Gang cầu và gang xám khác nhau ở hình dạng graphit trong tổ chức: gang xám có graphit dạng tấm, gang cầu có graphit dạng cầu. Chính hình dạng này làm gang cầu bền kéo 400–500 MPa với độ giãn dài 7–15%, còn gang xám giòn, gần như không giãn dài. Với vật liệu gang làm thân van, đó là khác biệt quyết định khi chọn van cho đường nước có áp.
Mục lục
Gang cầu và gang xám khác nhau ở hình dạng graphit
Gang cầu và gang xám đều là hợp kim sắt – cacbon với 2,5–4,0% C và 1–3% Si; phần cacbon dư tồn tại dưới dạng graphit. Ở gang xám, graphit kết tinh thành các tấm mỏng. Mép tấm nhọn đóng vai trò như vết nứt sẵn có trong nền kim loại: khi chịu kéo hoặc va đập, ứng suất tập trung ở mép và vết nứt lan nhanh qua nền.
Ở gang cầu, nhà máy rót gang lỏng sau khi biến tính bằng magie (dư khoảng 0,03–0,06%, tham khảo) và cấy mầm bằng ferosilic. Magie làm graphit kết tinh thành các hạt tròn. Hạt cầu không có mép sắc nên không tập trung ứng suất, nền kim loại chịu tải gần như liên tục, vì vậy gang cầu vừa bền vừa dẻo. Điều kiện để có cầu là lưu huỳnh phải rất thấp (thường dưới 0,02%), vì S tiêu hao Mg trước khi Mg kịp tác dụng lên graphit. Tổng quan về gang cầu có tại Ductile iron (Wikipedia).
Bảng so sánh cơ tính
| Mác EN | Ký hiệu DIN cũ / JIS | Bền kéo Rm (MPa) | Giới hạn chảy Rp0,2 (MPa) | Giãn dài A (%) |
|---|---|---|---|---|
| EN-GJL-250 | GG25 / FC250 | Từ 250 | Không quy định | Dưới 1 |
| EN-GJS-400-15 | GGG40 / FCD400 | Từ 400 | Từ 250 | Từ 15 |
| EN-GJS-450-10 | FCD450 | Từ 450 | Từ 310 | Từ 10 |
| EN-GJS-500-7 | GGG50 / FCD500 | Từ 500 | Từ 320 | Từ 7 |
Khi đặt cơ tính của gang cầu và gang xám cạnh nhau, gang xám không có giới hạn chảy rõ vì giòn: vật liệu đứt gần như ngay sau giai đoạn đàn hồi. Với gang cầu, số thứ nhất trong tên mác là bền kéo tối thiểu (MPa), số thứ hai là độ giãn dài tối thiểu (%). Về tiêu chuẩn Mỹ, ASTM A126 Class B (gang xám cho van, bền kéo tối thiểu khoảng 214 MPa) nằm giữa GJL-200 và GJL-250, còn ASTM A536 65-45-12 gần tương đương GJS-450-10. Các cặp này gần tương đương chứ không trùng khít, nên cần xem chứng chỉ vật liệu.
Đọc ký hiệu GG25, GGG40, FCD450 trên thân van
Cách đọc ký hiệu trên thân van bắt đầu bằng hệ tiêu chuẩn của nhà sản xuất. Trong nhóm gang cầu và gang xám, cùng một vật liệu có thể được đúc là GGG40, EN-GJS-400-15 hoặc FCD400:
| Loại gang | DIN cũ | EN | JIS | ASTM |
|---|---|---|---|---|
| Gang xám | GG25 | EN-GJL-250 | FC250 | A48 Class 35 (A126 Class B cho van, thấp hơn đôi chút) |
| Gang cầu 400 | GGG40 | EN-GJS-400-15 | FCD400 | A536 60-40-18 |
| Gang cầu 450 | Không có | EN-GJS-450-10 | FCD450 | A536 65-45-12 |
| Gang cầu 500 | GGG50 | EN-GJS-500-7 | FCD500 | A536 70-50-05 |
Ví dụ đọc “GGG40 PN16 DN100”: thân bằng gang cầu bền kéo tối thiểu 400 MPa, áp suất danh nghĩa PN16 (16 bar ở nhiệt độ quy chiếu), cỡ danh nghĩa DN100. Nếu thân ghi “GG25” hoặc “FC250”, đó là gang xám. Khi phân biệt gang cầu và gang xám trên thân, tiền tố GGG hoặc FCD cho biết gang cầu.
Trong báo giá, “gang dẻo” thường chỉ gang cầu (ductile iron, FCD/GGG). Thuật ngữ này dễ gây nhầm với gang dẻo malleable (EN-GJMB/GJMW, ASTM A47, A197): loại này làm từ gang trắng ủ lâu ở nhiệt độ cao, graphit ở dạng cụm, chủ yếu dùng cho phụ kiện ren nhỏ chứ không đúc thân van cỡ lớn.
Ưu và nhược điểm khi làm thân van
- Gang xám: giá thấp nhất, đúc thành mỏng, ổn định kích thước và gia công dễ. Nhược điểm là giòn, không chịu búa nước, sốc nhiệt và va đập khi vận chuyển, lắp đặt (rơi, siết bu lông lệch có thể làm nứt mặt bích).
- Gang cầu: bền kéo và giới hạn chảy cao, giãn dài đến 15% nên chịu va đập và xung áp, cho phép đúc thân mỏng hơn ở cùng cấp áp. Giá cao hơn gang xám do cần biến tính Mg và kiểm soát S chặt.
