Как изготавливаются клапаны из нержавеющей стали: пошаговый процесс производства

Внутри процесса производства клапанов из нержавеющей стали

От химического состава расплава и отжига в растворе до притирки седла и испытаний по API 598: решения, которые определяют, будет ли клапан из нержавеющей стали герметично закрываться после пяти лет эксплуатации.

Клапан из нержавеющей стали редко выходит из строя из-за того, что был выбран неправильный тип клапана. Он терпит неудачу из-за решения, принятого четырьмя шагами ранее: карман газовой пористости, который не удалось обнаружить рентгенографией, тело, медленно охлаждающееся в пределах диапазона сенсибилизации, или седло, притертое на две сотые миллиметра от плоскости, которое проходит стендовые испытания, а затем плачет после двухсот термических циклов в линии.

Итак, первый вывод. Процесс производства клапанов из нержавеющей стали определяется четырьмя этапами: контроль материала и расплава, маршрут формования (литье или ковка), термообработка и допуски механической обработки, а также окончательное испытание давлением и седлом. Все остальное, от покраски до упаковки, сосредоточено вокруг этих четырех.

Далее следует, как на самом деле протекает процесс на заводе по производству арматуры, какие стандарты регулируют каждый этап и какие детали стоит проверить, прежде чем поставщик будет одобрен для участия в проекте.

Порядок действий: пять этапов

1. Формирование тела — плавка, затем литье или ковка на границе давления с отслеживанием номера плавки с первого этапа.
2. Термическая обработка — отжиг на раствор аустенитных марок, нормализация и отпуск кованых изделий из углерода и сплавов.
3. Обработка - седла, диск или шибер, шток и соединение корпуса с крышкой выдерживаются с соблюдением допусков чертежа.
4. Сборка и герметизация — прокладки, набивка, моменты затяжки болтов и крепления привода.
5. Тестирование и документация - испытания корпуса и седла, испытания на выбросы, если указано, и сертификат материала, соответствующий физическому клапану.

На втором и третьем этапах качество либо закладывается, либо незаметно теряется. Купить звуковой кастинг может любой желающий; гораздо меньше заводов могут превратить его в клапан, который удержит металлическое седло в течение десятилетия езды на велосипеде.

Этап первый: плавление и формирование тела

Каждый клапан из нержавеющей стали начинается с плавки стали, и химический состав расплава устанавливает потолок того, на что способен готовый клапан: хром для пассивного слоя, молибден для устойчивости к точечной коррозии в хлоридах, никель для стабильности аустенита и углерод, удерживаемый на достаточно низком уровне, чтобы предотвратить образование карбидов в дальнейшем. Для литых аустенитных изделий стандартная спецификация — ASTM A351, в качестве распространенных марок которой используются CF8M и низкоуглеродистый CF3M.

Маршрут кастинга: CF8M и CF3M

Литье в песок остается рабочей лошадкой для тел размером примерно два дюйма. Для покупателя важна не форма, а то, что происходит после нее: как размещаются стояки, чтобы избежать усадки от границы давления, проверяются ли критические участки с помощью рентгенографии или ультразвукового контроля, а также документируется ли и повторно проверяется ли какой-либо ремонт сварных швов. Поставщик, который сообщает о ремонте сварных швов без каких-либо записей, сообщает вам что-то о записях обо всем остальном. Стоит также задать вопрос о содержании дельта-феррита, поскольку литая аустенитная нержавеющая сталь обычно находится в контролируемом диапазоне свариваемости и вязкости.

Маршрут ковки: A182 F316 и A182 F304.

Ковка используется для изготовления корпусов меньшего размера, крышек и штоков высокого давления, где кованая конструкция с непрерывным потоком зерна оправдывает дополнительные затраты. ASTM A182 распространяется на кованые аустенитные марки, и приемка зависит от ультразвукового контроля и химического состава, проверенного на заводе, а не от результатов печи. Практически, литое или кованое — это вопрос размера, класса давления и последствий отказа. Четырехдюймовая задвижка класса 300 для водоснабжения хорошо служит благодаря прочному литью; двухдюймовый клапан класса 2500 на коллекторе высокого давления - это не то место, где можно экономить на формовке.

Второй этап: термообработка и антикоррозионная обработка

Это этап, который чаще всего пропускают в разговоре, и ошибиться дороже всего. Аустенитная нержавеющая сталь не упрочняется термической обработкой — ее прочность зависит от самого сплава, холодной обработки или наплавки. Термическая обработка восстанавливает коррозионную стойкость.

Отжиг на раствор доводит материал до температуры примерно от 1040 до 1120 градусов по Цельсию, а затем быстро охлаждает его в воде или с помощью принудительного воздуха, поэтому карбиды хрома растворяются и остаются растворенными. Медленно охлаждайте в диапазоне от 425 до 815 градусов Цельсия, и хром выпадает в осадок на границах зерен, оставляя зоны, обедненные хромом, которые способствуют межкристаллитной коррозии. Классической проверкой является практическое испытание E по ASTM A262, и записи, стоящие за ним — диаграмма печи, время выдержки, метод закалки — имеют такое же значение, как и результат прохождения.

Если поставщик не может указать температуру отжига, время выдержки и метод охлаждения для определенной плавки, он не может указать коррозионную стойкость клапана, который вы покупаете.

Кованые изделия следуют аналогичной дисциплине с другим циклом: нормализация и отпуск для углеродистых и низколегированных марок, отжиг на раствор для аустенитных. Исключением являются мартенситные марки, такие как 410 и 420, упрочненные путем закалки и отпуска, поэтому они используются в компонентах отделки, где стойкость к эрозии превышает максимальную стойкость к коррозии.

