1、石油化工系统金属硬密封球阀概述  

之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体、带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体等介质中，球阀需要选用金属硬密封球阀，所以选用合适的金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化工艺十分重要。

2、石油化工系统金属硬密封球阀金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化方式

目前金属硬密封球阀球体表面常用的硬化工艺主要有以下几种：在流程工业生产过程中，高温下的密封性能是评判管道阀门性能的一个重要标准。金属密封球阀常常是满足高密封性能的型解决方案。它的应用范围相当广泛，而且在这些应用领域中都能够满足不同的流程工艺条件。
在化工、石油化工和火力发电生产领域中，管道阀门除了很高的工作温度以外，所承受的压力等级对阀门的使用有着决定性的意义。特殊的结构设计对于阀门所能承受的压力等级有着非常重要的作用。例如，Trunnion结构（固定式球阀）或者带有隔热层的特殊结构。
依靠金属材料相互接触、密封的管道阀门的关键是球形阀芯与密封系统的相互配合以及密封系统本身。具有金属密封座的密封系统，例如钴铬钨合金密封座的密封系统不仅具有很高的耐腐蚀性能，而且具有很长的使用寿命和很高的耐磨性。对于依靠金属密封面进行密封的管道阀门来说，对其密封系统zui重要的要求就是不能有泄漏。至少其密封性能不低于普通的球阀。利用金属密封面进行密封的球阀大多数情况下都是因为磨损而失效或者报废。因此用户在使用、选择金属密封面密封的球阀时对耐磨性能非常重视。
而磨损又可以分为几种不同的类型。例如：粘附性磨损、剥蚀性磨损和表面锈蚀磨损等。
 
石油化工系统金属硬密封球阀粘附性和剥蚀性磨损
粘附性磨损是球形阀芯和金属密封座圈化学和机械的直接接触反应造成的磨损：在球形阀芯和金属密封圈都利用了合适的加工工艺技术，经过偶件配磨工艺处理之后，球形阀芯和金属密封圈之间能够实现的密封。经过这种配研之后，就能够在金属材料的管道阀门实现很高的密封性。但是，加工制造再的密封系统的运动副也会在一定时间之后出现一定的磨损。
剥蚀性磨损是球形阀芯和密封座之间可见的机械剥离。这种剥离是由于产品和介质之间的磨蚀和/或者球形阀芯与密封座圈之间表面粗糙而相互磨蚀的结果。当被输送介质中含有固体物质时，在高压下或者以很高的速度通过管道阀门时，这种剥蚀会更加剧烈。火力发电厂的煤炭输送，或者输送海水淡化设备的含钙污泥过程对管道阀门的抗剥蚀性能都提出了很高的要求。
 
 
表面锈蚀
表面锈蚀是一种可见的表面损伤形式，被输送介质中的化学成分与所有阀门金属表面产生电-化学反应。一般情况下，表面锈蚀可以分为大面积的整体锈蚀或者局部锈蚀。对于依靠金属表面进行密封的管道阀门来讲，局部表面锈蚀的危害zui大，因为局部锈蚀可能会“锈出一个洞”。对于本身腐蚀性并不强，浓度较低的液体介质也不可忽视。只要当产品的温度低于露点时，这类介质的相对优点可能会变成缺点：腐蚀性元素的浓度会很快地增加，在金属表面形成锈蚀的斑点。在生产实践中的例子很多，例如：燃烧过程中的尾气，火力发电厂中的废气清洗设备、化工生产领域中液体硫、磷的合成等。
对设计提出的要求
除了需要满足抗剥蚀性的标准和要求之外，阀孔的自动卸荷和球形密封补偿也越来越重要，成为长期、可靠工作的核心问题。自动卸荷指的是球形阀芯后封闭空间内过高的压力经密封系统卸荷。此时，弹性结构设计具有非常重要的意义。
阀门生产厂商JDV公司与其合作伙伴Zürcher公司在阀门领域中有着丰富的经验。30多年来，JDV公司在阀门产品的研发中投入了大量的资金。在过去几年里开发了一整套阀内零部件高耐磨性涂层的加工技术。这种技术被命名为HVOF热喷涂技术，满足了特殊加工的要求，并且在不断的发展完善。这是一种把等离子技术和爆震技术结合在一起，利用钴-铬化合物进行表面处理的技术。根据使用要求可以制成zui高硬度为HRC 70的零部件表面。

（1）球体表面堆焊（或喷焊）硬质合金，硬度可达40HRC以上，球体表面堆焊硬质合金工艺复杂，生产效率低，且大面积堆焊易使零件产生变形，目前对球体表面硬化的工艺使用较少。

