不銹鋼閥門材質(zhì)解析
奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,高溫抗氧化性能和耐低溫性能。因此,廣泛用于制作耐腐蝕閥門、高溫閥門和低溫閥門。
奧氏體不銹鋼的耐蝕性是相對的,不是什么樣的腐蝕性介質(zhì)它都能承受,金屬的腐蝕現(xiàn)象或所謂的耐腐蝕性是根據(jù)腐蝕性介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流速等環(huán)境條件以及金屬本身的性質(zhì)和材料中各化學(xué)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加工性,熱處理等諸因素的差異而分別有不同的腐蝕狀態(tài)和腐蝕速度。例如不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能,可是因為腐蝕環(huán)境或使用條件的不同,也可能發(fā)生意想不到的腐蝕破壞事故。因此,應(yīng)充分地了解腐蝕介質(zhì)和耐腐蝕材料,才能選擇合適的耐腐蝕材料。
金屬的腐蝕形態(tài)可分為兩大類,均勻(全面)腐蝕和局部腐蝕。均勻(全面)腐蝕包括全面成膜腐蝕和無膜腐蝕。
全面成膜腐蝕:腐蝕在金屬的全部或大部面上進(jìn)行,而且生成保護(hù)膜,具有保護(hù)性。例如:碳素鋼在稀硫酸中腐蝕很快,當(dāng)硫酸含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于50%時,腐蝕率達(dá)到最大值,此后含量再繼續(xù)增大,腐蝕率反而下降。這是由于濃硫酸的強(qiáng)氧化性在鐵的表面生成一層組織致密的鈍化膜,這種鈍化膜不溶于濃硫酸,從而起到了阻礙腐蝕的作用。
無膜腐蝕:無膜全面腐蝕很危險,因為它保持一定腐蝕速度,全面進(jìn)行。
局部腐蝕:局部腐蝕的形態(tài)有13種,如縫隙腐蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、等等。據(jù)調(diào)查,化工裝置中局部腐蝕約占70%。在諸多局部腐蝕的形態(tài)中,與閥門制造有關(guān)的且常見的是晶間腐蝕。
一般對均勻腐蝕的程度用腐蝕率來表示,但如何評價則有不同規(guī)定。按《石油化工企業(yè)管道設(shè)計器材選用通則》規(guī)定,介質(zhì)對金屬材料的腐蝕能力可分為以下四類:年腐蝕速率不超過0.05mm的材料,為充分耐腐蝕材料;年腐蝕速率在0.05~0.1mm的材料,為耐腐蝕性材料;年腐蝕速率在0.1~0.5mm的材料,為尚耐腐蝕性材料;年腐蝕速率超過0.5mm.的材料,為不耐腐蝕材料。
對均勻(全面)腐蝕的耐腐蝕性用均勻腐蝕率來評價,見表1、表2。
表1 腐蝕性能評價
腐蝕率/(mm/a) |
評價 |
<0.05 |
優(yōu)良 |
0.05~0.5 |
良好 |
0.5~1.5 |
可用,但腐蝕較重 |
>1.5 |
不適應(yīng),腐蝕嚴(yán)重 |
表2 金屬材料耐腐蝕性的10級標(biāo)準(zhǔn)
腐蝕等級 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
腐蝕率/ |
<0.001 |
0.001~ |
0.005~ |
0.01~ |
0.05~ |
0.1~ |
0.5~ |
1.0~ |
5.0~ |
>10.0 |
腐蝕性類別 |
完全耐腐蝕 |
很耐腐蝕 |
耐蝕 |
尚耐蝕 |
欠耐蝕 |
不耐蝕 |
表3 耐腐蝕性能的評價
腐蝕率/(mm/a) |
評價 |
0.005 |
可充分使用 |
0.005~0.05 |
可使用 |
0.05~0.5 |
盡量不要使用 |
0.5以上 |
不使用 |
晶間腐蝕:局部地沿著結(jié)晶粒子邊界向深度方向腐蝕的形式稱晶間腐蝕。這種腐蝕,外表看不出腐蝕跡象,嚴(yán)重的晶間腐蝕可以穿過整個機(jī)體厚度。
