متریال به کار رفته در ساخت شیرهایروانه ای

فولاد کربنی

فولاد کربنی یک آلیاژ آهن و کربن است (هیچ عنصر آلیاژی دیگری برای کنترل ویژگی های مواد به فولاد کربنی اضافه نمی شود). برای ساخت بدنه و دیسک شیر پروانه ای اغلب اوقات از فولاد کربنی و فرایند ریخته گری ماسه ای استفاده می شود.

متدوال ترین گرید مورد استفاده برای بدنه و دیسک شیر پروانه ای، فولادهای ASTM A216 WCB و LCC (کم کربن) هستند (که فولاد ریخته گری هستند). این فولادها به ترتیب برای سرویس دمای بالا و دمای پایین استفاده می شوند.

مهم ترین مزیت شیرهای پروانه ای فولاد کربنی قیمت نسبتاً پایین و عملکرد قابل قبول آن هاست (به خصوص برای کاربردهای فشار پایین). ضعف شیرهای فولاد کربنی مقاومت کم نسبت به خوردگی است (که می توان با افزودن رنگ های بیرونی یا مواد آستری داخلی مانند تفلون این ضعف را بهبود داد).

فولاد ضد زنگ

فولادهای ضدزنگ آلیاژهای آهن، نیکل و کروم (حداقل مقدار کروم 10.5 درصد است) هستند. افزودن کروم باعث ایجاد یک لایه اکسید خودالتیام بر روی سطح ماده می شود و آن را از زنگ زدگی محافظت می کند. وقتی سطح قطعه ای که از فولاد ضد زنگ ساخته شده خراشیده می شود، کروم با اکسیژن واکنش می دهد و مانع از واکنش آهن و اکسیژن و زنگ زدگی آن می شود. انواع بسیار متفاوتی از فولادهای ضدزنگ وجود دارند که عموما سری 300 و 400 نامیده می شوند.

فولادهای ضدزنگ را می توان در دسته های فریتی، آستینیتی، مارتزیتی، دوپلکس و پیرسَخت (Ph 14) طبقه بندی کرد. این طبقه بندی براساس ریزساختار مواد با تغییر در ترکیب عناصر مخلوط می باشد. متداول ترین انواع فولادهای ضدزنگ مورد استفاده برای ساخت شیرها، گریدهای آستینیتی و دوپلکس هستند.

فولاد ضدزنگ آستینیتی

فولاد ضدزنگ آستینیتی علاوه بر کروم دارای نیکل نیز می باشد. کروم این خاصیت را دارد که ساختار آستینیتی مکعبی مرکز وجوه‌پر دمای بالا را در دماهایی که این فولاد به طور نرمال به ساختار فریتی مکعبی مرکز پر تغییر می کند، حفظ می کند.

این ساختار مکعبی مرکز وجوه‌ پر به ماده چقرمگی و شکل پذیری بیشتری نسبت به گریدهای فریتی می دهد.

بسته به درصد نیکل موجود در آلیاژ، ساختار آستینیتی سخت را می توان حتی در دماهای بسیار پایین حفظ کرد و بنابراین، این ماده برای کاربرد در شرایط سرما هم مناسب است. افزودن مولیبدن باعث افزایش مقاومت شیر در برابر خوردگی حفره ای می شود.

فولاد دوپلکس

فولادهای ضدزنگ دوپلکس (UNS S32205 and UNS S31803) دارای یک ساختار متوازن از ساختار آستینیتی مکعبی مرکز وجوه‌پر و فریتی مکعبی مرکز پر آهن را دارند. این نوع ترکیب از طریق کنترل عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی – که بر روی آلیاژ انجام می شود تا ساختاری تولید شود که از 50% آستینیت و 50% فریت تشکیل شده باشد، به دست می آید.

فولادهای ضدزنگ دوپلکس استحکام بیشتر ترکیب فریتی را با چقرمگی چشمگیر آستینیت ترکیب می کنند. نوع سوپر دوپلکس (UNS S32750 and UNS S32760) دارای مقدار کروم و مولیبدن بیشتری هستند تا مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهند.

فولاد آلیاژ نیکل

آلیاژهای نیکل برای شیرهایی استفاده می شوند که تحت شرایط سرویس بسیار سخت از لحاظ نوع سیال، دما و فشار قرار دارند. این آلیاژها به طور خاص برای کاربردهای بسیار خورنده مناسب هستند که می توانند لایه اکسیدی محافظ را در فولادهای گرید پایین‌تر‌ (مانند فولاد ضد زنگ) تخریب کنند. پراستفاده ترین آلیاژهای نیکل در ساخت شیرها Inconel, Incoloy, Hastelloy هستند. مهم ترین عیب آلیاژهای نیکل وزن زیاد و قیمت گران (چند برابر شیرهای فولادی ضدزنگ) آن ها است.

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم استحکام بالا و وزن کم را با مقاومت عالی در برابر خوردگی ترکیب می کنند. آلیاژهای تیتانیوم بالاترین نسبت استحکام به وزن را نسبت به فلزات دیگر دارند. همانند فولادهای ضدزنگ، آلیاژهای تیتانیوم یک لایه اکسیدی محافظ بر روی سطح خود تشکیل می دهند که مانع از زنگ زدگی قطعه می شود.

تیتانیوم مقاومت زیادی نسبت به خوردگی به وسیله آب دریا دارد (به خصوص در محیط هایی که هیپوکلریت حضور دارد).

عیب اصلی آلیاژهای تیتانیوم قیمت بالای آن ها (چندبرابر فولاد ضدزنگ) و پیچیدگی فرایند تولید (به علت واکنش پذیری بالای فلز) است (راهکارهای ریخته گری خاصی لازم است تا از واکنش تیتانیوم با اکسیژن در هنگام ذوب و ریختن جلوگیری کند).

برنز آلومینیوم نیکل

این یک آلیاژ مس است که از تقریباً 10% آلومینیوم، 5% نیکل و 5% آهن تشکیل شده است.این آلیاژ دارای مقاومت بالا دربرابر خوردگی است (به خصوص در کاربردهای آب دریا) و در برابر تشکیل زیست لایه مقاومت می‌کند (که این از علت های معمول خوردگی در فولادهای ضدزنگ است). شیرهای پروانه ای API 609 می توانند سیت های نرم یا فلزی داشته باشند. شیرهای دارای سیت نرم را شیرهای پروانه ای “نرم سیت” یا “منعطف” نیز می نامند که از نوع مرکزی هستند. طرح های غیرمتمرکز (افست دوگانه یا سه گانه) عموما دارای سیت های فلزی هستند و می توانند مقاوم در برابر آتش باشند.