Ti nerūsējošais tērauds, kas ir piemērots tvaika un karstās eļļas apkalpošanai.
Apstrādājamība
Čugunam ir lieliska liejamība un plūstamība, kas pieļauj sarežģītas vārstu korpusa formas, bet vāju apstrādājamību un metināmību. Oglekļa tērauds piedāvā izcilas kalšanas, metināšanas un apstrādes īpašības, un to ir viegli veidot atlokos un vītņotos savienojumos. Lietam tēraudam ir nepieciešama rūpīgāka liešanas kontrole, taču to var uzlabot, normalizējot un atlaidinot, un tas metinās labāk nekā čuguns.
Lietojumprogrammu salīdzinājums
| Vārsta materiāls | Tipisks pakalpojums | Izplatītākie vārstu veidi | Galvenā priekšrocība | Galvenais ierobežojums |
|---|---|---|---|---|
| Čuguns | Zema spiediena, statiskas vai maza diametra līnijas (DN līdz aptuveni 300 mm), ūdens, tvaiks, eļļa | Vārti, globuss, pretvārsti ūdensapgādē, kanalizācijā un apkurē | Zemas izmaksas, laba liejamība, nodilumizturība | Nav paredzēts augsta spiediena, trieciena vai korozijas iedarbībai |
| Oglekļa tērauds | Vidēja un augsta spiediena līnijas (PN līdz aptuveni 16 MPa), gaiss, tvaiks, eļļa un gāze | Lodīšu, tauriņu, drošības vārsti industriālajās un siltuma sistēmās | Augsta izturība, līdzsvarota veiktspēja, mērenas izmaksas | Ierobežota izturība pret koroziju, nepieciešama aizsardzība |
| Lietais tērauds (ieskaitot sakausējumu) | Augsts spiediens (PN 25 MPa un vairāk), augsta temperatūra (450 grādi C un augstāk), trieciens un korozija | Elektrostaciju vārsti, ķīmiskie nerūsējošā lodveida vārsti, ārzonas vārsti | Augsta izturība un stingrība, leģēta ārkārtējai lietošanai | Augstākas izmaksas, sarežģīts liešanas process |
Atlases ieteikumi
Izvēlieties čugunu, ja pakalpojums ir zems spiediens, zemas izmaksas ir ļoti svarīgas un materiāls ir ne-kodīgs vai viegli kodīgs ūdens, tvaiks vai eļļa.
Izvēlieties oglekļa tēraudu vidēja un augsta spiediena līnijām ar parastajiem materiāliem, kur ir nepieciešams līdzsvars starp izturību, stingrību un izmaksām.
Izvēlieties lieto tēraudu vai leģēto tēraudu augsta spiediena, augstas temperatūras, triecienslodzes vai korozijas materiāliem. Leģējošie elementi, piemēram, hroms un niķelis, var vēl vairāk paaugstināt izturību pret koroziju un temperatūru.
Izplatīti maldīgi priekšstati
Čuguna ekspluatācija ne vienmēr ir lētāka. Tā sliktā triecienizturība un izturība pret koroziju var radīt augstākas uzturēšanas izmaksas prasīgā apkalpošanā.
Oglekļa tērauda vārsti joprojām korodē. Oglekļa tērauds nav nerūsējošais tērauds; mitrām, skābām vai sārmainām vidēm ir nepieciešams pārklājums vai leģēts materiāls.
Lietais tērauds ir ne tikai stiprāks čuguns. To ražo un termiski apstrādā atšķirīgi, piešķirot tam būtiski atšķirīgu stingrības profilu.
CF8 un CF3M nav tirdzniecības nosaukumi. Tie ir liets nerūsējošā tērauda markas, kas aptuveni atbilst kaltiem 304 un 316L, ko izmanto vārstu korpusiem korozijas apstākļos.
FAQ
Kāda ir atšķirība starp čuguna un čuguna vārstiem?
Čuguns satur 2% līdz 4% oglekļa, tiek lieti tieši un ir trausls, ar augstu spiedes, bet zemu stiepes izturību. Lietais tērauds satur 0,15% līdz 0,6% oglekļa, ir izliets no kausēta tērauda un termiski apstrādāts, un tam ir daudz lielāka stingrība un triecienizturība.
Kāpēc čuguna vārstus nevar izmantot augstā spiedienā?
Pelēkajam čugunam ir zema stiepes izturība, parasti no 100 līdz 250 MPa, un pirms lūzuma nav plastiskas deformācijas, tāpēc spiediena tapas vai trieciena slodzes var saplaisāt korpusu. Oglekļa tērauds vai lietie tēraudi ir nepieciešami vidēja un augsta spiediena apkalpošanai.
Ko vārstu liešanā nozīmē CF8 un CF3M?
Tās ir lieta nerūsējošā tērauda markas, kas definētas ASTM A351. CF8 aptuveni atbilst kaltam 304 nerūsējošajam tēraudam un CF3M 316L, abi tiek izmantoti pret koroziju izturīgiem vārstu korpusiem.
Kad jāizvēlas oglekļa tērauda vārsti?
Oglekļa tērauda vārsti ir piemēroti vidēja un augsta spiediena līnijām, kas pārvadā gaisu, tvaiku, eļļu un gāzi temperatūrā līdz aptuveni 450 °C, kur ir nepieciešama izturība, stingrība un izmaksu efektivitāte.
Kādi temperatūras ierobežojumi attiecas uz katru materiālu?
Pelēkā čuguna temperatūra parasti ir ierobežota līdz aptuveni 300 ° C, kaļamā čuguna temperatūra ir aptuveni 400 ° C, parastajam oglekļa tēraudam līdz aptuveni 450 ° C, un leģētā čuguna temperatūra atkarībā no sakausējuma var pārsniegt 800 ° C.
Kurš materiāls ir vislabākais kodīgajiem ķīmiskajiem pakalpojumiem?
Priekšroka tiek dota nerūsējošajam lietam tēraudam, piemēram, CF8 vai CF3M, vai čugunam ar aizsargpārklājumu viegli kodīgām vidēm. Parasts oglekļa tērauds nav piemērots bez papildu aizsardzības pret koroziju.