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40Cr钢化学镀镍替代2Cr13钢制造阀杆可行性分析

    阀杆在阀门启闭过程中承受一定的拉力、压力及扭矩作用，与填料、阀杆螺母有相对摩擦运动，并直接接触介质。因而要求阀杆具有一定的机械性能、耐蚀性能、抗擦伤能力和抗咬合性能等。

文献1提出，对在不大于450℃弱腐蚀性介质中使用的中高压阀门，通常选用2Cr13不锈耐酸钢制造阀杆。我们认为，这虽然可以满足阀杆使用要求，但也存在以下几个问题：

    1）经济性不佳，2Cr13钢材料价格昂贵，工艺加工费用较高。

    2）调质状态的2Cr13钢硬度很低，抗擦伤能力差。

    3）2Cr13钢制阀杆与石墨填料等接触部分易产生接触腐蚀。

    4）2Cr13不锈钢的工艺性能较差。

    本文针对以上问题，40Cr钢化学镀镍替代2Cr13钢制造阀杆可行性分析提出以40Cr钢化学镀镍磷合金（下称化学镀镍）替代2Cr13钢制造阀杆的技术方案，并对此进行技术可行性分析和经济性分析。

    2、可行性分析

阀杆基体材料采用40Cr钢、以化学镀镍作为表面功能防护层。阀杆的各项使用性能均可达到或超过2Cr13钢，同时40Cr钢的工艺性能也明显优于2Cr13钢。

    1）机械性能

    40Cr钢与2Cr13钢的常规机械性能如表1所示。40Cr钢作为阀杆材料，其室温和高温的许用拉应力、许用压应力、许用剪应力、许用扭应力和许用合成应力也都高于2Cr13钢。

    2）工艺性能

    40Cr钢是最常用的一种中碳低合金钢，其锻造、热处理和切削加工性能都与一般中碳钢（如45钢）相似，优于2Cr13不锈钢耐酸钢。40Cr与2Cr13钢的部分有关工艺性能及参数，如表2所示。

由表2看出，40Cr钢锻造温度范围比2Cr13钢宽100-150℃，这将有利于锻造成型。而且2Cr13钢锻后要求砂冷，空冷时形成裂纹的倾向性较大。此外，40Cr的淬火、回火温度大大低于2Cr13钢，其淬火加热可在一般中温热处理炉内进行，而2Cr13钢淬火须在高炉内加热。特别需要指出的是，40Cr钢制阀杆的梯形螺纹部分可以采用旋风削车削，这要比不宜采用旋风削车削的2Cr13钢，提高工效3-6倍。但是，40Cr钢的淬透性较低，对于阀杆直径在40圆以下的可以油淬，40圆以上的需水淬油冷。

    3）化学镀镍的有关特性

    40Cr钢制阀杆的耐蚀性能完全靠化学镀镍功能防护层来保证。其适用工作介质范围可参考表3和文献2。

经对表3所列的部分介质进行初步验证，可以认为化学镀镍层的适宜或不适宜工作的介质与纯镍相似或由于纯镍。化学镀镍层具有优良的耐蚀性能，适用于多种弱腐蚀性介质及部分强腐蚀性介质，化学镀镍层还具有高硬度和耐磨性，以及低的摩擦系数，因而其抗擦伤能力和抗咬合性能都可以超过调质状态下硬度很低的2Cr13钢。因2Cr13钢制阀杆的适宜调质硬度为HRC20-26（HB225-257），故不宜再采取降低高温回火的温度来提高其调质硬度，否则将降低其耐蚀性能和机械性能。并且2Cr13钢等不锈钢阀杆与石墨石棉密封圈填料与铜合金螺母的接触部分，因不锈钢会成为腐蚀电池的阳极而遭到严重的接触腐蚀破坏。然而，采用化学镀镍功能防护层则可以缓解这类腐蚀。