不銹鋼材料能否替代鎳合金?
不銹鋼材料能否替代鎳合金?
許多設計師對于*苛刻的應用默認地選擇鎳合金, 例如:板式換熱器 (PHE)、接觸海水的管道和泵,以及用于化工、石化和紙漿造紙工業(yè)的設備。他們的理由是鎳合金在苛刻腐蝕環(huán)境中具有**的耐腐蝕性能。然而這可能并不是*好的解決方案,鎳基合金很貴。他們想到了選擇不銹鋼Ultra 654 SMO,能夠提供與鎳合金625相當的性能,但是節約了30%-40%的成本,并且價(jià)格穩定。
Ultra 654 SMO化學(xué)成分的特征是它含有耐局部腐蝕性能非常重要的合金元素,如:鉻(Cr)、鉬(Mo)和特別重要的氮(N)。這使得它耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的性能都優(yōu)于合金625。這還不是全部,Ultra 654 SMO比普通奧氏體不銹鋼和耐腐蝕鎳合金更強,同時(shí)具有與常規奧氏體合金相當的成形性能。
價(jià)格比較
在定價(jià)方面,Ultra 654 SMO 介于 316L 和合金625 之間。以 316L 作為基準,如表 1 所示,很明顯,Ultra 654 SMO 比合金 625 便宜得多,同時(shí)可提供相當的性能。
由于較低的 Ni 和 Mo 含量,更好的價(jià)格穩定性
Ultra 654 SMO 的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它提供比合金 625 更好的價(jià)格穩定性,因為它的鎳和鉬成分百分比較低,鎳和鉬容易受到商品價(jià)格變化的影響(見(jiàn)表2)。
較低的密度是一個(gè)重要的附帶好處
表 3 中顯示的物理特性表明, Ultra 654 SMO 的密度8.0 kg/dm3低于合金 625的密度8.5 kg/dm3。這種差異可能看起來(lái)并不大,但是由于不銹鋼和鎳合金是按噸購買(mǎi)的,在購買(mǎi)大量材料時(shí)噸位減少6%,這通常直接轉化為可觀(guān)的成本節約。
Ultra 654 SMO 的較低密度也意味著(zhù)整個(gè)系統更輕,便于搬運和安裝,這對于海底和海上結構尤其重要。
強度更高,規格更薄,重量減輕更多
表 4 顯示 Ultra 654 SMO 比合金625 更強。這意味著(zhù)可以使用更薄的規格制造組件,從而減輕重量和成本。
易于制造
r值,也稱(chēng)為塑性應變比,是材料具有良好拉伸性能的重要指標。r 值越高越好。此外,測量不同拉伸方向的r 值顯示了板材在成型過(guò)程中如何承受變薄。
Ultra 654 SMO 在不同方向上顯示出出色的 r 值,如圖 1 所示。這使其非常適合壓制組件,例如 板式換熱器的板片。該材料還具有與其他奧氏體牌號相似的變形硬化率。
Ultra 654 SMO 也適用于熱加工。為保持其機械性能,熱加工后應在至少 1,150 °C 的溫度下進(jìn)行淬火,以去除熱加工操作過(guò)程中形成的金屬間相。
對于常用的焊接工藝,Ultra 654 SMO 具有良好的可焊性。
與所有奧氏體不銹鋼一樣,Ultra 654 SMO 加工硬化很快。這一點(diǎn),連同其高韌性,意味著(zhù)從加工角度來(lái)看,它在車(chē)削、銑削和鉆孔等操作中具有挑戰性。但是,只要選擇正確的刀具、刀具設置和切削速度,就可以成功加工。
耐腐蝕性能
Ultra 654 SMO 具有非常好地抗均勻腐蝕的能力、優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕 (PRE 56) 以及非常好的抗應力腐蝕開(kāi)裂。實(shí)驗室測試結果表明,Ultra 654 SMO 在某些氯化物環(huán)境中的耐腐蝕性能高于合金625、與 C-276 相似。
對于耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的相對性能,通過(guò)使用以不同方式測定的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)和縫隙腐蝕溫度(CCT)來(lái)說(shuō)明。技術(shù)標準有:ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT) 和ASTM G150 (CPT)。用120目砂紙干磨表面制備試件,表5 列出了CPT和CCT測試的結果。
用320目砂紙干磨表面制備試件,表6列出了根據ASTM G150 測定的CPT結果。
替代鈦的應用
雖然我們主要關(guān)注 Ultra 654 SMO 作為合金 625 的替代品,但應該注意的是在某些應用中,尤其是熱交換器,它也可以作為一種有效和有成本效益的鈦的替代品。
事實(shí)上,它在任何暴露于氟離子的應用中都優(yōu)于鈦,因為氟離子對鈦有害。
現場(chǎng)測試
Ultra 654 SMO 已在各種應用中獲得了廣泛的現場(chǎng)測試經(jīng)驗。
板式換熱器
