Вкратце —Для производителей промышленных клапанов выбор между кованым и литым корпусом клапана — это не просто решение, а компромисс по четырем параметрам: номинальное давление (согласно ASME B16.34), минимально достижимая толщина стенки, усталостная прочность и ударная вязкость при высоких температурах, а также себестоимость единицы продукции. Для работы в классах 150-300 с небезопасными средами литые корпуса клапанов являются экономически выгодным вариантом по умолчанию. Для классов 600 и выше, или для любой работы, где требуются механические свойства, характерные для ковочных материалов,кованые корпуса клапановстать практическим вариантом по умолчанию. Правильный выбор зависит от того, какая ось является основной для приложения.

Почему метод изготовления корпуса клапана имеет значение для номинального давления

Номинальное давление — это наиболее часто упоминаемая причина, по которой покупатели промышленных клапанов и инженерные группы OEM-производителей выбирают кованый корпус клапана. Причина кроется в его структуре: ковка превращает литой слиток или заготовку непрерывного литья в кованую форму с мелкозернистой структурой и направленным потоком зерен, повторяющим контур детали. Литье, напротив, застывает на месте, образуя дендритную структуру, часто с каналами подачи и питающими каналами, создающими локальные вариации плотности. Под внутренним давлением кованый корпус распределяет напряжение вдоль линий потока зерен; литой корпус переносит напряжение через границы зерен, которые могут содержать микропористость, включения или пустоты, связанные с подачей.

Эталонным стандартом для определения номинальных параметров клапанов по давлению и температуре является...ASME B16.34Этот стандарт классифицирует клапаны по классам давления (классы 150, 300, 600, 900, 1500, 2500) и приводит максимально допустимое рабочее давление при повышении температуры для определенного списка материалов корпуса. Для каждого класса давления подразумевается минимальная толщина стенки и соответствующий минимальный профиль механических свойств. Корпуса клапанов классов 150 и 300 могут быть изготовлены методом ковки или литья из большинства сплавов. Классы 600 и 900 являются границей, где большинство производителей промышленных клапанов начинают отдавать предпочтение кованым корпусам, а классы 1500 и 2500 в подавляющем большинстве случаев изготавливаются методом ковки.

Для производителя клапанов практический вопрос заключается не в том, «может ли отливка выдержать класс 600», а в том, «сколько будет стоить оформление квалификационной документации для ввода литого корпуса в эксплуатацию в классе 600?». Отливки, работающие при более высоких классах давления, требуют более тщательного неразрушающего контроля (рентгенографического контроля).ASTM E446(например, магнитопорошковый контроль, гидростатические испытания), более строгий химический контроль и часто горячее изостатическое прессование после литья. Совокупная стоимость этих квалификаций сокращает разрыв с ковкой, и для многих производителей оригинального оборудования стоимость документации сама по себе оправдывает выбор кованого корпуса.

Кованые корпуса клапанов: характеристики прочности и их преимущества.

A кованый корпус клапанаВследствие процесса ковки компания унаследовала три структурных преимущества, которые проявляются в эксплуатационных характеристиках и подтверждающей их документации.

Поток зерна следует геометрии детали.

При деформации, вытягивании или штамповке кованого изделия пластическая деформация выравнивает внутреннюю зернистую структуру с контуром готовой детали. В корпусе клапана это означает, что поток зерна следует за стенкой, обвивает отверстие седла и поворачивает за угол у фланца корпуса к крышке. Под внутренним давлением стенка сопротивляется кольцевому напряжению вдоль выровненной зернистой структуры; под нагрузкой от болтов у фланца крышки поток зерна переносит нагрузку через резьбу, не пересекая границу с низкой когезией. Литье не может обеспечить такой эффект, поскольку зернистая структура отливки определяется геометрией затвердевания, а не формой готовой детали.

