閥門材質F51雙相不銹鋼優異性能

                                 上海申弘閥門有限公司

之前介紹超低溫截止閥選型，現在介紹閥門材質F51雙相不銹鋼優異性能雙相不銹鋼以其優良的耐腐蝕、高強度和易于加工制造等優異性能，在諸多領域中替代奧氏體不銹鋼，市場前景十分廣闊. 世界上雙相不銹鋼的年產量大約僅占不銹鋼總產量的１％。自１９９０年以來，雙相不銹鋼的年增長率已接近１７％，年產量從１９９０年的２．４萬噸增加到１９９９年的１１萬噸。其產品分布為熱軋板（占總產量的７１％），用來制造焊管（占雙相不銹鋼應用的６％）的容器；冷軋板占１４％，無縫管占８％.

   閥門材質F51雙相不銹鋼優異性能雙相鋼作為20世紀后期發展起來的新型鋼種,由于材料本身的固有特點,已被廣泛應用于各個領域,在泵閥領域的應用也收到了可喜的效果。我公司近幾年成功地開發了雙相鋼閥門,通過國內幾家新建和改造項目的使用,用戶十分滿意。本文就從幾個方面談一談雙相鋼閥門特點及應用。雙相不銹鋼概念、分類和牌號,并對雙相不銹鋼的優特點和缺點進行了綜述,著重講述了幾種雙相不銹鋼的性能及在調節閥領域的應用情況。雙相不銹鋼閥門所具有的優良的性能是由其材料的性能和閥門本身的結構特點所決定的，因此，我們先了解一下雙相鋼材料的特點：所謂“雙相不銹鋼”是在其固溶組織中鐵素體相和奧氏體相大約各占一半．一般少量相也不低于30％。雙相不銹鋼由于在其組織中存在鐵素體和奧氏體．因此它具備鐵素體不銹鋼所具有的較高強度、耐氯化物應力腐蝕性能和奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性和焊接性能的優點．其主要性能特點如下：(1)含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。
 
(2)含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。
        在具有相同的孔蝕抗力當量值(PRE=Cr％+3．3xMo％+16xN％)時．
       雙 相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與ANSI 316L相當。
      含25％Cr的．尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了ANSI316L。
(3)具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。 
(4)綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度。屈服強度是18—8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態的延伸率達到  25％，韌性值Ak(V型槽口)在100J以上。 
(5)可焊性良好。熱裂傾向小。一般焊前不需要預熱。焊后不需要熱處理。可與18—8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。
(6)含低鉻(18％Cr)的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18—8型奧氏體不銹鋼熱加工范圍寬。抗力小。 
(7)冷JJD-r時比18—8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大。在管、板承受變形初期，需施加較大應力才能變形。 
(8)與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數大．線膨脹系數小。 
(9)有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向。不宜用在高于300℃的工作條件。我公司目前選用的是上海大隆和遼化特 鋼生產的2205型雙相不銹鋼．與尿素級316L奧氏體不銹鋼進行對比試驗。對比試驗結果見表l一表4。從化學成分上看，明顯的是Ni含量的不同， 316L(尿素級)是00Cr22Ni5M03N的近2．4倍。
 
