低溫截止閥和低溫球閥主要用于低溫介質(zhì)-29℃～-196℃。如液化天然氣，液化石油氣，液氨，液氮，液氧等。閥蓋都采用長頸式結(jié)構(gòu)，避免填料處于0℃以下，保證填料密封可靠。

但是低溫截止閥和低溫球閥還是有一定區(qū)別：

1低溫截止閥閥芯一般采用金屬硬密封結(jié)構(gòu)，并采用錐面密封，增強了密封性。使用壽命較長。低溫球閥一般采用聚四氟乙烯閥座密封，為軟密封結(jié)構(gòu)，密封性好。

2當介質(zhì)有防火防靜電要求時，球閥需要采用防火閥座結(jié)構(gòu)，閥桿采用導(dǎo)靜電機構(gòu)，使球鐵，閥桿，閥體之間能夠?qū)ъo電。低溫截止閥一般不存在問題

3低溫球閥由于進出口都能夠密封，需要有防止中腔異常升壓措施，當中腔異常升壓時能夠泄壓到出口，可以在球體上加工泄壓孔，或采用泄壓閥座。低溫截止閥不存在此問題。

4低溫截止閥閥蓋有上密封裝置，閥門全開時可以阻止介質(zhì)向填料函滲漏，延長填料使用壽命，低溫球閥沒有上密封裝置。

5低溫截止閥需要連續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，開啟時間較長。低溫球閥開啟速度快，只需轉(zhuǎn)動手柄90°即可。

低溫截止閥使用介質(zhì)與常溫截止閥有所不同，主要用于液化石油氣，液化天然氣，液氧，液氮等介質(zhì)。使用溫度低于-46℃。達到-100℃或-196℃。

當溫度降低時，鋼材的塑性和韌性急劇下降，抗拉強度和硬度提高，出現(xiàn)低溫脆性。影響閥門的強度和使用壽命。

低溫截止閥溫度在-100℃以上時使用鐵素體鋼。低于-100℃以下時使用18-8奧氏體不銹鋼。低壓小口徑閥門可以使用銅材和鋁材。

低溫截止閥常用材料

低溫截止閥和常溫截止閥使用材料是完全不一樣的。常溫截止閥不可以替代低溫截止閥使用。

低溫截止閥閥蓋采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，主要是保證填料函部位溫度在0℃以上，使填料可以正常工作，保證閥桿密封的可靠性。減少外界傳人裝置中的熱量。防止填料函部位過冷而使處于填料函位置的閥桿和閥蓋上部零件結(jié)霜或凍結(jié)。

低溫截止閥長頸閥蓋主要頸部長度L是填料函底部到上密封座上表面的距離。其和閥門材料的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱面積，表面散熱系數(shù)，散熱面積等因素有關(guān)。一般由實驗方法確定。其參考值如下。

低溫截止閥在用于-46℃以下低溫介質(zhì)時，閥門材料的抗拉強度和硬度提高，塑性和韌性下降，會出現(xiàn)低溫脆性，嚴重時會影響閥門的使用安全。材料選擇必須注意以下原則：

1低溫截止閥的介質(zhì)溫度是多少，根據(jù)不同介質(zhì)溫度，選用相應(yīng)低溫合金材料。

2要保證閥門材料在低溫下正常工作必須的機械性能，如低溫沖擊韌性，相對延伸率，組織穩(wěn)定性。

3保證零件的熱物理性能，如導(dǎo)熱性能，冷收縮性能。

4保證零件在低溫無潤滑條件下的耐磨性。

5零件要有必須的耐腐蝕性能。

7焊接連接時要考慮材料的焊接性能。

8閥體，閥蓋，閥座，啟閉件在溫度高于-100℃時選用鐵素體不銹鋼，溫度低于-100℃時選用奧氏體不銹鋼，低壓小口徑可以選用銅合金或鋁合金。

9閥桿材料采用奧氏體耐酸鋼材料，通過熱處理提高抗拉強度，同時采用鍍鉻或滲氮處理，提高表面硬度。

10緊固件材料選用，溫度高于-100℃時，螺栓采用Ni，Gr-Mo等合金鋼，需要進行熱處理，防止螺紋咬傷。溫度低于-100℃時螺栓可以采用奧氏體不銹鋼，螺母采用Mo鋼或Ni鋼。同時螺紋表面涂二硫化鉬。

11墊片材料選用，介質(zhì)溫度高于在-196℃，最高壓力為3MPa時可以使用白石棉長纖維石棉橡膠板，溫度高于-196℃，最高壓力為5MPa時，可以采用不銹鋼帶石棉纏繞墊片，不銹鋼帶聚四氟乙烯纏繞墊片，不銹鋼帶膨脹石墨纏繞墊片。