（2）球体表面镀硬铬，硬度可达60～65HRC，厚度0.07～0.10mm，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，工艺相对简单，成本较低。但硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃。另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。

（3）球体表面采用等离子氮化，表面硬度可达60～65HRC，氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用。

（4）球体表面超音速喷涂（HVOF）工艺，硬度zui高可达70～75HRC，集合强度高，厚度0.3～0.4mm，超音速喷涂是球体表面硬化主要工艺手段。在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。

超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。

HVOF是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。喷涂时，粉末粒子速度高（1370m/s），无热影响区，工件的成分和组织无变化，涂层硬度高，可进行机加工。

喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺。它是通过热源将粉末（金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加热到熔融或达到高塑性状态后，依靠气流将其喷射，沉积到预先处理过的工件表面上，形成一层与工件表面（基材）结合牢固的涂（焊）层。

喷焊和堆焊硬化工艺中硬质合金与基体均具有熔融过程，硬质合金与基体集合处有热融区，为*达到喷焊或堆焊硬质合金层性能，避免加工后焊接热融区为金属接触面，建议喷焊或堆焊硬质合金厚度需要大于3mm以上。

3、硬密封球阀阀球和阀座接触面的硬度配合

金属滑动接触面需具有一定的硬度差，否则容易发生咬死现象。在实际运用中，一般阀球 和阀座的硬度差在5～10HRC，该硬度差使球阀能具有较好使用寿命。由于球体加工复杂，加工成本高，为保护球体不易受到损坏和磨损，一般选择球体的硬度高于阀座表面的硬度。

阀球和阀座接触表面硬度配合使用比较广泛的有两种硬度配合：①阀球表面硬度55HRC，阀座表面45HRC，阀球表面可采用超音速喷涂Slite20合金，阀座表面可采用堆焊Slite12合金，该硬度配合是金属密封球阀使用zui广范的硬度配合，能满足金属硬密封球阀常规磨损要求；②阀球表面硬度68HRC，阀座表面58HRC，阀球表面可采用超音速喷涂碳化钨，阀座表面可采用超音速喷涂Slite20合金，该硬度配合广泛使用与煤化工领域，具有较高的耐磨性和使用寿命。

在国外有使用阀球和阀座表面硬度相同的配合，阀球和阀座表面均采用超音速喷涂碳化钨工艺，表面硬度均大于72HRC，即使在超高硬度情况下，阀球和阀座接触表面也不易发生咬死，但目前国内阀球制作表面硬度大于72HRC的阀球、阀座没有成熟的研磨工艺，很难保证阀球和阀座的配合，使用较少。

4、硬密封球阀阀球和阀座硬化注意问题

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀金属硬密封球阀阀球和阀座材料一般都选择不锈钢或耐腐蚀材料，否则硬质合金与阀座（或阀球）结合层容易被介质腐蚀，发生硬质合金层脱落，影响球阀寿命。

另外针对不同的阀座（或阀球）材料应选择合适的硬化工艺，在煤化工领域中双相不锈钢材料被广泛使用，双相不锈钢材料具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。

双相不锈钢材料是一种既具有铁素体又具有奥氏体组织结构的钢种，铁素体和奥氏体组织结构各占约50%，且二相组织是独立存在的，其性能特点是兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特性。在铁素体不锈钢特性中，当温度在400～500℃范围内，长时间保温会产生强烈的脆化，这种现象一般称为475℃脆化；温度超过400～500℃时，双相不锈钢性能会被破坏。

双相不锈钢材料若采用喷焊或堆焊硬质合金工艺方法，该工艺硬质合金和基体发生融溶过程（温度一般均大于900℃），会破坏双相不锈钢材料的金相组织，故双相不锈钢材料不适合用喷焊（或堆焊）硬质合金的硬化工艺。双相不锈钢材料表面硬化工艺适合使用超音速喷涂工艺，硬化工艺必须保证不能对双相不锈钢材料基体金相组织产生破坏。

5、结语  

金属硬密封球阀的阀球和阀座采用合理的硬化工艺，可提高直接决定金属硬密封阀门的使用寿命和使用性能，合理的硬化工艺能降低制造成本。随着新技术的不断出现，必定会有更多的硬化处理工艺，金属硬密封阀门的硬化工艺和硬度配合是个非常复杂的问题，因此在对硬密封阀门设计、材料选择、硬化工艺和硬度配合，应给予充分的重视。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