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                        超級(jí)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(jí)奧氏體不銹鋼截止閥超級(jí)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(duì)防腐性能的要求。許多合金曾是被設(shè)計(jì)用于一種特定環(huán)境的，隨后其應(yīng)用范圍發(fā)展得越來(lái)越廣泛。因此，對(duì)超級(jí)奧氏體不銹鋼的選用，其耐腐蝕性能是一個(gè)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(jí)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(dòng)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(guó)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(zhǎng)。
    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(jí)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(jí)馬氏體不銹鋼的海洋用管也開(kāi)發(fā)成功，滿足了海上石油天然氣公司對(duì)工藝用無(wú)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(duì)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(duì)30個(gè)球罐進(jìn)行大修和對(duì)所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超級(jí)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(zhǎng)的輸送管線，也采用的是超級(jí)馬氏體不銹鋼。
此外，超級(jí)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(jí)不銹鋼取得成功之前，對(duì)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?cè)絹?lái)越多地用超級(jí)馬氏體不銹鋼來(lái)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(jí)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(jì)下來(lái)，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(jìng)爭(zhēng)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(jí)奧氏體不銹鋼的概念是與超級(jí)鐵素體不銹鋼及超級(jí)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(jí)奧氏體不銹鋼。這些鋼種都是針對(duì)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(kāi)發(fā)出來(lái)的。[1]
特性

由于超級(jí)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(kāi)裂等，因此超級(jí)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(jí)奧氏體不銹鋼具有良好的冷，熱加工性能。
1、熱鍛時(shí)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(jí)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(duì)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(jí)奧氏體不銹鋼的應(yīng)用越來(lái)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(jí)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(shí)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(shuō)明在特定環(huán)境中抗均勻腐蝕能力的另一個(gè)方法是測(cè)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(jiàn)的，同時(shí)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(shí)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(jí)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(jiàn)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(gè)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(gè)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(jí)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(jiàn)表5。
　　 因此，在為制造業(yè)中的設(shè)備，如反應(yīng)器、管道和儲(chǔ)罐，推薦的不銹鋼時(shí)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(shí)，在一定溫度下就會(huì)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(duì)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(lái)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(lái)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(bào)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(duì)防腐性能也有積極影響。按重量百分比的算法計(jì)算，其效果約為鉬的一半。為了進(jìn)行比較，同時(shí)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(jì)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(duì)許多鋼種來(lái)說(shuō)差別并不是很大。zui重要的是兩個(gè)系數(shù)對(duì)排列不同不銹鋼并無(wú)任何影響。
　　表6同時(shí)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(gè)臨界溫度常常被用來(lái)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(jí)奧氏體不銹鋼，如254SMO和654 SMO，均具有較高的PRE值和CPT/CCT值，見(jiàn)表6。表示其*的耐局部腐蝕的能力。因此，超級(jí)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(duì)一些侯選材料的測(cè)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(duì)于金相組織較差的試樣，氯離子濃度低達(dá)4000ppm時(shí)也曾出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。

　　 上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥由此可見(jiàn)，在這個(gè)非常苛刻的環(huán)境中，超級(jí)奧氏體不銹鋼的防腐蝕能力與鎳基合金是在一個(gè)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(jí)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(cè)試時(shí)間為500小時(shí)。
　　 可以清楚地看出，與普通不銹鋼相比，超級(jí)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(jí)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(jí)馬氏體不銹鋼
纖維組織

超級(jí)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(hào)的超級(jí)馬氏體不銹鋼基體顯微組織中可能會(huì)出現(xiàn)10%～40%的細(xì)小彌散狀殘留奧氏體。對(duì)于含鉻16%等級(jí)的超級(jí)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(guò)淬火加回火處理。
機(jī)械性能

超級(jí)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(jí)不銹鋼含鉻13%，由于鐵素體晶粒在焊接過(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)出了超級(jí)馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過(guò)程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級(jí)馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過(guò)了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。
超級(jí)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(lì)磁線圈電弧焊（FAW）。對(duì)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(duì)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(jí)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(duì)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(shì)。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會(huì)產(chǎn)生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時(shí)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(kāi)發(fā)了不同牌號(hào)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(huì)增加出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)殍F素體相的氫脆性，雙相不銹鋼，特別是經(jīng)過(guò)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(shí)存在的情況下，不銹鋼出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)性就更大。而超級(jí)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(duì)硫化應(yīng)力腐蝕破裂問(wèn)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(shí)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(jí)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(jiàn)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(jí)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(jiàn)表7，說(shuō)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(jí)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(bào)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(wèn)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(shí)殘余氯含量也是一個(gè)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(guò)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(jí)奧氏體不銹鋼表面不應(yīng)出現(xiàn)任何點(diǎn)蝕問(wèn)題。但在一些實(shí)際應(yīng)用中，也有6鉬超級(jí)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(huì)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(wàn)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(shí)(比如在某些類型的板式換熱器上會(huì)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(jí)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(jí)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