產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于沿晶界邊界析出碳化鉻Cr23C6或FeCr化合物-稱δ相,使晶介周圍貧鉻,在適合的腐蝕介質(zhì)(產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì))中,就形成碳化鉻(陰極)-貧鉻區(qū)(陽極)電池,使晶界貧鉻區(qū)產(chǎn)生腐蝕。
由上述可看出晶間腐蝕是有條件的,其內(nèi)因是必須有碳化鉻或δ相沿晶界析出,使晶界貧鉻。其外因是必須有腐蝕貧鉻區(qū)的介質(zhì),水和一些中性溶液并不腐蝕貧鉻區(qū),所以即使存在貧鉻區(qū)也不會產(chǎn)生晶間腐蝕。如果晶界不貧鉻,即使有產(chǎn)生晶間腐蝕的介質(zhì)也不會產(chǎn)生晶間腐蝕,所以產(chǎn)生晶間腐蝕的內(nèi)因、外因缺一不可。
產(chǎn)生貧鉻區(qū)的原因:一是鋼水化學(xué)成分不合格,如碳高、鉻低或含鈦、鈮的不銹鋼中,碳鈦化或碳鈮化不夠,二是熱處理工藝不正確或焊接、加工時加熱至碳化物析出溫度,而在900~400℃冷卻速度不夠快而析出碳化物造成貧鉻。
控制奧氏體不銹鋼晶間腐蝕有三種方法:執(zhí)行正確的熱處理工藝,將鋼加熱至1100℃水淬(急冷),使碳化物向固溶體中溶解;加人固定碳的元素鈦或鈮;采用含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))≤0.03%的超低碳不銹鋼。
奧氏體不銹鋼作高溫用鋼。高溫是指溫度超過350℃以上,高溫用鋼是指在高溫下具有較高強(qiáng)度的鋼材,在石油化工裝置,高溫并伴有腐蝕性的場合,就必須使用既耐高溫又耐腐蝕的材料,不銹鋼18Cr-8 Ni~25Cr-20Ni的高溫強(qiáng)度高,特別是18-8Ti、18-8Nb等合金元素影響更大。一般在沒有耐腐蝕性問題的場合,在規(guī)定范圍內(nèi),含碳量高的不銹鋼,其高溫強(qiáng)度也高,若在18-8鋼中添加Mo、Nb、Ti、Mo可強(qiáng)化基體,Nb、Ti則形成碳化物,從而可改善高溫強(qiáng)度,具體什么牌號的不銹鋼最高使用溫度是多少,可查GB/T 12224-2005《鋼制閥門
一般要求》和ASME B16·34-2004《法蘭、螺紋和焊接連接的閥門》標(biāo)準(zhǔn)中的壓力一溫度額定值表。
1.不銹鋼鑄件
(1)中國 GB/T 12230-2005《通用閥門 不銹鋼鑄件技術(shù)條件》規(guī)定了鑄鋼件的鋼種及化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),其熱處理規(guī)范、力學(xué)性能和許用應(yīng)力。
(2)美國 ASTM A351/A351M-2006《承壓件用奧氏體鋼鑄件規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鑄鋼件的鋼種及化學(xué)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理規(guī)范、力學(xué)性能和許用應(yīng)力。
2.不銹鋼鍛件和棒材
(1)中國GB/T1220-2007《不銹鋼棒》規(guī)定了不銹鋼鍛件和棒材的鋼種及化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、力學(xué)性能和不銹鋼棒或試樣的典型熱處理制度。
(2)美國ASTM A182/A182M-2008《高溫用鍛鋼或軋制合金鋼和不銹鋼管法蘭、鍛制配件、閥門與零部件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼種及化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、力學(xué)性能、熱處理規(guī)范、焊補要求、許用拉應(yīng)力,許用彎曲應(yīng)力和許用切應(yīng)力。
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