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                        超級奧氏體不銹鋼截止閥

                         上海申弘閥門有限公司

 之前介紹空氣減壓閥在修造輪船應(yīng)用，現(xiàn)在介紹超級奧氏體不銹鋼截止閥超級奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能在很大程度上，奧氏體不銹鋼的發(fā)展是為了滿足各種環(huán)境中對防腐性能的要求。許多合金曾是被設(shè)計用于一種特定環(huán)境的，隨后其應(yīng)用范圍發(fā)展得越來越廣泛。因此，對超級奧氏體不銹鋼的選用，其耐腐蝕性能是一個很重要的依據(jù)。這里主要介紹均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂。

超級奧氏體不銹鋼截止閥不銹鋼截止閥安裝與維護(hù)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
　　1、手輪、手柄操作的截止閥可安裝在管道的任何位置上；
　　2、手輪、手柄及偉動機(jī)構(gòu)，不允許作起吊用；
　　3、介質(zhì)的流向應(yīng)與閥體所示箭頭方向一致。

J41W不銹鋼截止閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

    1、 選材考究，符合國內(nèi)、外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)合理，造型美觀。
    2、閥瓣、閥座密封面采用鐵基合金堆焊或司太立（Slite）鈷基硬質(zhì)合金堆焊而成，耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗擦傷性能好，使用壽命長。
    3、閥桿經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面氮化處理，有良好的抗腐蝕性和抗擦傷性。
    4、可采用各種配管法蘭標(biāo)準(zhǔn)及法蘭密封面型式，滿足各種工程需要及用戶要求。
    5、閥體材料品種齊全，填料、墊片可根據(jù)實(shí)際工況或用戶要求合理選配，能適用于各種壓力、溫度及介質(zhì)工況。 
    6、倒密封采用螺紋連接密封座或本體堆焊奧氏體不銹鋼而成，密封可靠，更換填料可在不停機(jī)情況下進(jìn)行，方便快捷，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

產(chǎn)品名稱：J41W-16P不銹鋼截止閥

所屬系列：不銹鋼截止閥系列

公稱通徑： DN15-400（mm） 

適用介質(zhì) 各種高腐蝕化學(xué)介質(zhì)

應(yīng)用前景

超級不銹鋼除具有傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于泵、壓縮機(jī)、閥門及其它機(jī)加工用途外，超級馬氏體不銹鋼的海洋用管也開發(fā)成功，滿足了海上石油天然氣公司對工藝用無縫管和輸送管道的要求，成為海洋用鋼的新成員。
荷蘭的NAM石油天然公司決定對他們位于荷蘭北部格羅寧根的天然氣田的濕天然氣處理設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造，包括對30個球罐進(jìn)行大修和對所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超級馬氏體13Cr不銹鋼。
阿曼的液態(tài)天然氣工程需要鋪設(shè)幾十公里長的輸送管線，也采用的是超級馬氏體不銹鋼。
此外，超級馬氏體不銹鋼在水力發(fā)電、采礦設(shè)備、化工設(shè)備、食品工業(yè)、交通運(yùn)輸及高溫紙漿生產(chǎn)設(shè)備等也應(yīng)用潛力。
經(jīng)濟(jì)性

在超級不銹鋼取得成功之前，對許多應(yīng)用不銹鋼的領(lǐng)域，特別是含二氧化碳，或者含二氧化碳和硫化氫腐蝕介質(zhì)的環(huán)境，往往使用雙相不銹鋼，一些特殊部件甚至要求使用超雙相不銹鋼。之后，人們越來越多地用超級馬氏體不銹鋼來部分取代雙相不銹鋼和超雙相不銹鋼，這除了超馬氏體不銹鋼在某些腐蝕環(huán)境下仍具有強(qiáng)度高、耐蝕性好以及－40℃的沖擊韌性好之外，更主要的原因是超級不銹鋼比雙相不銹鋼更經(jīng)濟(jì)。
首先，在重量相等、耐腐蝕性相當(dāng)?shù)那疤嵯拢捎贸?3Cr不銹鋼比采用雙相不銹鋼便宜大約30%。
其次，超13Cr不銹鋼的強(qiáng)度比雙相不銹鋼高得多，所以，用超13Cr不銹鋼制作的零部件（如三通、彎頭、輸送管和支管）的壁厚可以減薄，成本降低10%～15%。總計下來，超13Cr不銹鋼與雙相不銹鋼相比較，總成本降低35%～40%。這樣大幅度的成本降低，使得人們不能忽略它在競爭日益激烈的工業(yè)，如石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用。
發(fā)展歷史

