阀门是众多行业不可或缺的设备，而且几乎涵盖了所有的应用场景。特定阀门最适合选用何种材质，通常是具体用途决定的。不锈钢凭借诸多有益的特性，成为了一种很不错的阀门材料。
作者：Srikumar Chakraborty，独立顾问，曾就职于ASP/SAIL咨询公司
在化工、石油和天然气行业的每套管道系统中，阀门都起着非常关键的作用。作为阀门材质的选项之一，不锈钢具有较高的强度、延展性、耐蚀性和耐热性，而且维护费用较低，使用寿命几乎无限长，显然是个不错的选择。通过加入铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、锰（Mn）或硅（Si）等合金元素，不锈钢能获得更高的耐腐蚀、耐高温和高压性能，而且更耐用，适用场景也更加丰富。
不锈钢是用于腐蚀性环境的理想材料，在医药、食品与饮料等工况苛刻，容易损坏工艺设备的行业中很常用。在工况严酷的应用场合，不锈钢凭借较低的使用寿命总成本成为了很好的阀门制造材料。
化工行业阀门的选型
从发电站到水处理厂，阀门在无数应用场景中都是关键设备。阀门选型最基本的原则就是确保最好的性能和最高的安全级别。如果阀门是用于化工行业，选型时最重要的因素就是工艺介质的化学特性、温度和压力。阀体、阀芯以及各个操作部件，都应该能承受最高连续工作温度和最高瞬间温度，以及可能出现的最高瞬间压力。此外，还要考虑到泄漏率方面的具体要求。
材料
阀体的常见材料和适用场合：
• 灰铸铁/碳钢：若无涂层或阴极保护，不适合海水工况。
• 奥氏体（耐氮）；适合海水、半咸水和污水。
• 不锈钢：对于水、碱性物质、矿物质和干洗溶剂，都具有良好的耐蚀性。
• 304奥氏体：与316不锈钢不同，不适用于海水。除了316L/和316 ELC以外，普通316不锈钢如果没有电镀涂层保护，有可能发生缝隙腐蚀（隙间腐蚀）。
• 双相钢：耐蚀性更强，尤其不容易发生应力腐蚀裂纹。
• 超级奥氏体：对于众多流体具有出色的耐蚀性能，包括海水、盐溶液、苛性碱，以及所有无机酸。
• 超级双相钢：耐苛性碱和无机酸的腐蚀。
阀门制造工艺
通常，工业阀门制造商会根据相关的要求，判断铸造和锻造工艺相对特定阀门而言的优缺点。起到决定性作用的要素包括强度、设计复杂性、数量和预算等。在了解两种方法各自优缺点的基础上，制造商就有可能根据阀门的具体用途，对制造工艺进行优化。
粗看之下，阀门似乎只有几个简单的零部件。但其中的密封元件其实并不简单，尤其是必须通过零泄漏流体试验或气密试验的密封元件，它的制造工艺会更加复杂。由于阀门的技术规格千变万化，而且可能被应用于各种工况，对于不锈钢的材质要求非常严格。当然，制造商会在阀门出厂前进行气密性能试验，查看阀座是否存在严重泄漏。其它需要重点关注的因素包括介质流速，阀门功能（开/关或调节），火灾安全功能（若需要具备），以及其它针对功能方面的要求。
铸造工艺
要想获得优质铸件产品，准确把控铸件的凝固过程是最重要的前提。凝固工艺需要用到浇注系统、冒口（升流管）和其它辅助性工艺设备。由于铸件各区域的壁厚不均匀，铸造的钢质阀门部件应当进行顺序冷却和顺序凝固，以便减小铸件内部应力、收缩率，并且避免其它不利状况的发生。需要关注的因素包括：铸件设计、浇注系统、正确的浇铸姿态、冒口设计、体积收缩率，以及收缩控制。在机械加工行业，薄壁件的铸造尤其复杂和困难。阀门的铸造是整个制造过程的重要部分，优质的铸件是决定阀门质量的关键因素。
锻造工艺