Более высокие механические свойства в том же сплаве

Кованая заготовка обычно демонстрирует более высокий предел текучести, более высокую прочность на растяжение и лучшую ударную вязкость, чем отливка из того же сплава в тех же условиях термообработки. Для углеродистых и низколегированных сталей разница в пределе текучести может составлять 10-20%. Для нержавеющих сталей разница меньше, но остается постоянной. Преимущество в механических свойствах позволяет кованому корпусу клапана соответствовать требованиям класса 1500 по толщине стенки, имея меньшую толщину стенки, чем потребовалось бы для литого корпуса из того же сплава.

Где кованые корпуса клапанов выигрывают

Кованый корпус является предпочтительным вариантом для следующих условий эксплуатации: высокое давление (класс 600 и выше), высокие температуры (выше 425°C / 800°F), низкие температуры (ниже -29°C / -20°F, где обязательны испытания на ударную вязкость по Шарпи), работа в агрессивных средах (NACE MR0175 / ISO 15156) и любые условия эксплуатации, связанные с безопасностью, где заказчику требуется пакет документации, соответствующий требованиям к ковке.Клапаны и фитинги из нержавеющей стали, изготовленные методом ковки.Ассортимент продукции включает кованые корпуса клапанов из стали 304/304L, 316/316L, дуплексной стали F51 и супердуплексной стали F55 для указанных категорий применения.

Литые корпуса клапанов: геометрическая гибкость и их преимущества.

Литье не конкурирует с ковкой по зернистости или максимальным механическим свойствам. Оно конкурирует по гибкости геометрии и по стоимости сложных форм, которые было бы нецелесообразно изготавливать методом ковки. Литой корпус клапана может включать в себя сложные внутренние каналы потока, интегрированные седловые выемки, монтажные бобышки и геометрию соединителей, которые в противном случае потребовали бы механической обработки из кованой заготовки. Для клапанов низкого давления со сложной внутренней геометрией литье является единственным экономически выгодным вариантом.

Геометрическая гибкость для сложных внутренних потоков

Корпуса трехходовых клапанов, корпуса многопортовых переключателей и корпуса угловых клапанов со встроенными полостями для регулирования потока обычно изготавливаются методом литья, поскольку ковка такой формы потребовала бы либо многоступенчатой ​​ковки в закрытом штампе с обширной механической обработкой, либо была бы физически невозможна при требуемом классе давления. Процесс литья компенсирует сложность геометрии; процесс ковки — нет.

Экономическая выгода при занятиях в группах с низким уровнем стресса.

Для корпусов клапанов классов 150 и 300, особенно для труб большего номинального диаметра (NPS 6 и выше), процесс литья обеспечивает получение формы, близкой к окончательной, с меньшими отходами сырья, меньшими затратами на оснастку для ковки и более короткими сроками выполнения заказа, чем при использовании аналогичной ковки. Разница в стоимости может составлять 30-50% только на корпус, до механической обработки. Для промышленных клапанов массового производства, поставляемых в больших объемах под низким давлением, литой корпус является единственным экономически оптимальным вариантом.

Где литые корпуса клапанов выигрывают

Литой корпус является предпочтительным вариантом для: работы в классах 150 и 300, клапанов с большим диаметром штока, где изготовление кованых заготовок обходится дорого, корпусов клапанов со сложной внутренней геометрией потока, а также для любых применений, где в условиях эксплуатации не требуется более высокая прочность кованого корпуса, обеспечиваемая механическими свойствами. Надежный производитель.услуги ковки на заказВ тех случаях, когда применение изделия заказчика явно предполагает использование литья, цех будет сотрудничать с поставщиками литых деталей; правильное решение — это не «всегда ковка», а «ковка, когда этого требует применение».

Компромиссы в отношении толщины стенки: минимальная толщина по стандарту ASME B16.34 против возможностей процесса ковки.

Толщина стенки — это параметр, при котором решение о выборе между ковкой и литьем становится наиболее конкретным. Стандарт ASME B16.34 устанавливает минимальную толщину стенки для каждого класса давления и каждого материала корпуса; для цеха ковки существует практический минимальный размер стенки, который он может выдерживать в процессе производства; а для цеха литья существует другой практический минимум, определяемый подачей материала и затвердеванием, а не механической деформацией.

