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(shè)計(jì)師對(duì)于*苛刻的應(yīng)用默認(rèn)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(shè)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(dāng)?shù)男阅?，但是?jié)約了30%-40%的成本，并且價(jià)格穩(wěn)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(qiáng)，同時(shí)具有與常規(guī)奧氏體合金相當(dāng)?shù)某尚涡阅堋?/span>
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(zhǔn)，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(dāng)?shù)男阅堋?/span>
由于較低的 Ni 和 Mo 含量，更好的價(jià)格穩(wěn)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(wěn)定性，因?yàn)樗逆嚭豌f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并不大，但是由于不銹鋼和鎳合金是按噸購買的，在購買大量材料時(shí)噸位減少6%，這通常直接轉(zhuǎn)化為可觀的成本節(jié)約。
Ultra 654 SMO 的較低密度也意味著整個(gè)系統(tǒng)更輕，便于搬運(yùn)和安裝，這對(duì)于海底和海上結(jié)構(gòu)尤其重要。
強(qiáng)度更高，規(guī)格更薄，重量減輕更多
表 4 顯示 Ultra 654 SMO 比合金625 更強(qiáng)。這意味著可以使用更薄的規(guī)格制造組件，從而減輕重量和成本。
易于制造
r值，也稱為塑性應(yīng)變比，是材料具有良好拉伸性能的重要指標(biāo)。r 值越高越好。此外，測(cè)量不同拉伸方向的r 值顯示了板材在成型過程中如何承受變薄。
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(hào)相似的變形硬化率。
Ultra 654 SMO 也適用于熱加工。為保持其機(jī)械性能，熱加工后應(yīng)在至少 1,150 °C 的溫度下進(jìn)行淬火，以去除熱加工操作過程中形成的金屬間相。
對(duì)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，意味著從加工角度來看，它在車削、銑削和鉆孔等操作中具有挑戰(zhàn)性。但是，只要選擇正確的刀具、刀具設(shè)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(yīng)力腐蝕開裂。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)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(duì)于耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的相對(duì)性能，通過使用以不同方式測(cè)定的臨界點(diǎn)蝕溫度（CPT）和縫隙腐蝕溫度（CCT）來說明。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試的結(jié)果。
用320目砂紙干磨表面制備試件，表6列出了根據(jù)ASTM G150 測(cè)定的CPT結(jié)果。
替代鈦的應(yīng)用
雖然我們主要關(guān)注 Ultra 654 SMO 作為合金 625 的替代品，但應(yīng)該注意的是在某些應(yīng)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(yīng)用中都優(yōu)于鈦，因?yàn)榉x子對(duì)鈦有害。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
Ultra 654 SMO 已在各種應(yīng)用中獲得了廣泛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。
板式換熱器
對(duì)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(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。參見圖 2。測(cè)試是在 45、50、60和 70 °C 下進(jìn)行的，在3 個(gè)月內(nèi)施加2ppm連續(xù)氯化。在 45 °C 時(shí)，254 SMO 出現(xiàn)縫隙腐蝕，而C276 出現(xiàn)淺的縫隙腐蝕和過鈍化腐蝕。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200公里。
制藥廠
制藥廠的通風(fēng)系統(tǒng)可能會(huì)暴露在腐蝕性很強(qiáng)的氣體中，例如氯化氫。在該工廠中測(cè)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(cè)試結(jié)果完全令人滿意。
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(yīng)用。
傳統(tǒng)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(bǔ)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(jī)械強(qiáng)度。如果入口的設(shè)計(jì)能夠利用這種更高的強(qiáng)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(wěn)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安裝了一臺(tái)由 Ultra 654 SMO 鋼板制成的洗滌器。*具腐蝕性區(qū)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(xù)服務(wù)近15 個(gè)月后停機(jī)時(shí)進(jìn)行的，發(fā)現(xiàn)洗滌器處于良好狀態(tài)。
溶劑回收
在某些過程中從空氣中回收溶劑時(shí)，它們會(huì)被捕獲在活性炭過濾器中。飽和后，過濾器用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)過程中，氯化物或鹽酸會(huì)導(dǎo)致過濾器的不銹鋼外殼腐蝕。據(jù)報(bào)道，當(dāng)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(yán)重腐蝕。
Ultra 654 SMO 在該工藝中的**工業(yè)應(yīng)用是 1992 年在英國普利茅斯的一家工廠的兩個(gè)活性炭過濾器。
紙漿漂白
造紙工業(yè)中的紙漿漂白使設(shè)備暴露于強(qiáng)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(tǒng)不銹鋼牌號(hào)在基于氯/二氧化氯的漂白過程中容易受到點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕，但對(duì)基于過氧化物的漂白具有抵抗力。鈦耐氯/二氧化氯，但在過氧化物溶液中容易受到均勻腐蝕。鎳基合金耐過氧化物，但在二氧化氯溶液中會(huì)發(fā)生過鈍化均勻腐蝕。
作為一種鐵基合金，Ultra 654 SMO 可抵抗過氧化物中的均勻腐蝕和二氧化氯中的過鈍化腐蝕。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設(shè)備組件的理想材料。
使用 654 SMO 的一個(gè)例子是瑞典紙漿廠 D 級(jí)漂白塔中的噴嘴，取代了僅持續(xù)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的D 級(jí)過濾器洗滌器。
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(shì)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(yīng)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(duì)合金625，可節(jié)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(wěn)定。
? 較低的密度可節(jié)省材料成本并減輕成品結(jié)構(gòu)的重量，以便于搬運(yùn)和安裝。
? Ultra 654 SMO 具有良好的機(jī)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。