Этап третий: обработка седла, диска и штока

Механическая обработка — это то, где замысел проекта становится геометрией, и где небольшие числа имеют большие последствия. При просмотре чертежа или отчета о проверке следует помнить о нескольких допусках:

• Обработка поверхности сиденья. Металлические седла обычно притираются до шероховатости поверхности Ra от 0,4 до 0,8 микрометра. Более шероховатые поверхности выдерживают первое гидростатическое испытание, а затем дают течь, когда дифференциальное расширение приводит в движение диск.
• Угол посадки и ширина контакта. Конусное седло, отклоненное на долю градуса, или слишком широкая контактная полоса увеличивают момент открытия и сокращают срок службы седла. Притирка выполняется согласованными парами, поэтому седло и диск изнашиваются друг относительно друга.
• Отделка стержня и форма резьбы. Накатанная резьба штока обеспечивает лучшую текучесть зерна и усталостную долговечность, чем нарезанная резьба, а полированный хвостовик штока продлевает срок службы набивки за счет уменьшения истирания колец.
• Наплавка. Накладки на основе кобальта наносятся, охлаждаются, подвергаются повторной механической обработке, а затем проверяются с помощью пенетранта. Накладка, которая не проверяется после механической обработки, является неизвестной величиной.

Ничего из этого нет в брошюре. Оно появляется в отчете о проверке первой статьи и объясняет, почему два клапана из нержавеющей стали с одинаковыми строительными размерами и одинаковыми номинальными значениями давления могут вести себя совершенно по-разному после трех лет эксплуатации на одной и той же линии.

Этап четвертый: сборка, герметизация и контроль крутящего момента

Сборка выглядит простой и нет. Поверхности из нержавеющей стали остаются пассивными только до тех пор, пока они остаются чистыми; Следы от инструментов из свободного железа, хлоридов и углеродистой стали становятся местами возникновения точечной коррозии. Дисциплинированные заводы используют специальные инструменты из нержавеющей стали, растворители, не содержащие хлоридов, и маркировочные ручки, а также поддерживают границу давления между операциями.

• Спирально-навитые прокладки с графитовым наполнителем для эксплуатации при высоких температурах, прокладки на основе ПТФЭ, если температура позволяет.
• Графитовые набивочные кольца с фонарным кольцом и сальником под нагрузкой, поэтому набивка остается нагруженной при осадке.
• Болты затягиваются по схеме «звезда» до заданного крутящего момента с указанной смазкой, поскольку крутящий момент без учета трения значит очень мало.
• Противовыбросовый шток, заднее сиденье, если оно предусмотрено конструкцией, и монтажная площадка оператора, которая соответствует приводу, а не адаптирована к нему.

Этап пятый: испытания давлением, седлом и выбросами

Тестирование — это последний шанс уловить то, что было упущено на предыдущих этапах, и оно должно быть нацелено на конкретные виды сбоев, а не выполняться как ритуал. Испытания корпуса подтверждают границу давления, испытания сиденья подтверждают закрытие, испытания заднего седла доказывают вторичную защитную оболочку штока, а испытания на выбросы и огнестойкость охватывают условия, которые стенд не может воспроизвести напрямую.

Здесь следует отметить клапаны с металлическими седлами. В отличие от конструкций с мягким уплотнением, они не могут реально обеспечить нулевую герметичность уплотнения любого размера, поэтому в спецификациях указывается уровень приемки, а не общий пункт о нулевой утечке. Запись «нет утечек» в спецификации металлического седла не улучшает клапан; он просто переносит аргумент в отчет об инспекции.

Для кислых или офшорных нефть и газ службы, эти тесты перестают быть дополнительными функциями. Они становятся квалификационным пакетом, который решает, будет ли клапан вообще принят на объекте.

Что необходимо проверить перед утверждением линии клапанов из нержавеющей стали

Большая часть рисков при закупках клапанов из нержавеющей стали связана с риском документации. Клапан в ящике вполне может быть исправен; проблема в том, что ничто в документах не позволяет доказать это пять лет спустя, во время отключения электроэнергии, когда нужно объяснить утечку.

• Сертификат испытаний материала в соответствии с EN 10204 3.1, номера плавок соответствуют маркировке на корпусе, крышке и отделке.
• Положительная идентификация материала в органах критического обслуживания или, как минимум, на документированном образце партии.
• Записи о термообработке привязаны к номеру плавки, включая диаграмму печи, а не однострочный отчет.
• Отчеты об испытаниях на давление и седла выдаются для каждого клапана или партии с указанием испытательной среды, давления, продолжительности и результата.
• Декларация об очистке и упаковке без содержания хлоридов, с защитой концов и влагопоглотителем для длительного хранения.
• Процедура сварки и квалификация сварщика по стандарту ASME IX, если требуется наплавка или утвержденный ремонт отливки.

Если вы заменяете существующие клапаны, а не устанавливаете новые, эти примечания по Рекомендации по модернизации клапана из нержавеющей стали осветите модернизированную сторону того же вопроса.

Процесс изготовления клапанов из нержавеющей стали не является экзотикой. Плавка, формовка, отжиг, механическая обработка, сборка и испытания — все это хорошо изученные этапы, за которыми стоят опубликованные стандарты. Что отличает поставщиков, так это то, насколько жестко контролируется каждый шаг и насколько полно он фиксируется.

Покупатели, которые понимают эту последовательность, перестают сравнивать клапаны из нержавеющей стали только по цене, потому что они могут видеть, в чем разница, в чем они покупают: проверенная плавка, проверенная отливка, нанесенный на карту отжиг, притертое седло в подобранных парах и отчет об испытаниях, который все еще можно предоставить, когда это важно.