超級奧氏體不銹鋼的概念是與超級鐵素體不銹鋼及超級雙相不銹鋼一起出現(xiàn)的。典型的例子為含6%鉬和7%鉬的超級奧氏體不銹鋼。這些鋼種都是針對一些工況條件苛刻的工業(yè)，如石化，化工，造紙和海上系統(tǒng)等等而開發(fā)出來的。[1]
特性

由于超級奧氏體不銹鋼是屬于高鎳高鉬而且含有銅、氮的奧氏體不銹鋼，是比較難熔煉的鋼種，易偏析、開裂等，因此超級奧氏體不銹鋼是不銹鋼中生產(chǎn)工藝要求zui高、難度zui大的品種，它是鋼廠工藝技術(shù)的集中體現(xiàn)。與其他常用的Cr-Ni奧氏體鋼一樣，超級奧氏體不銹鋼具有良好的冷，熱加工性能。
1、熱鍛時zui高加熱溫度可達(dá)1180攝氏度，zui低停鍛溫度不小于900攝氏度。
2、熱成型可在1000—1150攝氏度進(jìn)行。
3、熱處理工藝為1100—1150攝氏度，加熱后快冷。
4、雖可采用通用的焊接工藝進(jìn)行焊接，但是zui恰當(dāng)?shù)暮附臃椒ㄊ鞘止る娀『负玩u極氬弧焊。
由于904L、254SMO超級奧氏體不銹鋼具有很強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕和抗晶間腐蝕能力尤其對硫酸根離子、氯離子等酸根離子有很好的耐腐蝕性，可以使用在極其惡劣的工作環(huán)境下，因此超級奧氏體不銹鋼的應(yīng)用越來越廣泛。

2.1 均勻腐蝕
　　 提高不銹鋼穩(wěn)定性的zui重要合金元素為鉻和鉬。超級奧氏體不銹鋼中這些成分的含量均較高，因此在各種溶液中都顯出很好的耐腐蝕性。在有些環(huán)境中，硅、銅和鎢等元素的添加可進(jìn)一步提高材料的耐腐蝕性。
　　 圖1所示是一些奧氏體不銹鋼在純硫酸中的等腐蝕速度曲線圖。可以看出，合金含量較高的不銹鋼，如904L、254SMO和654 SMO等，在較大濃度和溫度范圍內(nèi)比普通型奧氏體不銹鋼，如304和316等，具有更好的耐腐蝕性。該圖同時也顯示了高硅不銹鋼SX具有非常強(qiáng)的，抵抗?jié)饬蛩岬哪芰Α?/p>

圖1 一些奧氏體不銹鋼在純硫酸中的等腐蝕速度曲線圖，腐蝕速度為0.1毫米/年

　　 說明在特定環(huán)境中抗均勻腐蝕能力的另一個方法是測量造成每年0.1毫米(或每年0.5毫升)腐蝕速度的溫度。表4列出了一系列濃度不同的化學(xué)溶液。這些溶液都是在化學(xué)生產(chǎn)中較常見的，同時也給出了不同鋼種在這些溶液中腐蝕速度為0.1毫米/年時的臨界溫度。可以看出，臨界溫度隨著合金含量的增加而提高。在所有溶液中超級奧氏體不銹鋼，如254SMO和654 SMO的臨界溫度都是zui高的，充分顯示了其優(yōu)異的耐均勻腐蝕性能。
　　 表4還包括了兩種常見的濕法工業(yè)磷酸，WPA 1和WPA 2其主要成分在表5中給出。 

表4 在不同化學(xué)制品中導(dǎo)致0.1毫米/年的腐蝕速度的臨界溫度℃ 

表5 WPA 1和WPA 2的主要化學(xué)成分，重量百分比

 　　不同合金之間的排序隨工況情況的不同而變化。2205型雙相不銹鋼就是一個很好的例子。這種鋼在有些環(huán)境中的性能甚至比一些高合金奧氏體不銹鋼還要好。但在有些環(huán)境中其表現(xiàn)就不太好。另一個例子是904L型不銹鋼。在純磷酸中，這種不銹鋼是所有鋼中表現(xiàn)，但在濕法工業(yè)磷酸中，它則比不上其它兩種超級奧氏體不銹鋼。在一種混合液 WPA 2中，其耐腐蝕性能則是zui差的, 見表5。
　　 因此，在為制造業(yè)中的設(shè)備，如反應(yīng)器、管道和儲罐，推薦的不銹鋼時一定要非常謹(jǐn)慎。能掌握有關(guān)工況條件的具體數(shù)據(jù)。