        從上述結果看出，00Cr22Ni5M03N鋼強度高于316L鋼，屈服強度約是其2倍，布氏硬度是其1．5倍。表3低倍組織比較為了驗證該鋼的耐腐蝕性能水平．根據Stamicarbon對316L(尿素級)的驗收標準進行了00Cr22Ni5M03N鋼和316L鋼(尿素級)對比實驗。其試樣均為固溶態，在(65±0．2)％HNO，沸騰溶液中試驗5周期，每周期48h，其結果見表4。表4耐晶間腐蝕性能對比休氏法(Huey)是作為尿素用材耐蝕性和各國通用的一個主要檢驗方法。這個方法要求很嚴格。一般化學成分控制不當，鋼的冶金質量不好。很難通過此法。316L(尿素級)規定5個周期平均腐蝕量≤3．3汕m／48h，為合格。從試驗結果來看，00Cr22Ni5M03N鋼不但達到了這一要求．而且也達到了25—22—2(2RE69)奧氏體不銹鋼的耐腐蝕標準平均腐蝕量≤1．5lxm／48h。好于316L(尿素級)的平均腐蝕量，特別是從第5周期開始．00Cr22Ni5M03N鋼腐蝕量遠遠低于316L(尿素級)的腐蝕量。從而說明了00Cr22Ni5M03N鋼化學成分理想，耐蝕性能強于316L(尿素級)。
    現代雙相不銹鋼中的低級雙相不銹鋼（２３０４型），是低合金化的雙相不銹鋼。它具有良好的力學和物理性能，有優異的耐應力腐蝕斷裂和其它形式腐蝕的性能以及良好的焊接性，可以替代標準奧氏不銹鋼３０４／３０６；標準雙相不銹鋼（２２０５型），是中等合金化的雙相不銹鋼。由于優異的耐腐蝕性，適于制造氯化物和硫化氫介質條件下的設備，尤其適合于用含氯離子水或微咸水做冷卻介質的熱交換器，也適用于稀釋的硫酸溶液和儲運有機酸的設備。同時，２２０５雙相不銹鋼因高強度使其在負荷較重的結構應用中成為奧氏體不銹鋼理想的替代材料。由于２００５雙相不銹鋼良好的力學性能和耐腐蝕性能，可使設備的壽命期成本降低。因此，在許多應用中，２２０５不銹鋼是一種經濟的選擇。目前，它是雙相不銹鋼系列的主力，占世界雙相不銹鋼總產量的８０％；超級雙相不銹鋼（２５０７型），廣泛用于苛刻的腐蝕環境，*約為１３％。不銹鋼管具有良好的抗晶間腐蝕性能，優良的腐蝕性能及冷加工、沖壓性能，可作為耐熱不銹鋼使用。同時，該鋼在-180℃條件下其力學性能仍佳。在固溶狀態下鋼的塑性、韌性、冷加工性良好；在氧化性酸和大氣、水等介質中耐腐蝕好，因此，不銹鋼管的生產量和使用量是zui大的，應用范圍zui廣的鋼種。

    不銹鋼管具有良好的冷、熱加工性能，可采用通用的各種冷、熱加工工藝生產鍛材、棒材、線材、板材、帶材和絲材等冶金產品，熱加工溫度范圍為900-1180℃。冷加工較易，無特殊困難，由于兩種鋼易于冷加硬化，當冷變形量過大時，須進行中間退火處理，以利于進一步加工。

    1.熱處理工藝

    不銹鋼管的固溶處理溫度為1080-1100℃，冷卻方式為水冷或空冷。冷加工中間退火溫度多在850-970℃，保溫一定時間后水冷。經固溶處理后鋼的組織為奧氏體組織，有時也存在少量鐵素體。

    2 焊接

    不銹鋼管抑制焊接時的碳化物析出，可采用通用的方法進行焊接。手工電弧焊，含碳0.04%-0.06%的薄截面尺寸的不銹鋼可采用奧002焊條，焊后可不產生晶間腐蝕傾向，對于厚截面尺，要保持焊后的耐晶間腐蝕性能，需進行焊后熱處理，若不熱處理，應改為304L不銹鋼或穩定型奧氏體不銹鋼。

    3.冷成型性能

    不銹鋼薄板在應用過程中，常常用于冷成型操作。其冷成型性能是衡量能否順利成型和成品率高低的重要技術指標。影響304薄壁不銹鋼管的冷成型因素較多，也很復雜。就其金屬學因素來講主要是鋼的成分，即鉻當量和鎳當量之比，其常規拉伸性能中的延伸率是一個重要的表征指標。為了獲得良好的冷成型性能，應控制鋼中的鉻當量和鎳當量的比值處于一個適當的范圍。

    4.應用

    食品用設備，一般化工設備，原子能工業用裝置部件等，均被廣泛應用。適于深沖件和輸酸管道、容器等。車輛、汽車零件盒家用器具也都采用該鋼種。它是奧氏體不銹鋼中生產和用量zui多的鋼，用于生產薄壁件、輸酸管道及結構件等。也經常作焊接鉻鎳不銹鋼和不銹鋼的芯材，非磁性部件以及低溫環境下使用的部件等。

不銹鋼管執行標準：上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥中國GB/T14976、GB/T14975、GB/T3280、GB/T4237、GB/T1220；美國ASTM A312、A312M、ASTM A213，A213M、ASTM A240；日本JIS G 4304、JIS G4304，JISIG4303