- Điểm chung: gang cầu và gang xám đều gỉ nếu không có lớp sơn phủ, và đều không hàn sửa được thân van chịu áp.
Giới hạn áp suất và nhiệt độ
Cấp áp suất của van gang cầu và gang xám thường như sau (tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng):
- Gang xám: PN10 đến PN16.
- Gang cầu: PN10 đến PN25, một số dòng đến PN40.
- Nhiệt độ làm việc điển hình: gang cầu khoảng −10 đến +350°C, gang xám khoảng −10 đến +300°C.
Trong thực tế, nhiệt độ cho phép của van gang cầu và gang xám thường thấp hơn do gioăng và seat. Gioăng EPDM thường chỉ chịu khoảng 120°C (tham khảo), nên van bướm gang gioăng EPDM dùng cho nước, không phải hơi. Mặt bích gang theo EN 1092-2 cũng có bảng áp suất giảm theo nhiệt độ, cần tra khi thiết kế.
Lý do gang xám bị loại khỏi hơi áp cao và đường có búa nước là độ giòn. Búa nước và sốc nhiệt tạo ứng suất tức thời lớn, mà nền gang xám không có độ dẻo để hấp thụ, nên vết nứt xuất phát từ mép graphit tấm và lan nhanh.
Chọn gang cầu hay gang xám cho từng loại van
| Loại van và môi chất | Vật liệu nên chọn | Lý do |
|---|---|---|
| Van cổng cấp nước đô thị, PCCC | Gang cầu | Chịu áp, va đập khi đóng mở và lún đường ống |
| Van bướm nước sạch, HVAC áp thấp | Gang xám hoặc gang cầu | Gang xám đủ cho PN10; từ PN16 nên gang cầu |
| Van một chiều trạm bơm có búa nước | Gang cầu | Chịu xung áp khi van đóng nhanh |
| Lọc Y cho hơi áp thấp | Gang cầu | Chịu sốc nhiệt tốt hơn gang xám |
| Môi chất ăn mòn, nước biển | Inox, nhựa hoặc van lót cao su | Gang bị ăn mòn dù sơn epoxy |
Với đường cấp nước cho tòa nhà và nhà máy, van cổng gang thường dùng gang cầu khi cấp áp từ PN16, còn PN10 có thể dùng gang xám. Đối với van bướm, van bướm gang cầu cho độ bền thân cao hơn khi đóng nhanh hoặc áp suất lớn; nếu cần phân vân giữa gang, inox và nhựa, xem hướng dẫn chọn vật liệu van bướm.
Khi môi chất là hóa chất, nước biển hoặc nước có clorua cao, không nên chọn thân bằng gang cầu và gang xám. Hướng dẫn chung theo từng môi chất có trong bài vật liệu làm van theo môi chất.
Kiểm tra thân van gang khi nhận hàng
Với gang cầu và gang xám, ký hiệu vật liệu thật được đúc nổi trên thân (ví dụ GGG40, FCD450, kèm PN và DN), không phải nhãn dán hay chữ sơn. Đối với đơn hàng dự án, cần chứng chỉ vật liệu theo EN 10204 loại 3.1 có số lô nấu và kết quả thử kéo. Thử áp thân van thường ở 1,5 lần PN theo EN 12266-1 (tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng). Lớp sơn epoxy phải liền, không rộp; gang rất dễ gỉ nếu lớp phủ bị hở.
Khi nào phải chuyển sang thép đúc
Gang cầu không thay được thép đúc khi một trong các điều kiện sau xuất hiện: hơi quá nhiệt hoặc nhiệt độ trên khoảng 350°C, áp suất trên PN25 đến PN40, dầu khí dễ cháy, hoặc dự án yêu cầu tính toán theo ASME B16.34. Thép đúc dẻo hơn, hàn được và chịu nhiệt độ cao hơn gang. Mác phổ biến là thép đúc WCB cho thép cacbon (ASTM A216) và CF8M cho inox 316 đúc.
Viva cung cấp van gang cầu và gang xám tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội; giao hàng toàn quốc. Liên hệ kỹ thuật để chọn đúng vật liệu thân van theo môi chất, áp suất và nhiệt độ.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp
Gang dẻo có phải gang cầu không?
Trong báo giá van tại Việt Nam, gang dẻo thường là cách gọi gang cầu (ductile iron, ký hiệu FCD hoặc GGG). Về kỹ thuật, gang dẻo malleable là loại khác: làm từ gang trắng ủ để tạo graphit cụm, dùng cho phụ kiện ren. Cần xem ký hiệu và chứng chỉ vật liệu để biết chính xác.
Van gang cầu có dùng cho hơi nóng được không?
Chỉ với hơi bão hòa áp thấp, trong giới hạn nhiệt độ và áp suất của catalogue hãng và của gioăng, seat. Hơi quá nhiệt, hơi áp cao hoặc đường hơi có búa nước nên dùng van thép đúc WCB. Gang cầu chịu sốc nhiệt tốt hơn gang xám nhưng vẫn kém thép.
Làm sao phân biệt gang cầu và gang xám?
Cách đáng tin cậy là đọc ký hiệu đúc trên thân (GGG, FCD, GJS là gang cầu; GG, FC, GJL là gang xám) và đối chiếu chứng chỉ vật liệu. Thử gõ nghe âm thanh hoặc nhìn bề mặt không tin cậy, vì cả hai đều sơn phủ và có thể cho kết quả giống nhau.
Xem thêm: van 1 chiều gang cho trạm bơm và đường nước.
