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不锈钢材料能否替代镍合金？

日期：2024-09-12 11:14

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摘要： 不锈钢材料能否替代镍合金？ 许多设计师对于*苛刻的应用默认地选择镍合金， 例如：板式换热器 (PHE)、接触海水的管道和泵，以及用于化工、石化和纸浆造纸工业的设备。他们的理由是镍合金在苛刻腐蚀环境中具有**的耐腐蚀性能。然而这可能并不是*好的解决方案，镍基合金很贵。他们想到了选择不锈钢Ultra 654 SMO，能够提供与镍合金625相当的性能，但是节约了30%-40%的成本，并且价格稳定。 <o:p></o:p> Ultra 654 SMO化学成分的特征是它含有耐局部腐蚀性能非常重要的合金元素，如：铬（Cr）、钼(Mo)和特别重要的氮（N）。这使得它耐点蚀和缝隙腐蚀的性能都优于合金625。这还不是全部，Ultra 654 SMO比普通奥氏体不锈钢和耐腐蚀镍合金更强，同时具有与常规奥氏体合金相当的成形性能。<o:p></o:p> 价格比较<o:p></o:p> 在定价方面，Ultra 654 SMO 介于 316L 和合金625 之间。以 316L 作为基准，如表 1 所示，很明显，Ultra 654 SMO 比合金 625 便宜得多，同时可提供相当的性能。<o:p></o:p> 由于较低的 Ni 和 Mo 含量，更好的价格稳定性<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 的一个主要优点是它提供比合金 625 更好的价格稳定性，因为它的镍和钼成分百分比较低，镍和钼容易受到商品价格变化的影响（见表2）。<o:p></o:p> 较低的密度是一个重要的附带好处<o:p></o:p> 表 3 中显示的物理特性表明， Ultra 654 SMO 的密度8.0 kg/dm3低于合金 625的密度8.5 kg/dm3。这种差异可能看起来并不大，但是由于不锈钢和镍合金是按吨购买的，在购买大量材料时吨位减少6%，这通常直接转化为可观的成本节约。<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 的较低密度也意味着整个系统更轻，便于搬运和安装，这对于海底和海上结构尤其重要。<o:p></o:p> 强度更高，规格更薄，重量减轻更多<o:p></o:p> 表 4 显示 Ultra 654 SMO 比合金625 更强。这意味着可以使用更薄的规格制造组件，从而减轻重量和成本。<o:p></o:p> 易于制造<o:p></o:p> r值，也称为塑性应变比，是材料具有良好拉伸性能的重要指标。r 值越高越好。此外，测量不同拉伸方向的r 值显示了板材在成型过程中如何承受变薄。<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 在不同方向上显示出出色的 r 值，如图 1 所示。这使其非常适合压制组件，例如 板式换热器的板片。该材料还具有与其他奥氏体牌号相似的变形硬化率。<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 也适用于热加工。为保持其机械性能，热加工后应在至少 1,150 °C 的温度下进行淬火，以去除热加工操作过程中形成的金属间相。<o:p></o:p> 对于常用的焊接工艺，Ultra 654 SMO 具有良好的可焊性。 <o:p></o:p> 与所有奥氏体不锈钢一样，Ultra 654 SMO 加工硬化很快。这一点，连同其高韧性，意味着从加工角度来看，它在车削、铣削和钻孔等操作中具有挑战性。但是，只要选择正确的刀具、刀具设置和切削速度，就可以成功加工。<o:p></o:p> 耐腐蚀性能<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 具有非常好地抗均匀腐蚀的能力、优异的抗点蚀和缝隙腐蚀 (PRE 56) 以及非常好的抗应力腐蚀开裂。实验室测试结果表明，Ultra 654 SMO 在某些氯化物环境中的耐腐蚀性能高于合金625、与 C-276 相似。<o:p></o:p> 对于耐点蚀和缝隙腐蚀的相对性能，通过使用以不同方式测定的临界点蚀温度（CPT）和缝隙腐蚀温度（CCT）来说明。技术标准有：ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT) 和ASTM G150 (CPT)。用120目砂纸干磨表面制备试件，表5 列出了CPT和CCT测试的结果。<o:p></o:p> 用320目砂纸干磨表面制备试件，表6列出了根据ASTM G150 测定的CPT结果。<o:p></o:p> 替代钛的应用<o:p></o:p> 虽然我们主要关注 Ultra 654 SMO 作为合金 625 的替代品，但应该注意的是在某些应用中，尤其是热交换器，它也可以作为一种有效和有成本效益的钛的替代品。<o:p></o:p> 事实上，它在任何暴露于氟离子的应用中都优于钛，因为氟离子对钛有害。