所有零件在低溫時要進行深冷處理，減小低溫閥門在低溫時的收縮變形。

• 低溫閥門通常按其工作溫度分類，-100℃～-40℃之間的稱為低溫閥門，-100℃以下的稱為超低溫閥門，低溫閥門的工作溫度主要取決于其介質(zhì)溫度 。
• 低于-100℃的工況環(huán)境，目前應(yīng)該受到高度重視。
• 常見氣體的液化溫度（異丁烷  -0.6），（丙烷  -42），（二氧化碳  -78.5），（乙烯  -103.9），（甲烷  -161），（天然氣  -162），（氧氣  -183），（氬氣  -185.8），（氮氣  -196），  （空氣  -196.1），（氫氣  -252.8），（氦氣  -269 ）。
• 有關(guān)標準規(guī)定，工作溫度低于-100℃的低溫閥門，其主要零部件在精加工前應(yīng)進行深冷處理，目的是減少由于溫差和金相組織改變而產(chǎn)生的變形 。
• 但-100℃以下的深冷環(huán)境通常只能通過低溫液體浸漬法獲得，由于液氮的溫度位合適（-196℃）、來源廣泛、無污染、價格便宜而得到廣泛應(yīng)用。采用液氮作為冷媒介質(zhì)時，可以通過加入一定比例的酒精來獲得不同的溫度位。
• 深冷處理工藝在閥門行業(yè)主要適用于工作溫度低于-100℃的超低溫閥門零部件，在這個溫度段的用材主要以F304、F304L、F316和F316L等Cr-Ni奧氏體不銹鋼為主，這些材料都屬于亞穩(wěn)定型不銹鋼，在低溫下會發(fā)生向馬氏體的金相轉(zhuǎn)變，由于體心立方晶格的馬氏體比面心立方晶格的奧氏體具有更大的比容，低溫相變后會引起體積膨脹而導(dǎo)致零件變形。
• 此外，溫度降低還會造成金屬結(jié)構(gòu)的收縮，由于零件各部分收縮不均勻，就產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當溫度應(yīng)力超出了材料的屈服極限時，零件將產(chǎn)生不可逆的永久變形。
• 深冷處理的目的就是使這些相變和變形在精加工之前充分發(fā)生 ，以保證成品零、部件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
• 目前，閥門低溫試驗所執(zhí)行的標準主要是：JB/T7794、BS 6364等。
• 低溫試驗的主要內(nèi)容有：檢驗密封件、填料、上密封等處的密封情況；整機帶壓工況的操作性能等。檢測參數(shù)有：閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、填料函、冷媒及環(huán)境溫度；閥門出口端的瞬間流量、累積流量和平均流量；試驗介質(zhì)壓力極其變動情況。

• 由于低溫下橡膠材料的缺陷和大多數(shù)非金屬材料存在的冷脆及嚴重冷流現(xiàn)象，因此低溫閥閥桿與閥體間的密封設(shè)計無法采用密封圈的形式，只能采用填料函密封結(jié)構(gòu)和波紋管密封結(jié)構(gòu)。一般波紋管密封多應(yīng)用于介質(zhì)不允許微量泄漏和不適宜填料的場合，其單層結(jié)構(gòu)的壽命很短，多層結(jié)構(gòu)的成本高，加工困難，所以一般不采用。
• 填料函密封結(jié)構(gòu)制造加工簡單，維修更換方便，在實際應(yīng)用中相當普遍。但是填料一般工作溫度不能低于-40℃，為了保證填料的密封性能，低溫閥門的填料函裝置應(yīng)在接近環(huán)境溫度的條件下工作。在溫狀態(tài)下，隨著溫度的降低填料彈性逐漸消失，防漏性能隨之下降。由于介質(zhì)滲漏造成填料與閥桿處結(jié)冰，將會影響閥桿的正常操作，同時也會因閥桿運動而將填料劃傷，引起嚴重泄漏。所以在一般情況下要求低溫閥填料在0℃以上溫度工作，這就要求設(shè)計時通過長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料函遠離低溫介質(zhì)，同時選用具有低溫特性的填料。常用填料有聚四氟乙烯、石棉、浸漬聚四氟乙烯石棉繩和柔性石墨等，其中由于石棉無法避免滲透性泄漏，聚四氟乙烯線膨脹系數(shù)很大、冷流現(xiàn)象嚴重，所以一般不采用。柔性石墨是一種優(yōu)良的密封材料，對氣體、液體均不滲透，壓縮率大于40%，回彈性大于15% ,應(yīng)力松弛小于5% , 較低的緊固壓力就可達到密封。它還有自潤滑性，用作閥門填料可以有效防止填料與閥桿的磨損，其密封性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的石棉材料，因此是目前最優(yōu)秀的密封材料之一。
• 由于填料一般都是非金屬材料，其線膨脹系數(shù)比金屬填料函和閥桿大得多。因此在常溫下裝配的填料，降到一定溫度后，其收縮量大于填料孔和閥桿的收縮量，可能造成預(yù)緊壓力減小引起泄漏。在設(shè)計時可以對填料壓蓋螺栓采用多組碟形彈簧墊片進行預(yù)緊，使填料在低溫時的預(yù)緊力能得到連續(xù)補償，以保證填料密封效果。
• 閥桿材料的低溫變形，對填料的密封性能也會造成一定的影響。因此同閥體、閥蓋、密封副材料一樣，閥桿也必須進行低溫深冷處理后再精加工，以使低溫變形最小。另外，由于低溫閥桿材料采用的奧氏體不銹鋼無法通過熱處理來提高表面硬度，使得閥桿與填料接合處比較容易相互擦傷，致使在填料處泄漏。因此對于閥桿表面必須進行鍍硬鉻或氮化處理，以提高表面硬度。

