阀杆零件的材料及毛坯处理方式

（1）阀杆类零件的材料 阀杆在阀门开启和关闭过程中，承受拉力、压力和力矩的作用，并与介质直接接触，与密封填料也有相对摩擦，所以要求阀杆具有一定的力学性能、耐腐蚀性能和抗磨损性能。

为了满足使用上的需要，首先要根据阀门的使用条件选用适当材料的阀杆，有的标准中已规定了与阀体材料相匹配的阀杆材料。常用的阀杆材料有：优质碳素结构钢、合金结构钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、镍铜合金、耐热钢、双相不锈钢及低温钢等。

为了满足使用上的要求，还要对阀杆提出相应的技术要求。这些技术要求一般应包括硬度、强度、韧性和耐腐蚀性能等。

常用的阀杆材料和技术要求如表7⁃1所示。

图7⁃1 阀杆的种类

a）升降杆闸阀阀杆 b）旋转杆闸阀阀杆 c）旋转升降杆截止阀阀杆 d）升降杆截止阀阀杆 e）蝶阀阀杆 f）固定球球阀阀杆 g）浮动球球阀阀杆 h）升降杆球阀阀杆

表7⁃1 常用阀杆材料及技术要求

（续）

（2）阀杆材料毛坯的热处理 编制阀杆材料毛坯的热处理工艺主要根据选用的材料及技术要求，此外还要考虑阀门的使用条件，以及氮化、镀镍磷处理等温度因素。例如，阀杆毛坯进行调质处理时所采用的回火温度应高于阀杆以后氮化、镀镍磷和阀门使用中所要承受的最高温度。

下面按材料不同简要介绍阀杆毛坯的热处理工艺。

1）35钢阀杆毛坯的正火。35钢阀杆毛坯无论是热轧还是锻拔料，在机械加工前最好进行正火。阀杆经过正火处理，由于重结晶使组织细化，从而提高了屈服强度；由于应力消除使阀杆尺寸稳定，从而减少了氮化处理等时效作用引起的变形。35钢的正火温度为860～900℃，保温一定时间，使奥氏体均匀化，然后出炉在空气中或以其他方式冷却。

2）40Cr钢阀杆毛坯的调质处理。为了使40Cr钢阀杆获得良好的综合力学性能，在阀杆进行机械加工前，要进行调质处理。如果40Cr阀杆毛坯为锻拔料，在锻造后还要进行正火处理。

40Cr阀杆毛坯的有效厚度较大时，一般指直径≥60mm，为了提高调质处理效果，改善表面质量，在调质处理前需要进行粗加工。有的阀杆外形特征是直径相差较大的阶梯轴，则更有粗加工的必要。

40Cr阀杆毛坯淬火加热温度一般采用830～860℃。用电阻炉加热时保温系数一般采用0.8～1min/mm。淬火冷却时，要尽量做到阀杆垂直淬入冷却剂，以减少工件的弯曲。冷却方法可按阀杆不同的有效厚度分别采用油冷、水淬油冷和水冷。

淬火后要及时进行回火。40Cr阀杆毛坯回火温度根据要求的硬度选择。当阀杆硬度要求在28～32HRC时，回火温度选用580～620℃。为了便于生产平衡，回火保温时间及装炉量可为淬火的两倍。为了克服回火脆性，回火用油冷。

图7⁃240 Cr阀杆毛坯调质处理工艺曲线

40Cr阀杆毛坯调质处理工艺曲线如图7⁃2所示。

3）F6a钢阀杆毛坯的热处理。F6a钢属于马氏体型不锈钢。F6a钢阀杆毛坯的热处理包括锻造后退火和调质处理。

F6a阀杆锻造后要及时进行退火，这类钢由于含有大量铬，提高了过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，锻造后在空气中冷却即可得到马氏体，无法进行切削加工。同时锻造后的应力也较大，很容易使锻件产生裂纹。因此为了消除应力，降低硬度，防止产生裂纹，改善切削加工性能，并为以后调质处理作好组织准备，在锻造后要进行软化处理。F6a锻件软化处理方法通常有两种：一种是高温回火，对F6a钢应称为不完全退火，因为加热温度高于该钢的Ac₁点。将锻件加热至700～800℃，保温2～6h空冷，硬度可降至170～200HBW；一种是退火，将锻件加热至850～900℃，保温2～4h后，以小于25℃/h的速度冷至600℃出炉空冷，F6a钢的硬度可降至170HBW以下。其工艺曲线如图7⁃3所示。

F6a锻件在锻造过程中容易产生脱碳、折叠、微裂等表面缺陷，并往导致淬火后产生软点、裂纹等缺陷，而影响锻件质量，所以在退火后对F6a锻件需要进行粗加工。当阀杆锻造毛坯直径较小且表面质量较好时，也可以不进行粗加工。

F6a阀杆毛坯尚需进行调质处理。其目的在于获得良好的综合力学性能和耐腐蚀性能，从而满足使用上的需要。

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图7⁃3 F6a阀杆毛坯退火工艺曲线

F6a钢的淬火温度以1000～1050℃为宜。淬火后的组织为马氏体+铁素体，硬度为43HRC左右。若加热温度过低，当低于950℃时，则碳化铬（主要为Cr23C6）不能充分熔解，这既不利于力学性能的改善，也不利于耐腐蚀性能的提高。若加热温度过高，当高于1200℃时，将出现较多的铁素体，容易使组织过热，淬火后造成马氏体组织粗大，使冲击韧性显著降低。这时即使随后提高回火温度，冲击韧性也不能得到改善。

