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不锈钢阀门材质

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-01 点击: 2,582

不锈钢阀门常用的是奥氏体不锈钢和双相不锈钢(即含奥氏体相又含铁素体相),用于承压件和腐蚀性介质,适用温度范围-269(液氦)~+816℃。常用的温度范围是-196~+650℃。

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性,高温抗氧化性能和耐低温性能。因此,广泛用于制作耐腐蚀阀门、高温阀门和低温阀门。

奥氏体不锈钢的耐蚀性是相对的,不是什么样的腐蚀性介质它都能承受,金属的腐蚀现象或所谓的耐腐蚀性是根据腐蚀性介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境条件以及金属本身的性质和材料中各化学元素的质量分数、加工性,热处理等诸因素的差异而分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。例如不锈钢具有良好的耐腐蚀性能,可是因为腐蚀环境或使用条件的不同,也可能发生意想不到的腐蚀破坏事故。因此,应充分地了解腐蚀介质和耐腐蚀材料,才能选择合适的耐腐蚀材料。

金属的腐蚀形态可分为两大类,均匀(全面)腐蚀和局部腐蚀。均匀(全面)腐蚀包括全面成膜腐蚀和无膜腐蚀。

全面成膜腐蚀:腐蚀在金属的全部或大部面上进行,而且生成保护膜,具有保护性。例如:碳素钢在稀硫酸中腐蚀很快,当硫酸含量(质量分数)大于50%时,腐蚀率达到最大值,此后含量再继续增大,腐蚀率反而下降。这是由于浓硫酸的强氧化性在铁的表面生成一层组织致密的钝化膜,这种钝化膜不溶于浓硫酸,从而起到了阻碍腐蚀的作用。

无膜腐蚀:无膜全面腐蚀很危险,因为它保持一定腐蚀速度,全面进行。

局部腐蚀:局部腐蚀的形态有13种,如缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、等等。据调查,化工装置中局部腐蚀约占70%。在诸多局部腐蚀的形态中,与阀门制造有关的且常见的是晶间腐蚀。

一般对均匀腐蚀的程度用腐蚀率来表示,但如何评价则有不同规定。按《石油化工企业管道设计器材选用通则》规定,介质对金属材料的腐蚀能力可分为以下四类:年腐蚀速率不超过0.05mm的材料,为充分耐腐蚀材料;年腐蚀速率在0.05~0.1mm的材料,为耐腐蚀性材料;年腐蚀速率在0.1~0.5mm的材料,为尚耐腐蚀性材料;年腐蚀速率超过0.5mm.的材料,为不耐腐蚀材料。

对均匀(全面)腐蚀的耐腐蚀性用均匀腐蚀率来评价,见表1、表2。

表1 腐蚀性能评价
腐蚀率/(mm/a) 评价
<0.05 优良
0.05~0.5 良好
0.5~1.5 可用,但腐蚀较重
>1.5 不适应,腐蚀严重
表2 金属材料耐腐蚀性的10级标准
腐蚀等级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
腐蚀率/
(mm/a)
<0.001 0.001~
0.005
0.005~
0.01
0.01~
0.05
0.05~
0.1
0.1~
0.5
0.5~
1.0
1.0~
5.0
5.0~
10.0
>10.0
腐蚀性类别 完全耐腐蚀 很耐腐蚀 耐蚀 尚耐蚀 欠耐蚀 不耐蚀

按日本《配管》、《装置用配管材料及其选定法》规定,见表3。

表3 耐腐蚀性能的评价
腐蚀率/(mm/a) 评价
0.005 可充分使用
0.005~0.05 可使用
0.05~0.5 尽量不要使用
0.5以上 不使用

晶间腐蚀:局部地沿着结晶粒子边界向深度方向腐蚀的形式称晶间腐蚀。这种腐蚀,外表看不出腐蚀迹象,严重的晶间腐蚀可以穿过整个机体厚度。

产生晶间腐蚀的原因是由于沿晶界边界析出碳化铬Cr23C6或FeCr化合物-称δ相,使晶介周围贫铬,在适合的腐蚀介质(产生晶间腐蚀的介质)中,就形成碳化铬(阴极)-贫铬区(阳极)电池,使晶界贫铬区产生腐蚀。

由上述可看出晶间腐蚀是有条件的,其内因是必须有碳化铬或δ相沿晶界析出,使晶界贫铬。其外因是必须有腐蚀贫铬区的介质,水和一些中性溶液并不腐蚀贫铬区,所以即使存在贫铬区也不会产生晶间腐蚀。如果晶界不贫铬,即使有产生晶间腐蚀的介质也不会产生晶间腐蚀,所以产生晶间腐蚀的内因、外因缺一不可。

产生贫铬区的原因:一是钢水化学成分不合格,如碳高、铬低或含钛、铌的不锈钢中,碳钛化或碳铌化不够,二是热处理工艺不正确或焊接、加工时加热至碳化物析出温度,而在900~400℃冷却速度不够快而析出碳化物造成贫铬。

控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法:执行正确的热处理工艺,将钢加热至1100℃水淬(急冷),使碳化物向固溶体中溶解;加人固定碳的元素钛或铌;采用含碳量(质量分数)≤0.03%的超低碳不锈钢。

奥氏体不锈钢作高温用钢。高温是指温度超过350℃以上,高温用钢是指在高温下具有较高强度的钢材,在石油化工装置,高温并伴有腐蚀性的场合,就必须使用既耐高温又耐腐蚀的材料,不锈钢18Cr-8 Ni~25Cr-20Ni的高温强度高,特别是18-8Ti、18-8Nb等合金元素影响更大。一般在没有耐腐蚀性问题的场合,在规定范围内,含碳量高的不锈钢,其高温强度也高,若在18-8钢中添加Mo、Nb、Ti、Mo可强化基体,Nb、Ti则形成碳化物,从而可改善高温强度,具体什么牌号的不锈钢最高使用温度是多少,可查GB/T 12224-2005《钢制阀门
一般要求》和ASME B16·34-2004《法兰、螺纹和焊接连接的阀门》标准中的压力一温度额定值表。

1.不锈钢铸件

(1)中国 GB/T 12230-2005《通用阀门 不锈钢铸件技术条件》规定了铸钢件的钢种及化学元素质量分数,其热处理规范、力学性能和许用应力。

(2)美国 ASTM A351/A351M-2006《承压件用奥氏体钢铸件规范》标准规定铸钢件的钢种及化学元素的质量分数、热处理规范、力学性能和许用应力。

2.不锈钢锻件和棒材

(1)中国GB/T1220-2007《不锈钢棒》规定了不锈钢锻件和棒材的钢种及化学元素质量分数、力学性能和不锈钢棒或试样的典型热处理制度。

(2)美国ASTM A182/A182M-2008《高温用锻钢或轧制合金钢和不锈钢管法兰、锻制配件、阀门与零部件》标准规定的钢种及化学元素质量分数、力学性能、热处理规范、焊补要求、许用拉应力,许用弯曲应力和许用切应力。

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