不銹鋼管（無縫）的特性

1、化學分析:對材質的化學成份進行化學分析,化學成份符合標準規定。
2、氣壓.水壓試驗對耐壓用管逐支進么水壓試驗,在規定壓力值不保持不小于5秒,不泄 露,常規供貨水壓壓力試驗為2.45MPa.氣壓壓力試驗為P=0.5MPAa。
3、腐蝕試驗:所供工業耐腐蝕鋼管均按標準規定或雙方協議的腐蝕方法進行鋼管的耐  腐蝕性能檢驗,不得有晶間腐蝕傾向。
4、工藝性能檢驗:壓扁試驗.拉伸試驗.沖擊試驗.擴口試驗.硬度試驗.金相試驗.彎曲
試驗.無損探傷(包括渦流探傷.X光探傷和超聲波探傷)。
5、執行標準: 中國：GB/T14975-2002.GB/T14976-2002.GB13296-91.GB9948-88.
GB5310-95.GB2270-80

F51

F51國內外對應牌號：

F51供貨規格： 
圓鋼、棒材、帶材、管材、閥座、球體、法蘭和鍛件協商供應

化學成分：

F51在常溫下合金的機械性能的zui小值：

特性： 
雙相不銹鋼。22% 鉻雙相 (奧氏體/鐵素體) 鋼 (2205 型)，具有中等強度至高強度和良好的抗普通腐蝕/應力、腐蝕/開裂的能力。 雙相不銹鋼以其*的優勢廣泛用于各領域：
    紙漿和造紙工業：紙漿和造紙工業是zui早使用雙相不銹鋼的加工工業。用３０４和３１６奧氏體不銹鋼制成的硫酸和亞硫酸蒸煮鍋，常常因應力腐蝕破裂而報廢，有時壽命僅為短短的兩個月。同時，用低碳鋼制造蒸煮鍋時，壁厚又高達４３ｍｍ，使得蒸鍋的總重量很高。而采用雙相不銹鋼，即耐腐，強度又高，壁厚還減少許多。自１９９８年以來，國外在紙漿和造紙工廠用雙相不銹鋼制造的容器越來越多，使用壽命大大提高，效果很好.
    化學加工業：化學加工業所涉及的范圍非常廣，工況也較為復雜。保存工業濕法磷酸的儲槽，通常用３１６Ｌ或３１７Ｌ型奧氏不銹鋼來制造，但壁很厚。采用雙相不銹鋼２２０５，強度幾乎高出３１６Ｌ和３１７Ｌ一倍，且能減少壁厚，從而減少儲槽的重要和費用。同時，在工業硫酸環境中，特別是在含有氯離子存在的情況下，２２０５的耐局部腐蝕能力比奧氏體不銹鋼更好。
    食品和飲料工業：食品和飲料工業生產一般在含氯離子的熱溶液中進行加工。雙相不銹鋼在耐應力腐蝕破裂方面具有*的優勢。因此，根據使用環境的不同，可選用不同雙相不銹鋼，但在總費用上也比奧氏體不銹鋼占優勢。其中以ＳＡＦ２３０４zui為便宜。目前，國外的一些糖廠、啤酒廠等設備中使用了雙相不銹鋼。
    運輸業：由于雙相不銹鋼的高強度和優良的耐腐蝕性能，使其在用于制作化學品船時，有很大的優勢。減輕了船的重要，降低了燃料的消耗，在這方面，使用zui多的是２２％鉻型雙相不銹鋼。同時可滿足所載貨物需要材料的耐腐蝕性能。
    建筑業：在沿海地區，空氣中充滿了從海水蒸發出來的氣體（海洋大氣）。這種海洋大氣中氯離子濃度要比內陸的空氣高得多，因此，需要一種耐“海水”的材料。而雙相不銹鋼的耐腐蝕正具有這一優勢，同時，它的高強度還可減輕重量。目前，有許多海上石油平臺均采用雙相不銹鋼來制造防爆墻。國外的一些橋梁、樓層的建筑也使用了雙相不銹鋼。
    石油化工工業：石油化工和化學工業腐蝕環境的特征是反應溫度較高，介質中常含有高濃度或中等濃度的氯化物，容易誘發不銹鋼的應力腐蝕斷裂。因此，這一領域中不僅需要雙相不銹鋼，更多的還要使用超級雙相不銹鋼。煉油工業是使用雙相不銹鋼較多的領域之一，主要用在常減壓蒸餾、催化裂化加氫脫硫等裝置，國內外都有使用。另外，雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產中用量逐漸增多，主要用作生產管襯里、岸上和近海的管道系統以及熱交換器。

