目前煉油工業(yè)中越來越多地采用加氫精制、加氫裂化等加氫工藝。高壓加氫工藝是石油煉制深加工的一個重要工藝措施，它不僅能提高原油的輕油回收率，而且是油品脫硫的理想裝置，能提高燃料油的質(zhì)量，減輕燃油對環(huán)境的污染，從而提高煉油廠的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著我國煉高硫油量的增加，各大煉油廠都想以此來提高其煉油水平、能力和效益，因此，高壓加氫裝置的建設(shè)將是我國石油煉制行業(yè)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。高壓加氫裝置用閥門的工況四個突出的特點(diǎn)是：臨氫、高壓(公稱壓力一般為Class 600~Class 2500)、高溫(≤500℃)及伴隨硫化氫。因此高壓加氫裝置用閥門是：技術(shù)含量高、質(zhì)量要求嚴(yán)、安全可靠性要求很高的特殊閥門，那其對閥門選材的要求必然是嚴(yán)格而科學(xué)的。

　　我們通常講鋼的抗氫性能，主要是指鋼的抗氫腐蝕性能，抗氫鋼也主要是指抗氫腐蝕鋼。美國《不銹鋼手冊》“第46章 不銹鋼在高壓氫中的應(yīng)用”中指出：“氫能導(dǎo)致許多(材料)機(jī)械性能的降低，包括抗拉強(qiáng)度和塑性。降低數(shù)值的范圍根據(jù)不同材料差別較大。如410(Cr13)型馬氏體鋼，在氫中塑性的損失很大，其切口強(qiáng)度僅為原來的80%，但對于奧氏體材料如316型，在氫中進(jìn)行試驗(yàn)卻沒有發(fā)現(xiàn)其塑性或強(qiáng)度有明顯的變化。強(qiáng)度降低特別危險，因?yàn)樵诘蛻?yīng)力操作下就可能導(dǎo)致意外的破壞”。該文又指出：“馬氏體和沉淀硬化不銹鋼......這類鋼有部分由于存在著馬氏體組織而具有高的強(qiáng)度。這類鋼在氫中的性能較差?！?/p>

　　該文獻(xiàn)對奧氏體不銹鋼在高壓氫中的性能作了介紹，他們認(rèn)為：“奧氏體的穩(wěn)定性和抗氫能力存在一定的關(guān)系......表46-2列舉各種奧氏體鋼的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括有切口和無切口性能。這類鋼受氫影響使性能降低的程度遠(yuǎn)比馬氏體和沉淀硬化鋼為低，特別是強(qiáng)度的降低?！?/p>

　　盡管316型奧氏體不銹鋼在高壓氫中表現(xiàn)優(yōu)秀，但因它沒有比鉻能形成更加穩(wěn)定碳化物的合金元素，如Ti或Nb，不能進(jìn)一步降低不銹鋼因碳可能造成氫腐蝕，所以標(biāo)準(zhǔn)中未推薦采用。

　　在JB/T 11484-2013《高壓加氫裝置用閥門技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高壓加氫裝置用閥門選材為：“5.25 材料選用 殼體材料和內(nèi)件材料選擇”，高壓加氫裝置用閥門材料與其工作溫度有著十分緊密的關(guān)系，這是由于高壓氫氣的特性決定的。所以，高壓加氫裝置用閥門選材時明顯地按工作溫度分檔選材，這是高壓加氫裝置用閥門材料選擇的突出特點(diǎn)。

　　為了盡可能降低高壓加氫裝置用閥門氫腐蝕及硫腐蝕，我們對抗氫鋼采取如下鑄造和冶煉及檢驗(yàn)措施：

　　一是鑄造工藝上保證鑄造時，采用嚴(yán)格的“工藝出品率”的考核，鑄造“工藝出品率”，是鑄鋼或鑄造合金閥門的一個保證鑄件質(zhì)量的很重要的參數(shù)，一項十分重要的指標(biāo)。所謂“工藝出品率”是指澆注鑄件所用的金屬液與鑄件重量之比，也稱“鋼水收得率”。計算鑄件工藝出品率N(%)公式為：

　　N(%)=鑄件毛坯量/(澆注系統(tǒng)重+冒口重量+鑄件毛坯重)*100%

　　高性能閥門的碳鋼鑄件工藝出品率不得高于48%;合金鋼及不銹鋼鑄件的“工藝出品率”不得高于45%。并使鑄件嚴(yán)格地實(shí)行“順序凝固”，使鑄鋼件得到充分地補(bǔ)償，以消除鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的缺陷，從而獲得組織致密的鑄件。