2.2 點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕
　　 點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕是兩種緊密相關(guān)的腐蝕類型，均屬于局部腐蝕。其主要生產(chǎn)條件為含有氯離子的環(huán)境。但溫度及酸堿度(PH值)等也起著很重要的作用。當(dāng)不銹鋼處于含氯環(huán)境中時，在一定溫度下就會發(fā)生點(diǎn)腐蝕。*，鉻和鉬含量的提高有助于增強(qiáng)不銹鋼抗局部腐蝕的能力。鉻、鉬和氮對抵抗局部腐蝕能力的綜合影響，經(jīng)常用經(jīng)驗(yàn)公式WS（Wirksumme）來表示。
　　 WS(PRE)=％鉻＋3.3×％鉬＋16×％氮
　　 式中的WS值一般被稱之為“耐點(diǎn)腐蝕能力指數(shù)(PRE)”。所以也常常用PRE來表示。公式所給出的氮的系數(shù)16是zui經(jīng)常使用的。但據(jù)文獻(xiàn)報道也有采用其它系數(shù)的，比如Mannesmann研究院的Herbsleb博士就建議使用30。諸如鎢等其它成分對防腐性能也有積極影響。按重量百分比的算法計算，其效果約為鉬的一半。為了進(jìn)行比較，同時用16和30作為PRE 公式中氮的系數(shù)為表1中的一些鋼種計算PRE值。

表6 PRE值及一些高合金不銹鋼的臨界點(diǎn)蝕溫度和臨界縫隙腐蝕溫度 

  *歐洲統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，**在 1摩爾的NaCl 溶液中，***在3.5％的NaCl溶液中，腐蝕電位為700mV SCE

　　可以看出， PRE(16)和PRE(30)對許多鋼種來說差別并不是很大。zui重要的是兩個系數(shù)對排列不同不銹鋼并無任何影響。
　　表6同時也給出了一些不銹鋼的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)和臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)。這兩個臨界溫度常常被用來衡量不銹鋼耐局部腐蝕的能力。大量的研究工作和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)表明，PRE值與不銹鋼耐局部腐蝕的能力，如CPT和CCT值，是成比例關(guān)系的。317LMN，904L兩種奧氏體不銹鋼和2205型雙相不銹鋼的 PRE 值大致相同，其抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力也應(yīng)該是相同的。所記錄的使用數(shù)據(jù)顯示，904L不銹鋼的抗點(diǎn)蝕能力略優(yōu)于其它鋼種，而2205的抗縫隙腐蝕能力則較強(qiáng)，這種現(xiàn)象與實(shí)際使用情況相符。
　　含6％鉬和7％鉬的超級奧氏體不銹鋼，如254SMO和654 SMO，均具有較高的PRE值和CPT/CCT值，見表6。表示其*的耐局部腐蝕的能力。因此，超級奧氏體不銹鋼家族也一直被廣泛地應(yīng)用于抗點(diǎn)蝕要求較高的用途中，比如用作海水處理設(shè)備，紙漿漂白及煙氣脫硫裝置中的部件等。材料被浸泡在飽含二氧化硫并含有酸性(PH值為1)氯化物，且溫度為80℃的溶液中。對一些侯選材料的測試結(jié)果如表8所示。

表7 在溫度為80℃的模擬脫硫塔環(huán)境中可導(dǎo)致縫隙腐蝕的臨界氯含量 

 *歐洲統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，**對于金相組織較差的試樣，氯離子濃度低達(dá)4000ppm時也曾出現(xiàn)過問題。

　　 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥由此可見，在這個非常苛刻的環(huán)境中，超級奧氏體不銹鋼的防腐蝕能力與鎳基合金是在一個水平上的。

2.3 應(yīng)力腐蝕破裂
　　 普通奧氏體不銹鋼比鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼更容易發(fā)生由氯化物引起的應(yīng)力腐蝕破裂。然而，超級奧氏體不銹鋼卻具有非常高的抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力，在許多情況下其效果還優(yōu)于雙相不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力。表9所示為蒸發(fā)情況下(根據(jù)點(diǎn)滴試驗(yàn)確定)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破裂的臨界應(yīng)力。測試時間為500小時。
　　 可以清楚地看出，與普通不銹鋼相比，超級奧氏體不銹鋼有著非常優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力。

超級不銹鋼是一種特種的不銹鋼，首先在化學(xué)成分上與普通不銹鋼304不同，是指含高鎳，高鉻，高鉬的一種高合金不銹鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，與304相比，具有更加的耐高溫或者耐腐蝕性能，是304不可取代的。另外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。
超級馬氏體不銹鋼
纖維組織

超級馬氏體不銹鋼典型的基體金屬顯微組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強(qiáng)度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理?xiàng)l件的差異，一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會出現(xiàn)10%～40%的細(xì)小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16%等級的超級馬氏體不銹鋼，顯微組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細(xì)晶粒回火馬氏體，在鋼板交貨之前一般都經(jīng)過淬火加回火處理。
機(jī)械性能