• 非金屬密封。在常溫下工作的球閥和蝶閥等一般均采用金屬對非金屬材料密封副。由于非金屬材料的彈性大，獲得密封所需的比壓小，因此密封性好。但是在低溫狀態(tài)下，由于非金屬材料的膨脹系數(shù)較金屬材料大得多，使得其低溫時的收縮量與金屬密封件、閥體等配合件的收縮量相差較大，從而導(dǎo)致密封比壓嚴重降低而產(chǎn)生無法密封的結(jié)果。大多數(shù)非金屬材料在深冷溫度下會變硬和變脆，失去韌性，從而導(dǎo)致冷流和應(yīng)力松弛。如橡膠在溫度低于其玻璃化溫度時，會完全失去彈性，變成玻璃態(tài)，失去其密封性。另外橡膠在LNG介質(zhì)中存在泡脹性，也無法用于LNG閥門。因此目前在設(shè)計低溫閥門時，一般溫度低于-70℃時不再采用非金屬密封副材料，或?qū)⒎墙饘俨牧贤ㄟ^特殊工藝加工成金屬與非金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)型式。
• 據(jù)國外資料記載，也有部分非金屬材料可以在深冷狀態(tài)下很好的應(yīng)用。在70年代，愛爾蘭合金有限公司的一種新型塑料“slipshod”，是一種超高分子量的聚乙烯，在-269℃溫度仍具有很好的韌性，承受一定沖擊應(yīng)力時不斷裂，而且能保持相當?shù)目鼓バ?。法國研制?Mylar 型塑料在液氫(-253℃)溫度下仍具有相當?shù)膹椥浴Ｇ疤K聯(lián) H.T.洛馬寧柯的聚碳酸脂密封座在液氮(-196℃)溫度下進行密封性試驗 , 數(shù)據(jù)表明聚碳酸脂在低溫下具有良好的密封效果。
• 金屬密封。在低溫條件下，金屬材料的強度和硬度提高，塑性和韌性降低，呈現(xiàn)出不同程度的低溫冷脆現(xiàn)象，嚴重影響到閥門的性能和安全。為了防止材料在低溫下的低應(yīng)力脆斷，在設(shè)計低溫閥門時，一般溫度高于-100℃采用鐵素體不銹鋼材料，而溫度低于-100℃時，閥體、閥蓋、閥桿、密封座等大多采用具有面心立方晶格的奧氏體不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等。但因鋁及鋁合金的硬度不高，密封面的耐磨、耐擦傷性能較差，所以在低溫閥門中應(yīng)用極少。一般使用奧氏體不銹鋼材料居多，常用的有0Cr18Ni9、00Cr17Ni12Mo2 (304、316L) 等，這些材料沒有低溫冷脆臨界溫度，在低溫條件下，仍能保持較高的韌性。
• 但是，奧氏體不銹鋼作為低溫閥門的金屬密封副材料也存在著某些不足。因為這類材料的大部分在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，當溫度降低到相變點(MS )以下時，材料中的奧氏體會轉(zhuǎn)變成馬氏體。對于體心立方晶格的馬氏體致密度低于面心立方晶格的奧氏體，且由于部分碳原子規(guī)則化排列占據(jù)體心立方點陣位置，使晶格沿C軸方向增長，從而體積發(fā)生變化引起內(nèi)部應(yīng)力的增加，使原本經(jīng)研磨后達到密封要求的密封面產(chǎn)生翹曲變形，造成密封失效。
• 除了低溫相變引起密封面變形失效外，由于零件各部分的溫度差或由于不同材料間物理性能的差異，引起收縮不均，也會產(chǎn)生溫變應(yīng)力。當應(yīng)力低于材料的彈性極限時，就會在密封面產(chǎn)生可逆性的彈性扭曲。當某一部分的溫變應(yīng)力超過了材料的屈服極限時，零件將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的扭曲變形，同樣會造成密封面的失效，影響密封效果。
• 針對低溫對金屬密封副的影響，必須采取相應(yīng)的措施，以使金屬密封面的變形最小或密封面的變形對密封性能的影響最小。首先在材料方面盡量選用金相組織穩(wěn)定性較高的材料(如 316L但成本較高)。其次對于閥體、閥蓋、閥桿、密封件等奧氏體材料制作的零件必須進行低溫處理 , 以使材料的馬氏體轉(zhuǎn)變和變形得到充分進行后再進行精加工。低溫處理的溫度應(yīng)低于材料相變溫度(MS )且低于閥門實際工作溫度，處理時間以2～4h為宜，如需要可以進行多次低溫處理或進行適當?shù)臅r效處理。除了以上措施，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也要進行考慮 , 以降低密封面變形對密封性能的影響，如在進行閘閥、球閥和蝶閥設(shè)計時可以考慮采用彈性密封結(jié)構(gòu)，以使低溫變形得到部分補償。對于截止閥應(yīng)采用錐面密封結(jié)構(gòu) , 使低溫變形對密封面的影響較小。