　　二是盡量降低鋼中可能產(chǎn)生裂紋傾向的合金元素及雜質(zhì)含量，如碳鋼嚴(yán)格控制雜質(zhì)硫和磷，并控制其碳含量和“碳當(dāng)量”，在JB/T 11484-2013標(biāo)準(zhǔn)中碳素鋼“5.2.2.1應(yīng)選用低碳、低硫、低磷的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鍛材選用ASTM A105;鑄材選用ASTM A216 WCB、WCC。5.2.2.2鋼中的S、P含量分別不大于0.02%;對焊連接閥門用WCB和WCC材料，碳含量C不大于0.23%;碳當(dāng)量[CE]不大于0.43%，工作溫度不大于204℃”。加氫裝置用閥門，如使用溫度超過204℃時，必須使用加有Cr、Mo、V、Ti、Nb(注：美國常稱鈮為鈳(Cb))等形成穩(wěn)定碳化物的合金鋼或不銹鋼。所以，在JB/T 11484-2013標(biāo)準(zhǔn)中的“5.23鉻-鉬鋼應(yīng)選用含碳量不大于0.16%的低碳、低硫、低磷的鉻-鉬鋼，鋼中的S、P含量應(yīng)分別不大于0.02%。鍛材選用ASTM A182 F11 Class 1、F22 Class 1;鑄材選用ASTM A217 WC6、WC9，工作溫度為205℃~350℃”。

　　氫在奧氏體鋼中的溶解度要比在鐵素體鋼中大得多，氫在鋼中的溶解度大小，對鋼的氫脆會產(chǎn)生影響，因此，奧氏體鋼的抗氫性能要比鐵素體鋼好。所以，在高溫或腐蝕性高的時候，高壓加氫用閥門的主體材料必須選用穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼，在JB/T 11484-2013標(biāo)準(zhǔn)中的“5.2.4 不銹鋼應(yīng)選用含合金元素Nb或Ti的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定化不銹鋼，鍛材選用ASTM A182 F321、F347;鑄材選用ASTM A351 CF8C、GB/T 12230 ZG0Cr18Ni9Ti，最高工作溫度為500℃，碳含量應(yīng)不低于0.040%”，因?yàn)殁伜外墝μ嫉挠H和力要比鉻對碳的親和力大，因此在碳化物形成過程中，鈦或鈮比鉻更早與碳結(jié)合生成碳化鈦(TiC)或碳化鈮(Nb4C3)，并且碳化鈦(TiC)或碳化鈮(Nb4C3)在1100℃以下很穩(wěn)定不溶于奧氏體，這就排除了在高溫及低溫下鉻就不會與碳生成Cr23C6，因而不銹鋼晶界就不至于發(fā)生貧鉻現(xiàn)象，從而可消除不銹鋼的晶間腐蝕。為了保證有足夠的鈦或鈮與不銹鋼中的碳起穩(wěn)定化的化學(xué)反應(yīng)，鈦或鈮在不銹鋼中加入量應(yīng)為：

　　0.7%≥Ti%≥5(C-0.02)%

　　1.0%≥Nb%≥10(C-0.02)%

　　三是冶煉要采用電弧爐加AOD等精煉爐，嚴(yán)格控制鋼中的氣體含量，從而減少夾雜物和氣孔缺陷。

　　四是檢驗(yàn)，在JB/T 11484-2013標(biāo)準(zhǔn)對高壓加氫閥門毛坯質(zhì)量規(guī)范了以下嚴(yán)格的檢驗(yàn)要求：“5.3.4鑄、鍛件毛坯表面要求”的檢驗(yàn);“5.4.3(鑄造不銹鋼)晶間腐蝕”的檢驗(yàn);“5.4.4鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求”的檢驗(yàn);“5.4.5(鑄造)材料金相組織”的檢驗(yàn);“5.5.2(鍛造不銹鋼)晶間腐蝕”的檢驗(yàn);“5.5.3鍛件內(nèi)部質(zhì)量”的檢驗(yàn);“5.5.4(鍛造)金相組織要求”的檢驗(yàn)。

閥門生產(chǎn)廠家：