鋼制閥門的主體材料--碳素鋼

2024年3月31日發(作者：中國節)

鋼制閥門的主體材料--碳素鋼

鋼制閥門指閥門的殼體采用鋼材制造的閥門，通常包括碳素鋼、不銹鋼、鉻鉬鋼及鉻鉬

釩鋼等。

1 碳素鋼

1.1 閥門常用的碳素鋼材料

閥門常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料見表1-1-1。

表1-1-1 閥門常用的碳素鋼鑄件、鍛件材料

材料狀態 國別 標準號

WCA

中國

鑄件

美國

ASTM A 216/A

216M

GB/T 12228

GB/T 699

ASTM A 105/A

105M

WCA

UNS J02502

WCB

UNS J03002

WCC

UNS J02503

GB/T 12229

ZG205-415 ZG250-485 ZG275-485

材料牌號

WCB WCC

中國

鍛件

美國

25 25Mn 35 40 A 105

A 105

注：表中UNS J02502、UNS J03002、UNS J02503是以美國金屬與合金統一系統編號方

法，分別對應WCA、WCB、WCC的牌號。GB/T 12228中的材料牌號A 105引用美國ASTM A 105/A

105M標準。

閥門常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料的化學成學見表1-1-2。

閥門常用的碳素鋼鑄件和鍛件材料的力學性能見表1-1-3。

表1-1-2 閥門常用碳素鋼材料的化學成分

含量，%（除給出范圍外，含量均為最大值）

牌號

C

A105 0.35

Mn P S

0.04

Si

0.10～

0.35

0.17～

0.37

0.17～

0.37

0.60

Cu

0.40

Ni

0.40

Cr

0.30

Mo

0.12

V

0.08 0.60～1.050 .035

25

25Mn

ZG205-415

WCA

ZG250-485

WCB

0.22～0.29 0.50～0.800 .035 0.035

0.22～0.29 0.70～1.00

0.35

0.25 0.70 0.04

0.35

0.045

0.25

0.25

0.30

0.30

0.30

0.50

0.25

0.25

0.50

—

—

0.25

—

—

0.03

0.30 1.00 0.04 0.045 0.60 0.30 0.50 0.50 0.25 0.03

ZG275-485

WCC

0.25 1.20 0.04 0.045 0.60 0.30 0.50 0.50 0.25 0.03

注1： ZG205-415、WCA允許的最大含碳量每下降0.01%，最大含錳量可增加0.04%，直至最大

含量達1.10%

時止。ZG250-485、WCB允許的最大含碳量每下降0.01%，最大含錳量可增加0.04%，直至最大含量達

1.28%時止。ZG275-485、WCC允許的最大含碳量每下降0.01%，最大含錳量可增加%0.04%，直至最大

含量達1.40%時止。A 105在規定的最大含碳量（0.35%）以下，每降低0.01%碳含量，允許在規定的最大

錳含量（1.05%）上增加0.06%錳含量，直到最大1.35%為止。

注2：鋼中不可避免地含有一些雜質元素，為了獲得良好的焊接質量，殘留元素（Cu、Ni、Cr、Mo、 V）

總量應為≤1%，但有碳當量（CE）要求時此條不適用。

注3：如訂單中要求碳當量時，碳當量按CE=C%+Mn%/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15計算，

最大碳當量應是：

牌 號

最大碳當量

ZG205-415/WCA

0.50

ZG250-485/WCB

0.50

ZG275-485/WCC

0.55

注4：表中最常用的閥門碳素鋼鑄件材料是WCB鋼，其標準含碳量≤0.30%，但為了獲得優良的焊接性

能和力學性能，其含碳量應控制在0.25%左右。

注5：當閥門的連接端為焊連接時必須控制碳當量。ASTM A 216/A 216M補充要求中規定了使用于不

同場合的碳素鋼鑄件碳當量的要求。但不同的產品標準根據其工況條件，對碳當量的要求也不同，如API 6D

則要求爐前分析CE≤0.43，成品分析CE≤0.45。同樣為了保證焊接性能API 6D對焊接端的碳素鋼鑄件含

碳量也作了規定，爐前分析C含量≤0.23%，成品分析C含量≤0.25%，硫磷含量≤0.035%。

碳當量CE=C%+Mn%/6+（Cr%+Mo%+V%）/5+（Ni%+Cu%）/15。

注6： ASTM A 105/A 105M并不是我國的25號鋼或25Mn鋼，雖然其主要化學成分相當于我國的25Mn

鋼，但ASTM A 105/A 105M對雜質元素Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb的控制以及C、Mn含量的關系和材料的熱

處理都有控制要求。

注7：鍛鋼閥門是否需要進行材料的力學性能檢測是根據產品設計要求決定的，對于低碳鋼只要化學

成分合格，正火的熱處理工藝正確，其力學性能就是一定的，不像中碳鋼和高碳鋼可以按淬火后的不同回

火溫度得到不同的力學性能。對于鍛造高壓閥門如PN160、PN320（原標準為PN16.0MPa、PN32.0MPa）或更

高壓力的鍛鋼閥由設計決定采用的材料應達到的力學性能。根據所要求的力學性能確定回火溫度以達到材

料的性能符合設計要求。

注8：GB/T 12229中對WCA、WCB、WCC的含Mo量為0.25%，而ASTM A216/A216M中對WCA、WCB、

WCC的含Mo量為0.20%。

表1-1-3 閥門常用碳素鋼材料的力學性能

牌號

A105

鍛

件

25

25Mn

WCA

鑄

件

WCB

WCC

抗拉強度σ

b

/

MPa

≥485

≥450

≥490

415-585

485-655

485-655

屈服強度σ

s

/

MPa

≥250

≥275

≥295

≥205

≥250

≥275

伸長率δ/

%

≥22

≥23

≥22

≥24

≥22

≥22

斷面收縮率Ψ/

%

≥30

≥50

≥50

≥35

≥35

≥35

沖擊吸引功

A

k

/J

—

71

71

硬度/

HB

≤187

≤170

≤207

1.2 碳素鋼的適用范圍

碳素鋼適用于油品、汽、水等非腐蝕性介質。在某些特定的條件下，例如某些有腐蝕性

的介質在一定范圍內的溫度濃度條件下也可采用碳素鋼。

碳素鋼的適用溫度范圍：-29～425℃。這是由于碳素鋼在高溫下其組織中的碳原子發生

遷移和聚集，并轉化為石墨，由于石墨強度極低，并以片狀存在于珠光體內，將使材料的強

度大大降低，而脆性增加。一般情況下，碳素鋼長期處于425℃以上溫度環境時，就有石墨

化傾向，而在475℃以上時則明顯出現。中石化標準SH/T 3064《石油化工鋼制通用閥門選

用、檢驗及驗收》規定碳素鋼制閥門的適用溫度范圍為-20～425℃，其下限定為-20℃的依

據是GB 150《鋼制壓力容器》。但當以WCB、WCC這兩種鋼制作閥體、閥蓋、閘板（閥瓣）、

支架時，這兩種鋼的適用溫度下限為-29℃。