<o:p></o:p> 现场测试<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 已在各种应用中获得了广泛的现场测试经验。<o:p></o:p> 板式换热器<o:p></o:p> 对暴露于盐度为 3.3%-3.6% 的北海海水中的板式换热器进行了重要的现场测试。参见图 2。测试是在 45、50、60和 70 °C 下进行的，在3 个月内施加2ppm连续氯化。在 45 °C 时，254 SMO 出现缝隙腐蚀，而C276 出现浅的缝隙腐蚀和过钝化腐蚀。相比之下，Ultra 654 SMO 在 70 °C 下可耐缝隙腐蚀。<o:p></o:p> 冷凝管<o:p></o:p> 约94,000米Ultra 654 SMO焊管（外径24 x 0.7 x 7.815 mm）*早用于1995年，用于替换瑞典Forsmark 1 和 2 核电站的钛冷凝器管，如图 3 所示。<o:p></o:p> 紧随其后的是瑞典 Ringhals 的 56,000米钢管和芬兰TVO的 58,000米钢管。这些装置安装的冷凝器钢管总共超过200公里。<o:p></o:p> 制药厂<o:p></o:p> 制药厂的通风系统可能会暴露在腐蚀性很强的气体中，例如氯化氢。在该工厂中测试了多种活性物质，包括 pH 值范围为 0 到 14 的含氯化物溶液。测试结果完全令人满意。<o:p></o:p> 烟气脱硫<o:p></o:p> Babcock Noells 在 2017 年为吸收塔选择了 Ultra 654 SMO 钢板。<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 还为船用烟气脱硫装置的洗涤器入口提供了良好的耐腐蚀性能。作为热烟气的入口处，这是一个特别苛刻的应用。<o:p></o:p> 传统上，Alloy 31 一直是优选材料。它是一种添加了氮的铁镍铬钼合金。这填补了特殊合金奥氏体不锈钢和镍合金之间的空白。然而，Ultra 654 SMO 比Alloy 31 具有更高的机械强度。如果入口的设计能够利用这种更高的强度，那么它可以减轻15% 到 25% 的重量。此外，Ultra 654 SMO 较低的镍含量也使其具有成本效益且价格更稳定。<o:p></o:p> 垃圾焚烧<o:p></o:p> 由于垃圾中含有 PVC 和 PTFE 等塑料，城市垃圾焚烧厂的烟气可能含有氯化氢和氟化氢。<o:p></o:p> 1995年，比利时泽布吕赫的一座城市垃圾焚烧厂安装了一台由 Ultra 654 SMO 钢板制成的洗涤器。*具腐蚀性区域的使用条件包括 pH 0.5、80 °C 的温度和35,000 ppm 的氯化物。**次检查是在连续服务近15 个月后停机时进行的，发现洗涤器处于良好状态。<o:p></o:p> 溶剂回收<o:p></o:p> 在某些过程中从空气中回收溶剂时，它们会被捕获在活性炭过滤器中。饱和后，过滤器用100-120 °C 的蒸汽反冲洗，蒸汽冷凝溶剂混合物随后冷却并分离。<o:p></o:p> 在这个过程中，氯化物或盐酸会导致过滤器的不锈钢外壳腐蚀。据报道，当溶剂为二氯甲烷时，316L在使用很短的时间后会发生严重腐蚀。<o:p></o:p> Ultra 654 SMO 在该工艺中的**工业应用是 1992 年在英国普利茅斯的一家工厂的两个活性炭过滤器。<o:p></o:p> 纸浆漂白<o:p></o:p> 造纸工业中的纸浆漂白使设备暴露于强氧化性和含氯化物的溶液中，有时在低 pH 值下。比较材料选择，传统不锈钢牌号在基于氯/二氧化氯的漂白过程中容易受到点腐蚀和缝隙腐蚀，但对基于过氧化物的漂白具有抵抗力。钛耐氯/二氧化氯，但在过氧化物溶液中容易受到均匀腐蚀。镍基合金耐过氧化物，但在二氧化氯溶液中会发生过钝化均匀腐蚀。<o:p></o:p> 作为一种铁基合金，Ultra 654 SMO 可抵抗过氧化物中的均匀腐蚀和二氧化氯中的过钝化腐蚀。它还具有非常高的抗点腐蚀和缝隙腐蚀能力。这种组合使其成为漂白厂设备组件的理想材料。<o:p></o:p> 使用 654 SMO 的一个例子是瑞典纸浆厂 D 级漂白塔中的喷嘴，取代了仅持续4 周的 316L。环境中含有 3,000 ppm 二氧化氯，pH 值为 3–3.5，温度为 70 °C。它还被用于加拿大、美国和印度尼西亚工厂的D 级过滤器洗涤器。<o:p></o:p> 苛刻环境的理想选择<o:p></o:p> 作为合金 625 的替代品，Ultra 654 SMO 的多种优势和特性包括：<o:p></o:p> • **的耐腐蚀性，使其非常适合高温、高氯化物含量和低 pH 值的苛刻环境。 其主要应用包括热交换器、管道和泵。<o:p></o:p> • Ultra 654 SMO 是一种**成本效益的镍基合金替代品，尤其是对合金625，可节省 30%-40% 的潜在成本。<o:p></o:p> • 较低的合金含量使 Ultra 654 SMO 的价格更加稳定。<o:p></o:p> • 较低的密度可节省材料成本并减轻成品结构的重量，以便于搬运和安装。<o:p></o:p> • Ultra 654 SMO 具有良好的机械性能和成型性。<o:p></o:p> • Ultra 654 SMO 可提供*大宽度为 1,000 mm和厚度为 0.5mm~6 mm的卷材和板材。<o:p></o:p>

