40Cr鋼化學(xué)鍍鎳替代2Cr13鋼制造閥桿可行性分析

    閥桿在閥門啟閉過程中承受一定的拉力、壓力及扭矩作用，與填料、閥桿螺母有相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，并直接接觸介質(zhì)。因而要求閥桿具有一定的機(jī)械性能、耐蝕性能、抗擦傷能力和抗咬合性能等。

文獻(xiàn)1提出，對(duì)在不大于450℃弱腐蝕性介質(zhì)中使用的中高壓，通常選用2Cr13不銹耐酸鋼制造閥桿。我們認(rèn)為，這雖然可以滿足閥桿使用要求，但也存在以下幾個(gè)問題：

    1）經(jīng)濟(jì)性不佳，2Cr13鋼材料價(jià)格昂貴，工藝加工費(fèi)用較高。

    2）調(diào)質(zhì)狀態(tài)的2Cr13鋼硬度很低，抗擦傷能力差。

    3）2Cr13鋼制閥桿與石墨填料等接觸部分易產(chǎn)生接觸腐蝕。

    4）2Cr13不銹鋼的工藝性能較差。

    本文針對(duì)以上問題，40Cr鋼化學(xué)鍍鎳替代2Cr13鋼制造閥桿可行性分析提出以40Cr鋼化學(xué)鍍鎳磷合金（下稱化學(xué)鍍鎳）替代2Cr13鋼制造閥桿的技術(shù)方案，并對(duì)此進(jìn)行技術(shù)可行性分析和經(jīng)濟(jì)性分析。

    2、可行性分析

閥桿基體材料采用40Cr鋼、以化學(xué)鍍鎳作為表面功能防護(hù)層。閥桿的各項(xiàng)使用性能均可達(dá)到或超過2Cr13鋼，同時(shí)40Cr鋼的工藝性能也明顯優(yōu)于2Cr13鋼。

    1）機(jī)械性能

    40Cr鋼與2Cr13鋼的常規(guī)機(jī)械性能如表1所示。40Cr鋼作為閥桿材料，其室溫和高溫的許用拉應(yīng)力、許用壓應(yīng)力、許用剪應(yīng)力、許用扭應(yīng)力和許用合成應(yīng)力也都高于2Cr13鋼。

    2）工藝性能

    40Cr鋼是最常用的一種中碳低合金鋼，其鍛造、熱處理和切削加工性能都與一般中碳鋼（如45鋼）相似，優(yōu)于2Cr13不銹鋼耐酸鋼。40Cr與2Cr13鋼的部分有關(guān)工藝性能及參數(shù)，如表2所示。

由表2看出，40Cr鋼鍛造溫度范圍比2Cr13鋼寬100-150℃，這將有利于鍛造成型。而且2Cr13鋼鍛后要求砂冷，空冷時(shí)形成裂紋的傾向性較大。此外，40Cr的淬火、回火溫度大大低于2Cr13鋼，其淬火加熱可在一般中溫?zé)崽幚頎t內(nèi)進(jìn)行，而2Cr13鋼淬火須在高爐內(nèi)加熱。特別需要指出的是，40Cr鋼制閥桿的梯形螺紋部分可以采用旋風(fēng)削車削，這要比不宜采用旋風(fēng)削車削的2Cr13鋼，提高工效3-6倍。但是，40Cr鋼的淬透性較低，對(duì)于閥桿直徑在40圓以下的可以油淬，40圓以上的需水淬油冷。

    3）化學(xué)鍍鎳的有關(guān)特性

    40Cr鋼制閥桿的耐蝕性能完全靠化學(xué)鍍鎳功能防護(hù)層來保證。其適用工作介質(zhì)范圍可參考表3和文獻(xiàn)2。

經(jīng)對(duì)表3所列的部分介質(zhì)進(jìn)行初步驗(yàn)證，可以認(rèn)為化學(xué)鍍鎳層的適宜或不適宜工作的介質(zhì)與純鎳相似或由于純鎳。化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)良的耐蝕性能，適用于多種弱腐蝕性介質(zhì)及部分強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，化學(xué)鍍鎳層還具有高硬度和耐磨性，以及低的摩擦系數(shù)，因而其抗擦傷能力和抗咬合性能都可以超過調(diào)質(zhì)狀態(tài)下硬度很低的2Cr13鋼。因2Cr13鋼制閥桿的適宜調(diào)質(zhì)硬度為HRC20-26（HB225-257），故不宜再采取降低高溫回火的溫度來提高其調(diào)質(zhì)硬度，否則將降低其耐蝕性能和機(jī)械性能。并且2Cr13鋼等不銹鋼閥桿與石墨石棉密封圈填料與銅合金螺母的接觸部分，因不銹鋼會(huì)成為腐蝕電池的陽極而遭到嚴(yán)重的接觸腐蝕破壞。然而，采用化學(xué)鍍鎳功能防護(hù)層則可以緩解這類腐蝕。