ASME B16.34 Минимальная толщина стенки в зависимости от класса давления

Стандарт ASME B16.34 содержит таблицу толщины стенок для каждого класса давления. Для корпуса клапана класса 150 NPS 2 из нержавеющей стали минимальная толщина стенки составляет порядка 6-8 мм; для корпуса клапана класса 600 NPS 2 из того же сплава минимальная толщина стенки увеличивается до 12-16 мм; для корпуса клапана класса 1500 NPS 2 минимальная толщина стенки находится в диапазоне 25-30 мм. Это минимальные значения; большинство производителей клапанов указывают толщину стенки на 20-30% больше, чем минимальное значение ASME, чтобы обеспечить запас на коррозионную стойкость и обработку.

Процесс ковки. Минимальная толщина стенки.

В цехе закрытой штамповки обычно можно обеспечить минимальную толщину стенки в диапазоне 5-8 мм для нержавеющей стали и 6-10 мм для углеродистых и легированных сталей при изготовлении корпусов клапанов. Технически возможно уменьшение толщины, но это резко увеличивает стоимость процесса ковки, поскольку оснастка должна контролировать поток материала в очень тонком участке без заломов или нахлестов. Для большинства производителей промышленных клапанов практический минимальный диаметр стенки при ковке не является ограничивающим фактором; ограничивающим фактором обычно является минимальный диаметр, установленный стандартом ASME.

Процесс литья: минимальный контроль толщины стенок и усадки.

Корпус литого клапана может быть изготовлен с меньшей номинальной толщиной стенки, чем кованый из того же сплава, но процесс литья компенсирует эту тонкость различными способами. Тонкие участки в отливке быстро застывают и склонны к образованию усадочной пористости, если их неправильно подавать. Для обнаружения усадочных полостей используется радиографический контроль по стандарту ASTM E446; бракованные отливки увеличивают себестоимость единицы продукции. Для работы под высоким давлением корпуса литых клапанов часто имеют более толстую номинальную толщину стенки, чем эквивалентная кованая деталь, поскольку литейному цеху необходима дополнительная толщина для надежной подачи участка во время затвердевания.

Дерево решений: 6 условий работы для выбора между ковкой и литьем

Представленное ниже дерево решений предполагает, что производитель промышленных клапанов первого уровня заказывает корпус из нержавеющей стали или углеродистой стали для применения в химической, нефтехимической, нефтегазовой, энергетической или общепромышленной отраслях. Для каждого режима работы рекомендуется использовать тот метод изготовления корпуса, который наилучшим образом обеспечивает баланс между номинальным давлением, толщиной стенки, усталостной прочностью и стоимостью.

1. Класс 150-300, небезопасные среды, большой показатель NPS, сложная внутренняя геометрия.Укажите тип литья. Доплата за ковку при изготовлении низконапорного клапана большого диаметра трудно оправдать. Обеспечьте сертификацию по стандарту ASTM A216 и стандартный рентгенографический контроль.
2. Класс 150-300, слабокоррозионные среды, средний показатель NPS, стандартная геометрия.Укажите любой вариант. Выберите кованый, если заказчику требуется соответствие стандарту NACE MR0175 или наличие специальной документации по испытаниям на ударную вязкость; в противном случае подойдет литой.
3. Классы 600-900, любые СМИ, любая NPS.Укажите, что изделие изготовлено методом ковки. Требования к толщине стенок и механическим свойствам для эксплуатации в классах 600-900 соответствуют документации по ковке. Стоимость квалификации литья, как правило, нивелирует преимущество в стоимости литья.
4. Класс 1500+, любые медиа, любой NPS.Укажите, что изделие изготовлено методом ковки. Литье по стандарту Class 1500 технически возможно, но редко экономически целесообразно, и лишь немногие литейные заводы имеют необходимую квалификационную документацию.
5. Эксплуатация при высоких температурах выше 425°C / 800°F, любой класс давления.Укажите, что изделие изготовлено методом ковки. Сопротивление ползучести кованого изделия более предсказуемо, чем у литого изделия из того же сплава, а документация для эксплуатации при высоких температурах при использовании кованого изделия короче.
6. Сложная геометрия, многопортовая конструкция, интегрированный путь потока.Укажите, что изделие должно быть литым. Для трехходовых соединений, многопортовых корпусов переключателей и угловых корпусов с внутренними полостями литье является единственным экономически выгодным вариантом независимо от класса давления.

