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。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）經濟性不佳，2Cr13鋼材料價格昂貴，工藝加工費用較高。

    2）調質狀態的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鋼制造閥桿的技術方案，并對此進行技術可行性分析和經濟性分析。

    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于2Cr13鋼。

    1）機械性能

    40Cr鋼與2Cr13鋼的常規機械性能如表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，優于2Cr13不銹鋼耐酸鋼。40Cr與2Cr13鋼的部分有關工藝性能及參數，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進行，而2Cr13鋼淬火須在高爐內加熱。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。其適用工作介質范圍可參考表3和文獻2。

經對表3所列的部分介質進行初步驗證，可以認為化學鍍鎳層的適宜或不適宜工作的介質與純鎳相似或由于純鎳。化學鍍鎳層具有優良的耐蝕性能，適用于多種弱腐蝕性介質及部分強腐蝕性介質，化學鍍鎳層還具有高硬度和耐磨性，以及低的摩擦系數，因而其抗擦傷能力和抗咬合性能都可以超過調質狀態下硬度很低的2Cr13鋼。因2Cr13鋼制閥桿的適宜調質硬度為HRC20-26（HB225-257），故不宜再采取降低高溫回火的溫度來提高其調質硬度，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。