超級馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強(qiáng)度高和低溫韌性好的特點(diǎn)。典型的機(jī)械性如下：
屈服應(yīng)力 б0.2為550～850MPa
抗拉強(qiáng)度 бb 為780～1000MPa
沖擊強(qiáng)度大于50焦耳
延伸率大于12%
焊接性能

超級不銹鋼含鉻13%，由于鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，這類不銹鋼的用途嚴(yán)格限制于非焊接零件的安裝。經(jīng)過冶煉工藝的不斷改進(jìn)，降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳（zui高含量達(dá)6.5%）和鉬（zui高含量2.5%），從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。
超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護(hù)金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護(hù)鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數(shù)使用SAW。但是，激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對生產(chǎn)直縫焊管是一種經(jīng)濟(jì)的焊接方法。由于冷卻速度快，在焊縫中可以獲得全馬氏體顯微組織，從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。
耐蝕性能

超級不銹鋼由于含碳量低，相當(dāng)于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。
對于弱酸性腐蝕環(huán)境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕裂紋和在高溫下產(chǎn)生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同（如CO2或CO2+H2S），開發(fā)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應(yīng)用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。

表8 導(dǎo)致裂紋的臨界應(yīng)力 

 *歐洲統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

　　硫化氫(常出現(xiàn)于油井和氣井中)的存在會增加出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的風(fēng)險。因?yàn)殍F素體相的氫脆性，雙相不銹鋼，特別是經(jīng)過深加工的部件，則較容易出現(xiàn)裂紋。在硫化氫和氯離子同時存在的情況下，不銹鋼出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的危險性就更大。而超級奧氏體不銹鋼在此類“酸性”環(huán)境中是具有很強(qiáng)的抗應(yīng)力腐蝕破裂能力的。NACE MR0175－95是專門為油氣生產(chǎn)中，針對硫化應(yīng)力腐蝕破裂問題如何選材所制定的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)中包括了254SMO，而且也同時包括了退火和冷加工狀態(tài)。所容許的zui大硬度值(35 HRC)也比普通型奧氏體不銹鋼 (22 HRC)要高的多。從這一點(diǎn)看，在含有大量硫化氫，zui惡劣的油氣環(huán)境中，超級奧氏體不銹鋼是*的材料選擇。

2.4 海水中的腐蝕
　　 導(dǎo)致不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂zui常見的環(huán)境是在水中，尤其是在海水中。因?yàn)楹Ｋ穆入x子含量是非常高的。由于超級奧氏體不銹鋼的臨界點(diǎn)腐蝕溫度和臨界縫隙腐蝕溫度均非常高，見表7，說明其在海水中耐局部腐蝕的能力也是非常的強(qiáng)。所以含6％鉬和7％鉬超級奧氏體不銹鋼同鎳基合金一樣曾廣泛地被應(yīng)用于海水中。由于實(shí)際情況有很大的不同，所報道的使用結(jié)果也大不相同。有的使用了幾年仍狀況良好，有的僅在一年之內(nèi)就出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕問題。如同所有與含氯化物的水接觸的不銹鋼一樣，決定性的因素仍是因焊接而產(chǎn)生的氧化物和微小的縫隙，同時殘余氯含量也是一個非常重要的因素。
　　 添加到海水中用于殺死海洋微生物的氯是一種很強(qiáng)的氧化劑，它可輕易地使不銹鋼的腐蝕電位超過其臨界點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕電位。
　　 在低于50℃的情況下，在干凈的6鉬超級奧氏體不銹鋼表面不應(yīng)出現(xiàn)任何點(diǎn)蝕問題。但在一些實(shí)際應(yīng)用中，也有6鉬超級奧氏體不銹鋼在較高工作溫度下具有較好使用性能的實(shí)例。限制性的因素是縫隙腐蝕。如果縫隙情況嚴(yán)重的話，即使在20～30℃)的溫度下也會發(fā)生腐蝕。然而，至少在溫度高達(dá)30℃及殘余氯含量約為百萬分之0.5的情況下，這種類型的不銹鋼一般都是合格的。在縫隙情況很嚴(yán)重時(比如在某些類型的板式換熱器上會發(fā)現(xiàn)這種情況），即使將溫度一直保持在25℃以下，一般也不將6鉬超級奧氏體不銹鋼用于此類用途。在縫隙很嚴(yán)重但未添加氯的用途中，至少在35℃的溫度下，6鉬超級奧氏體不銹鋼的使用則一直是很成功的。與本文相關(guān)的論文：焦炭化工截止閥