锻造阀就是将不锈钢坯料加工成预设形状的过程。具体是先加热，然后在锻造需要的温度条件下，用专门的设备捶打坯料。锻造阀门的成本较高，通常都是用于小尺寸、高磅级的管道上。在高温等各种严酷工况中，锻造阀的性能表现依然出色。锻造工艺可以消除表面孔洞和内部间隙，减小壁厚，使锻件在较陡的温度梯度中，不太容易发生热疲劳。
和铸造阀相比，锻造阀较能承受高温和高压造成的应力，同时其性能基本不受影响，具体包括良好的耐腐蚀或耐热性、抗拉强度、韧性、延展性、耐久性，以及更长的使用寿命。阀体的壁厚对于阀门的功能没有影响。锻造阀的优势还包括材料浪费率极低（因为是由坯料塑形而成，不产生边角料）、耐高温高压、收缩率极低，而且发生孔隙和裂纹的可能性也很低。铸造阀是核电、石油和天然气、常规发电领域的理想选择。
锻造阀由于壁厚小于同级别的铸造阀，不容易发生热疲劳衰退。即使迅速加温或冷却，也不会影响阀门的功能。
阀门的检测和试验
可靠性和使用寿命是阀门质量的关键因素。通过试验，可以判断阀门是否需要调整或修理。将阀门交付给客户之前，必须彻底进行检查和试验，以便确保其符合相关的国际标准。由于温度局限性较小，耐高温和腐蚀能力较强，不锈钢阀门的应用范围比较广。
然而，进行试验和检查时的各种参数未必和实际工况参数完全相符；国际和国内的阀门试验标准温度都是接近室温，试验介质通常是气体或水。这是工厂试验最容易范的最基本错误之一。实际上，由于材料选择问题、铸件质量问题、密封件损坏和意外事故等种种原因，阀门很可能在使用中遭遇远超预期的恶劣工况。
不锈钢阀门
不锈钢阀体通常是铸造或锻造而成。熔模铸造的阀体更耐腐蚀和热冲击，但是成型性较差，强度较低，而且比较脆。熔模铸造只适用于外形结构复杂的设计。锻造阀更加坚固耐用，尺寸精度较高，壁厚比较均匀，寿命相对更长，适用的范围更加广。成本、质量和应用范围，都是选择锻造阀时需要考虑的因素。它们最吸引人的优势在于强度高、经久耐用，而且耐热冲击和腐蚀。建议针对阀体材质，制订一套关于适用工作温度的标准。
另外，从技术、生产管理和采购的角度来看，必须根据产品的性能要求选择钢料牌号，尤其是要确保产品能承受高压和高流速介质，使产品拥有较长的使用寿命和更高的可靠性。好在不必担心不锈钢阀门的生锈或腐蚀。也正因如此，不锈钢才成为了大多数工业用途的最佳材质选择。
不锈钢阀门的特性
在300系列中，304不锈钢具有出色的广谱耐腐蚀性能，是最常见也是应用最广的阀门材料。即使在较高温度下，316不锈钢对硫酸、亚硫酸、乙酸、碘化物、溴化物、氯化物和脂肪酸也有很好的耐蚀性，包括出色的耐点蚀性能。奥氏体家族中，最常用于制造阀门的牌号是304、304L、316和316L。另外，在热处理和淬火之前，304尤其适合高温加工工艺，例如锻造、冲压和弯曲。它没有磁性，在196 – 800 °C的范围内仍可以安全使用。
作为低碳不锈钢，304L在一般状况下的耐蚀性能接近304。焊接后或释放内部应力之后，其具有出色的耐晶间腐蚀性能。另外，304L的工作温度范围和304相似。316不锈钢具有出色的耐点蚀、耐大气腐蚀性能，高温下能保持较高强度。由于加入了钼而能承受极端的工况，适用于海水。316L不锈钢（低碳）具有良好的耐晶间腐蚀和晶界腐蚀性能，其它特性和316不锈钢相同。用于化学品介质的阀门，特别需要考虑制造材料的特性。不锈钢材料经常被误认为是一种“万能”的阀门材料，因此容易忽视阀门接触到的介质类型和相关工况。
总结
作为一种机械装置，阀门被广泛地安装在化工和其它各行各业的管道系统中，用于控制液体、流体、粉末和气体的流动。凭借出色的温度承受范围、耐腐蚀和耐高压性能，不锈钢阀门的用途很广。如果全盘考虑不锈钢阀门的所有权总成本，包括更换、维护所产生的直接和间接成本，还有它的性能表现，可以说不锈钢是成本效益最高的一种材料。