對暴露于鹽度為 3.3%-3.6% 的北海海水中的板式換熱器進(jìn)行了重要的現場(chǎng)測試。參見(jiàn)圖 2。測試是在 45、50、60和 70 °C 下進(jìn)行的,在3 個(gè)月內施加2ppm連續氯化。在 45 °C 時(shí),254 SMO 出現縫隙腐蝕,而C276 出現淺的縫隙腐蝕和過(guò)鈍化腐蝕。相比之下,Ultra 654 SMO 在 70 °C 下可耐縫隙腐蝕。
冷凝管
約94,000米Ultra 654 SMO焊管(外徑24 x 0.7 x 7.815 mm)*早用于1995年,用于替換瑞典Forsmark 1 和 2 核電站的鈦冷凝器管,如圖 3 所示。
緊隨其后的是瑞典 Ringhals 的 56,000米鋼管和芬蘭TVO的 58,000米鋼管。這些裝置安裝的冷凝器鋼管總共超過(guò)200公里。
制藥廠(chǎng)
制藥廠(chǎng)的通風(fēng)系統可能會(huì )暴露在腐蝕性很強的氣體中,例如氯化氫。在該工廠(chǎng)中測試了多種活性物質(zhì),包括 pH 值范圍為 0 到 14 的含氯化物溶液。測試結果完全令人滿(mǎn)意。
煙氣脫硫
Babcock Noells 在 2017 年為吸收塔選擇了 Ultra 654 SMO 鋼板。
Ultra 654 SMO 還為船用煙氣脫硫裝置的洗滌器入口提供了良好的耐腐蝕性能。作為熱煙氣的入口處,這是一個(gè)特別苛刻的應用。
傳統上,Alloy 31 一直是優(yōu)選材料。它是一種添加了氮的鐵鎳鉻鉬合金。這填補了特殊合金奧氏體不銹鋼和鎳合金之間的空白。然而,Ultra 654 SMO 比Alloy 31 具有更高的機械強度。如果入口的設計能夠利用這種更高的強度,那么它可以減輕15% 到 25% 的重量。此外,Ultra 654 SMO 較低的鎳含量也使其具有成本效益且價(jià)格更穩定。
垃圾焚燒
由于垃圾中含有 PVC 和 PTFE 等塑料,城市垃圾焚燒廠(chǎng)的煙氣可能含有氯化氫和氟化氫。
1995年,比利時(shí)澤布呂赫的一座城市垃圾焚燒廠(chǎng)安裝了一臺由 Ultra 654 SMO 鋼板制成的洗滌器。*具腐蝕性區域的使用條件包括 pH 0.5、80 °C 的溫度和35,000 ppm 的氯化物。**次檢查是在連續服務(wù)近15 個(gè)月后停機時(shí)進(jìn)行的,發(fā)現洗滌器處于良好狀態(tài)。
溶劑回收
在某些過(guò)程中從空氣中回收溶劑時(shí),它們會(huì )被捕獲在活性炭過(guò)濾器中。飽和后,過(guò)濾器用100-120 °C 的蒸汽反沖洗,蒸汽冷凝溶劑混合物隨后冷卻并分離。
在這個(gè)過(guò)程中,氯化物或鹽酸會(huì )導致過(guò)濾器的不銹鋼外殼腐蝕。據報道,當溶劑為二氯甲烷時(shí),316L在使用很短的時(shí)間后會(huì )發(fā)生嚴重腐蝕。
Ultra 654 SMO 在該工藝中的**工業(yè)應用是 1992 年在英國普利茅斯的一家工廠(chǎng)的兩個(gè)活性炭過(guò)濾器。
紙漿漂白
造紙工業(yè)中的紙漿漂白使設備暴露于強氧化性和含氯化物的溶液中,有時(shí)在低 pH 值下。比較材料選擇,傳統不銹鋼牌號在基于氯/二氧化氯的漂白過(guò)程中容易受到點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕,但對基于過(guò)氧化物的漂白具有抵抗力。鈦耐氯/二氧化氯,但在過(guò)氧化物溶液中容易受到均勻腐蝕。鎳基合金耐過(guò)氧化物,但在二氧化氯溶液中會(huì )發(fā)生過(guò)鈍化均勻腐蝕。
作為一種鐵基合金,Ultra 654 SMO 可抵抗過(guò)氧化物中的均勻腐蝕和二氧化氯中的過(guò)鈍化腐蝕。它還具有非常高的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕能力。這種組合使其成為漂白廠(chǎng)設備組件的理想材料。
使用 654 SMO 的一個(gè)例子是瑞典紙漿廠(chǎng) D 級漂白塔中的噴嘴,取代了僅持續4 周的 316L。環(huán)境中含有 3,000 ppm 二氧化氯,pH 值為 3–3.5,溫度為 70 °C。它還被用于加拿大、美國和印度尼西亞工廠(chǎng)的D 級過(guò)濾器洗滌器。
苛刻環(huán)境的理想選擇
作為合金 625 的替代品,Ultra 654 SMO 的多種優(yōu)勢和特性包括:
? **的耐腐蝕性,使其非常適合高溫、高氯化物含量和低 pH 值的苛刻環(huán)境。 其主要應用包括熱交換器、管道和泵。
? Ultra 654 SMO 是一種**成本效益的鎳基合金替代品,尤其是對合金625,可節省 30%-40% 的潛在成本。
? 較低的合金含量使 Ultra 654 SMO 的價(jià)格更加穩定。
? 較低的密度可節省材料成本并減輕成品結構的重量,以便于搬運和安裝。
? Ultra 654 SMO 具有良好的機械性能和成型性。
? Ultra 654 SMO 可提供*大寬度為 1,000 mm和厚度為 0.5mm~6 mm的卷材和板材。