Указание характеристик вашему поставщику OEM-продукции: 7 замечаний к чертежам для покупателей корпусов клапанов

При выборе метода написания текста спецификации следующим шагом является ее достаточно четкое изложение для обеспечения возможности ее корректного представления.производитель кованых деталейИли же литейный завод может предложить и изготовить продукцию в соответствии с одними и теми же стандартами. Семь примечаний к чертежу охватывают наиболее распространенные пробелы в спецификации.

1. Класс давления согласно ASME B16.34.Четко укажите номер класса. Надпись «ASME B16.34 Class 600» является однозначной; «клапан высокого давления» — нет.
2. Рабочая среда и максимальная рабочая температура.Укажите рабочую среду (вода, пар, углеводороды, кислота и т. д.) и максимальную непрерывную рабочую температуру. Эта информация необходима цеху ковки для рекомендации правильного сплава и условий термообработки.
3. Стандарт материалов кузова.В случае подделки тел укажите:ASTM A182(Кованые или прокатанные фланцы для труб из легированной стали, кованые фитинги и клапаны) и конкретный сорт стали (F304, F316, F51 и т. д.). Для литых изделий укажитеASTM A216(углеродистая сталь) илиASTM A351(аустенитная нержавеющая сталь) и конкретный сорт.
4. Допуск по толщине стенки.Укажите номинальную толщину стенки и диапазон допусков. Стандарт ASME B16.34 устанавливает минимальные значения; в чертеже производителя следует добавить припуск на коррозию и припуск на обработку сверх этого минимума.
5. Давление гидростатического испытания.Укажите давление гидростатического испытания в соответствии со стандартом ASME B16.34 или согласно техническому заданию заказчика. Как правило, давление испытания в 1,5 раза превышает максимально допустимое рабочее давление при температуре окружающей среды.
6. Требования к неразрушающему контролю.Укажите, что необходимо провести рентгенографический контроль.ASTM E446Для литых изделий применяется магнитопорошковый контроль по стандартам ASTM A275 или ASTM E709, а также ультразвуковой контроль, если это требуется сервисной службой.
7. Условия термообработки.Укажите, была ли обработка подвергнута термической обработке, нормализации, закалке и отпуску или иному виду обработки, соответствующему сплаву и условиям эксплуатации. Фактический вид обработки будет зафиксирован в сертификате технической документации (MTC) цехом ковки или литья.

Часто задаваемые вопросы

Заключение

КакISO 9001:2015проверенныйпроизводитель кованых деталейНаши проектные группы регулярно поддерживают спецификации как кованых, так и литых корпусов и могут порекомендовать оптимальный вариант в зависимости от области применения. Для производителей промышленных клапанов выбор кованого или литого корпуса клапана — это, по сути, компромисс по четырем параметрам: класс давления ASME B16.34, минимальная толщина стенки, которую может обеспечить процесс ковки или литья, требуемый профиль механических свойств для данной области применения и себестоимость единицы продукции. Универсального ответа нет, поскольку эти параметры различаются в зависимости от области применения. Для классов 150-300 со стандартной геометрией практическим вариантом по умолчанию является литой корпус; для классов 600 и выше, или для любой области применения с высокими температурами, низкими температурами, агрессивными средами или требованиями безопасности, практическим вариантом по умолчанию является линейный корпус.поддельныйДерево решений и семь приведенных выше примечаний к чертежу предоставляют инженерной команде OEM-производителя повторяемый процесс принятия решений на ранней стадии разработки спецификации, когда изменения обходятся недорого, а не после того, как оснастка для ковки или литья уже изготовлена.