• 1.固溶處理
• 固溶處理是奧氏體不銹鋼的基本熱處理方法，是防止晶間腐蝕的重要手段。而作為超低溫閥門使用的奧氏體不銹鋼，固溶處理的目的是為了使碳化物充分溶解，提高其抗脆性能力，從而可以在更低的溫度下安全使用。對于含 Ti、Nb 的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，固溶處理主要是為得到較均勻的成分和組織，保證其良好的韌性和塑性。對于鑄件，固溶處理可使其在凝固過程中所產(chǎn)生的偏析得以改善，使組織接近均勻。此外，奧氏體不銹鋼在焊接時，其熱影響區(qū)由于碳化物析出及鐵素體生成，會明顯降低材料的低溫韌性。因此，焊后亦應(yīng)進行固溶處理，以恢復(fù)其低溫韌性。
• 2.深冷處理
• 大部分Cr-Ni奧氏體不銹鋼在常溫下處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，而在超低溫范圍內(nèi)會因晶格畸變而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體開始轉(zhuǎn)變時的溫度即為馬氏體轉(zhuǎn)變點 (亦稱相變點) ,用符號 Ms 來表示。Ms點的溫度主要取決于固溶在奧氏體內(nèi)合金元素的量。當奧氏體不銹鋼的工作溫度等于或低于其馬氏體轉(zhuǎn)變點 Ms時，就會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。因馬氏體的比容比奧氏體的大，由此而引起的體積膨脹和組織應(yīng)力會使零件尺寸發(fā)生變化，最終導(dǎo)致閥門泄漏。為防止材料在使用過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，需對其進行深冷處理。
• 深冷處理是將奧氏體不銹鋼材料浸在冷卻劑中進行冷卻、保冷，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的一種工藝方法。深冷處理可使材料預(yù)先進行馬氏體轉(zhuǎn)變，以保證在使用中的組織穩(wěn)定性。深冷處理一般在零件的精加工之前進行。深冷處理的溫度應(yīng)以材料的Ms 點為依據(jù)。材料不同，Ms 點各異。即使是同一牌號的材料，由于批次 (或爐號) 的不同，其Ms點也各不相同 , 而且差別很大。有的在超低溫范圍的上限附近即可產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。
• 馬氏體的轉(zhuǎn)變量隨溫度的降低而增加，為確保工件在使用過程中的組織穩(wěn)定性，深冷處理所用介質(zhì)的溫度需等于或低于閥門工作溫度。深冷處理的冷卻介質(zhì)多采用液氮或液氦等溶液。可根據(jù)閥門使用溫度來確定。浸在深冷介質(zhì)中的零件達到介質(zhì)溫度 (介質(zhì)表面所冒氣泡完全消失)時，即可計算保冷時間。根據(jù)實踐經(jīng)驗，保冷 1～2h 即能達到處理目的。時間過長，對馬氏體的轉(zhuǎn)變無明顯影響。保冷結(jié)束即可將零件取出在空氣中放冷至常溫。經(jīng)過一次深冷處理后，奧氏體不銹鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變基本完成，一般情況下可以滿足使用要求。對于密封性要求較嚴或靠介質(zhì)壓力密封的超低溫止回閥，可增加深冷處理的次數(shù)。