阀门基础知识-耐腐蚀材料-深度

耐腐蚀材料在阀门中的应用

宁丹枫

（原兰州高压阀门厂）

随着我国石油、化学工业的发展，耐腐蚀材料的应用也日益广泛。而阀门是各工业领域中不可缺少的部件，阀门的材料应用是否得当，直接影响阀门的使用寿命和生产的安全运行。耐腐蚀材料多用于苛刻的生产环境。如何正确应用这些材料，充分发挥材料的功能以适应相应工况的要求是至关重要的。

1.不锈钢

不锈钢包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢。

1.1奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢是最常用的耐腐蚀材料，采用它是应用它优良的耐腐蚀性（相对的）和优良的韧性（变形性能）以及优良的焊接性和耐高温、低温性能。

1.1.1常用的奥氏体不锈钢牌号

表1-1奥氏体不锈钢锻材型材

ASTM牌号UNS 牌号GB/T1220牌号ASTM牌号UNS牌号GB/T1220牌号

A276 304

S30400 06Cr19Ni10 A276 304L

S30403 022Cr19Ni10

A182 F304 A182 F304L

A276 316

S31600 06Cr17Ni12Mo2 A276 316L

S31603 022Cr17Ni12Mo2

A182 F316 A182 F316L

A276 321

S32100 06Cr18Ni11Ti A276 347

S34700 06Cr19Ni11Nb

A182 F321 A182 F347

表1-2奥氏体不锈钢铸材

ASTM牌号UNS牌号GB/T12230牌号ASTM牌号UNS牌号GB/T12230牌号

A351

CF8 J92600 ZG08Cr18Ni9 A351

CF3 J92500

ZG03Cr18Ni10

A744 CF8 A744 CF3

A351

CF8M J92900 CF8M A351

CF3M J92800 CF3M

A744 A744

A351

CF8C J92710 CF8C ————ZG08Cr18Ni9Ti

A744 ————ZG12Cr18Ni12Mo2Ti

1.1.2用于耐腐蚀工况时应注意的事项

奥氏体不锈钢的耐腐蚀性是相对的，不是什么样的腐蚀性介质都能承受。金属的耐腐蚀性根据腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流速等环境因素，以及金属本身的性质，即含有的成分、加工性、热处理等诸多因素的差异而分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。金属的腐蚀形态可分为两大类，均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀。据调查化工装置中局部腐蚀约占70%。局部腐蚀的形态有多种如：缝隙腐蚀、脱层腐蚀、应力腐蚀、孔蚀，晶相腐蚀等。在阀门制造上经常遇到的是晶间腐蚀。

1.1.

2.1晶相腐蚀的定义和产生的原因

晶间腐蚀：在特定的介质中，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。这种腐蚀外面看不出腐蚀迹象。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当奥氏体不锈钢在450～850℃保温或缓慢冷却时会产生晶间腐蚀，这是由于沿晶粒边界析出碳化铬Cr23C6或FeCr化合物——称σ相，使晶界周围贫铬，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σ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、铌的不锈钢中碳钛比或碳铌比不够。二是热处理工艺不正确或焊接或加工时加热至碳化物析出温度，而在900℃至400℃冷却速度不够快而析出碳化物造成贫铬。

1.1.

2.2控制晶间腐蚀的方法

晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀，其危害程度极大，在使用时必须给予控制。控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法：

(1)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。但是，

不同牌号的奥氏体不锈钢其淬火加热温度不完全都是1100℃，执行中要按标准规定。

(2)加入固定碳的元素钛或铌；

(3)采用含碳量≤0.03%的超低碳不锈钢。

1.1.

2.3晶间腐蚀检验

晶间腐蚀检验的前提是试样的化学成分合格并经固溶处理。晶间腐蚀检验常用的方法是硫酸——硫酸铜腐蚀试验方法，检验用的试片是80×18×3（长×宽×厚），上下两平面磨至Ra0.8的薄片，并分为敏化状态试片和交货产品状态试片两种。

敏化试片：将试片在650℃下加热，保温2小时（压力加工件）或l小时（铸件）空冷。

交货产品试片：即试片经固溶处理，实际上是和铸件一同处理的试样上取下来的试片。

判别：试片在酸中浸泡后弯曲90°（铸件）或180°（锻件）若有裂纹则不合格。不合格时铸件要重新处理，然后再作试验，但固溶处理的次数不得超过两次

什么情况下要在敏化试片上作晶间腐蚀检验：

含碳量≤0.03的超低碳奥氏体不锈钢；添加了稳定化元素Ti、Nb的奥氏体不锈钢；

0.03≤C≤0.08不含稳定化元素用于焊接的奥氏体不锈钢。以上三种情况要在敏化试片上进行晶间腐蚀检验。

什么情况下不敏化？

含碳量≥0.03不含稳定化元素，不作焊接件的奥氏体不锈钢可不敏化。

1.1.

2.4奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂

奥氏体不锈钢应力腐蚀的应力主要是拉应力（残余应力或施加的应力），在此应力与腐蚀共同作用下引起的开裂称应力腐蚀开裂，简称SCC（Stress corrosion cracking）.

奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀，当Ni含量达到8%～10%时奥氏体钢的应力腐蚀倾向最大。

1.1.

2.5 CF类铸造奥氏体不锈钢的磁性

CF类铸造合金和相对应的变形合金的金相组织不同。CF类铸造合金为铁素体—奥氏体双相组织，而其相应的变形合金为单向奥氏体组织。由于铸造要考虑铸造的特性如：流动性、抗裂性等等，而变形合金则要考虑他的变形性能，因此其化学成分也是不同的。以316和CF8M为例,CF8M的含Si量比 316高，而含Ni量比316低，由于这种差异造成了CF类铸造合金与相对应的变形合金金相组织的不同。具有双向组织的铸造不锈钢中的铁素体是有磁性的，而单相奥氏体不锈钢是无磁性的。因此，用磁铁检验铸造奥氏体不锈钢，视其对磁铁是否吸引来判定是否合格是概念的混淆。这也就是制造铸件时要用铸造牌号而不用相应的变形合金牌号的理由。

1.1.

2.6用于低温工况时注意事项

通用阀门常用奥氏体不锈钢作-101℃以下至-196℃的低温阀门，在低温工况下要注意材料的冷脆现象，即它的塑性降低。另外在低温下奥氏体转变成马氏体，体积产生变化，这些变化是造成阀门泄漏失效的主要原因。因此，奥氏体不锈钢作-101℃以下低温阀门时要作低于工作温度下的深冷处理，另外要检验它的低温韧性（特别是铸材），即做低温冲击试验。

1.1.

2.7用于高温工况是注意事项

注意在高温工况下超低碳的不锈钢不能代替非超低碳不锈钢，即304L、316L不能代替304、316，同样CF3、CF3M不能代替CF8、CF8M。因为304L、CF3、CF3M最高使用温度为425℃。316L 最高使用温度为450℃，而304、316、CF8、CF8M在一定条件下使用温度可达816℃。