    此外，雙相不銹鋼還成功地應用在廢水處理換熱器、熱水管、熱水器中。
目前我國已開發出５種雙相不銹鋼，都屬于第二代鋼種，只有０Ｃｒ１８Ｎｉ５Ｍｏ３Ｓｉ２鋼納入，并大量生產，其他都按廠標生產，產量不大。雙相鋼閥門的特點
       (1)閥門采用整體鍛造加工或鍛焊結構，并經無損檢測合格，固溶處理，材料組織細密，由于全部為加工表面。產品外形美觀。
       (2)閥門密封副噴焊硬質合金。可噴焊鎳基焊粉、司太立合金和碳化鎢等材料，硬度可達HRC65具有優異的耐磨蝕性能，提高了閥門的使用壽命。
      (3)由于雙相鋼材料本身的特點，閥門具有較強的抗硫化氫和氯離子腐蝕的能力。(4)充分考慮了水煤漿介質高溫沉積結垢后。啟閉力矩增大對球閥閥桿強度的要求．設計時雙相鋼球
閥閥桿采用了1740H沉淀硬化不銹鋼．此種材料經沉淀硬化處理后．可獲得較高的強度．滿足了閥門實際使用要求。
      (5)雙相鋼球閥采用固定球形式。介質作用于密封副上的力較浮動球大幅降低，啟閉力矩減小。閥座設計為封閉式結構．能有效的防止由于沉積和結垢造成的彈簧失效。密封圈采用柔性石墨或塑料合金。材料具有很好的密封性能和抗高溫性能(柔性石墨可達800℃、塑料合金達到了3000C)，閥桿采用沉淀硬化不銹鋼。熱處理后具有較高的機械性能．解決了由于介

      2007’中國煤炭加工與綜合利用技術、市場、產業化信息交流會暨煤化工產業發展研討會質沉積結垢造成閥門啟閉力矩增大可能造成的閥桿變形問題。大口徑閥門可根據用戶要求設置沖洗口，對沉積物進行沖洗。3雙相鋼閥門的應用從表4中可以看出．2205材料的抗晶間腐蝕性能優于尿素級316L．且兼有鐵素體和奧氏體的雙重特性。強度和硬度都高于316L。我公司將此材料應用到尿素甲銨液介質閥門的閥芯部位．提高了閥門的抗晶間腐蝕能力和沖蝕能力．并且用于環境比較的尿素合成塔一道閥同樣收到了滿意的效果。目前生產尿素的CO：氣提法和NH，氣提法采用的多是高合金奧氏體不銹鋼。甚至是鈦材。國內已在尿素裝置的甲銨泵進出口單向閥和主工藝管路的高壓截止閥的內件．采用雙相不銹鋼以代替316L(尿素
級)鋼
    根據我國雙相不銹鋼的發展水平和有關特殊鋼廠的生產條件和技術水平，一些國產雙相不銹鋼可替代進口，如涉及大、中型化肥廠的技術改造、新建、擴建所需要的甲銨泵體材料*可以采用國產雙相不銹鋼以代替進口的３１６Ｌ、３２９鋼，實現甲銨泵泵體材料的更新換代和國產化。太鋼、浦鋼是國內主要生產雙相不銹鋼的企業。三峽工程中所使用的２２０５雙相不銹鋼就是太鋼等企業生產的.
    但是，雙相不銹鋼市場仍需大量進口國外產品。如雙相不銹鋼應用zui多的領域--化工行業，設備多數是靠進口，設備中所使用的雙相不銹鋼也隨之引進來了。目前一些特殊裝備中需要較薄的雙相不銹鋼我國可以生產，而較厚的雙相不銹鋼仍需要進口。
該合金具有耐受抗氯化物環境和硫化物應力腐蝕的能力，強度大約是標準奧氏體不銹鋼強度的兩倍。要求更高的機械強度/更輕的重量時，該合金可成功用作 300 系列奧氏體不銹鋼的替代物。F51 易于使用許多標準電弧焊設備進行焊接，但是不推薦用于氧乙塊焊接，因為可能會出現焊接金屬的增碳現象。與本文相關的產品有： 化工過濾器使用及維護