F6a钢导热性差，所以F6a阀杆淬火加热速度要缓慢，或者经过预热。预热还可以适当地减少在淬火温度下的保温时间。保温时间要充分，使碳化物能充分溶解。保温时间主要决定于阀杆毛坯的有效厚度及装炉量。保温系数一般可采用每30mm保温90min（空气炉）。F6a钢临界冷却速度较低，淬透性极好，所以F6a阀杆淬火冷却可采用油冷，也可采用空冷。

F6a钢淬火后所能达到的硬度主要受钢中含碳量质量分数影响，碳含量的质量分数越高，则淬火后的硬度也越高。而钢中的含铬量的质量分数对淬火后硬度的影响与碳相反，并且不如碳明显。

淬火后要及时进行回火，一般间隔不得超过48h，以防止造成F6a阀杆开裂。回火加热温度主要依据技术要求来确定。F6a阀杆当硬度要求为240～280HBW时，回火温度一般采用700～790℃。回火保温时间要适当选择，否则要影响到回火后的硬度，即随着回火保温时间的加长而硬度下降，这种影响在700℃以下回火更为明显。因F6a钢有回火脆性，所以回火用油冷。关于F6a钢回火温度对回火后性能影响的试验研究结果表明，F6a钢淬火以后，用400～510℃温度范围进行回火，钢的冲击韧性差；用510～550℃温度范围进行回火，钢的回火稳定性差，即回火温度稍有提高，则回火后硬度大幅度下降；用550～600℃温度范围进行回火，钢的耐腐蚀性显著降低。这些情况在确定F6a钢阀杆技术要求及编制调质处理工艺时都应给予充分的注意，以充分发挥F6a钢的潜力。

F6a阀杆毛坯调质工艺曲线如图7⁃4所示。

图7⁃4 F6a阀杆毛坯调质工艺曲线

F6a阀杆调质处理后获得回火索氏体组织。它不仅具有良好的综合力学性能，而且具有较好的耐腐蚀性能。

4）奥氏体不锈钢阀杆毛坯的热处理。F304、F310H、F316钢阀杆毛坯为了消除晶间腐蚀倾向要进行最低奥氏体化/固溶化处理。

F304、F310H、F316阀杆毛坯一律要进行固熔处理+淬火，其最低奥氏体化/固熔化温度为1040℃，淬火温度低于260℃。

对于F304、F310H、F316阀杆毛坯应锻制成尽量接近于零件的形状和尺寸。

F304、F310H、F316阀杆热处理工艺曲线如图7⁃5所示。

5）低合金钢阀杆毛坯的热处理。低合金钢作阀杆材料大多属于Cr⁃Mo钢。淬火加热时，一部分钼的碳化物不溶入奥氏体，减少钢的过热倾向，提高钢的强度而不显著降低塑性；一部分钼溶入奥氏体中，提高了铬钢的淬透性，增加了回火稳定性、消除回火脆性。42CrMo的淬透性高于40Cr，其油淬临界直径为30～45mm，具有较好的高温强度与组织稳定性，也制造在500℃以下长期工作的阀杆。

图7⁃5 F304、F310H、F316阀杆毛坯热处理工艺曲线

F11、F12、F21、F22属低合金钢。作为阀杆材料一般应锻制成尽量接近于阀杆的形状和尺寸。锻后进行退火处理，然后进行正火加回火即可。F11、F12、F22的最低退火温度为900℃，F21的最低退火温度为955℃，冷却方式为炉冷；F11、F12的正火温度为最低900℃，空冷，最低回火温度为620℃；F21的最低正火温度为955℃，空冷，最低回火温度为675℃；F22的最低正火温度为900℃，空冷，最低回火温度为675℃；

F91属于9Cr1MoVNbN钢，锻件只进行正火加回火，其正火温度为1040～1080℃，空冷，回火温度为730～800℃。

低合金钢的保温时间要足够，使足够的碳化物溶于奥氏体中，并使之均匀化。在盐炉中加热时，一般为0.3～0.5min/mm，在空气电阻炉中加热时为1.2～1.5min/mm。保温时间还与炉型、加热温度、加热方式及装炉量等因素有关，准确的保温时间应经过计算。

6）双向钢阀杆毛坯的热处理。F51、F53、F55属于铁素体—奥氏体双相不锈钢。作阀杆材料，应锻制成尽量接近于阀杆的形状和尺寸。其热处理类型为固熔处理加淬火。F51的最低固熔化处理温度为1020℃。冷却方式为液冷，淬火温度低于260℃；F53的最低固溶化处理温度为1025℃，冷却方式为液冷，淬火温度低于260℃；F55的固熔处理温度为1100～1140℃，冷却方式为液体，淬火温度低于260℃。

7）低温钢阀杆毛坯的热处理。LF2、LF3、LF6属于要求冲击韧性试验的低温阀用阀杆锻件材料，所有钢种都应按正火状态、正火加回火状态、淬火加回火状态供货。

①正火。将锻件加热到组织能转变成奥氏体组织的温度，一般在860～920℃，保温足够时间，使温度完全均匀，然后在静止空气均匀冷却。

②正火加回火。在正火之后，紧接着重新加热到最低590℃，然后保温，每25mm最大厚度至少保温30min，且保温时间不少于30min，最后在静止空气中冷却。

③淬火加回火。淬火过程可以是先将锻件完全奥氏体化，然后在适当的液体介质中冷却；也可以采用多步过程进行，即先将锻件完全奥氏体化，并快速冷却，再重新加热以使其部分重新奥氏体化，然后再在适当的液体介质中冷却。所有淬火后的锻件都应进行回火处理，重新加热到590℃，并进行保温，每25mm厚度至少保温30min，且保温时间不少于30min，最后在静止空气中冷却。