40Cr鋼化學鍍鎳替代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、閥桿螺母有相對摩擦運動，并直接接觸介質(zhì)。因而要求閥桿具有一定的機械性能、耐蝕性能、抗擦傷能力和抗咬合性能等。

文獻1提出，對在不大于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。我們認為，這雖然可以滿足閥桿使用要求，但也存在以下幾個問題：

    1）經(jīng)濟性不佳，2Cr13鋼材料價格昂貴，工藝加工費用較高。

    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。

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

    2、可行性分析

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

    1）機械性能

    40Cr鋼與2Cr13鋼的常規(guī)機械性能如表1所示。40Cr鋼作為閥桿材料，其室溫和高溫的許用拉應力、許用壓應力、許用剪應力、許用扭應力和許用合成應力也都高于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熱處理爐內(nèi)進行，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削車削，這要比不宜采用旋風削車削的2Cr13鋼，提高工效3-6倍。但是，40Cr鋼的淬透性較低，對于閥桿直徑在40圓以下的可以油淬，40圓以上的需水淬油冷。

    3）化學鍍鎳的有關(guān)特性

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

經(jīng)對表3所列的部分介質(zhì)進行初步驗證，可以認為化學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)及部分強腐蝕性介質(zhì)，化學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，因不銹鋼會成為腐蝕電池的陽極而遭到嚴重的接觸腐蝕破壞。然而，采用化學鍍鎳功能防護層則可以緩解這類腐蝕。