不锈钢材料能否替代镍合金？

许多设计师对于*苛刻的应用默认地选择镍合金，例如：板式换热器 (PHE)、接触海水的管道和泵，以及用于化工、石化和纸浆造纸工业的设备。他们的理由是镍合金在苛刻腐蚀环境中具有**的耐腐蚀性能。然而这可能并不是*好的解决方案，镍基合金很贵。他们想到了选择不锈钢Ultra 654 SMO，能够提供与镍合金625相当的性能，但是节约了30%-40%的成本，并且价格稳定。

Ultra 654 SMO化学成分的特征是它含有耐局部腐蚀性能非常重要的合金元素，如：铬（Cr）、钼(Mo)和特别重要的氮（N）。这使得它耐点蚀和缝隙腐蚀的性能都优于合金625。这还不是全部，Ultra 654 SMO比普通奥氏体不锈钢和耐腐蚀镍合金更强，同时具有与常规奥氏体合金相当的成形性能。

价格比较

在定价方面，Ultra 654 SMO 介于 316L 和合金625 之间。以 316L 作为基准，如表 1 所示，很明显，Ultra 654 SMO 比合金 625 便宜得多，同时可提供相当的性能。

由于较低的 Ni 和 Mo 含量，更好的价格稳定性

Ultra 654 SMO 的一个主要优点是它提供比合金 625 更好的价格稳定性，因为它的镍和钼成分百分比较低，镍和钼容易受到商品价格变化的影响（见表2）。

较低的密度是一个重要的附带好处

表 3 中显示的物理特性表明， Ultra 654 SMO 的密度8.0 kg/dm3低于合金 625的密度8.5 kg/dm3。这种差异可能看起来并不大，但是由于不锈钢和镍合金是按吨购买的，在购买大量材料时吨位减少6%，这通常直接转化为可观的成本节约。

Ultra 654 SMO 的较低密度也意味着整个系统更轻，便于搬运和安装，这对于海底和海上结构尤其重要。

强度更高，规格更薄，重量减轻更多

表 4 显示 Ultra 654 SMO 比合金625 更强。这意味着可以使用更薄的规格制造组件，从而减轻重量和成本。

易于制造

r值，也称为塑性应变比，是材料具有良好拉伸性能的重要指标。r 值越高越好。此外，测量不同拉伸方向的r 值显示了板材在成型过程中如何承受变薄。

Ultra 654 SMO 在不同方向上显示出出色的 r 值，如图 1 所示。这使其非常适合压制组件，例如板式换热器的板片。该材料还具有与其他奥氏体牌号相似的变形硬化率。

Ultra 654 SMO 也适用于热加工。为保持其机械性能，热加工后应在至少 1,150 °C 的温度下进行淬火，以去除热加工操作过程中形成的金属间相。

对于常用的焊接工艺，Ultra 654 SMO 具有良好的可焊性。

与所有奥氏体不锈钢一样，Ultra 654 SMO 加工硬化很快。这一点，连同其高韧性，意味着从加工角度来看，它在车削、铣削和钻孔等操作中具有挑战性。但是，只要选择正确的刀具、刀具设置和切削速度，就可以成功加工。

耐腐蚀性能

Ultra 654 SMO 具有非常好地抗均匀腐蚀的能力、优异的抗点蚀和缝隙腐蚀 (PRE 56) 以及非常好的抗应力腐蚀开裂。实验室测试结果表明，Ultra 654 SMO 在某些氯化物环境中的耐腐蚀性能高于合金625、与 C-276 相似。

对于耐点蚀和缝隙腐蚀的相对性能，通过使用以不同方式测定的临界点蚀温度（CPT）和缝隙腐蚀温度（CCT）来说明。技术标准有：ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT) 和ASTM G150 (CPT)。用120目砂纸干磨表面制备试件，表5 列出了CPT和CCT测试的结果。

用320目砂纸干磨表面制备试件，表6列出了根据ASTM G150 测定的CPT结果。

替代钛的应用

虽然我们主要关注 Ultra 654 SMO 作为合金 625 的替代品，但应该注意的是在某些应用中，尤其是热交换器，它也可以作为一种有效和有成本效益的钛的替代品。

事实上，它在任何暴露于氟离子的应用中都优于钛，因为氟离子对钛有害。

现场测试

Ultra 654 SMO 已在各种应用中获得了广泛的现场测试经验。

板式换热器

对暴露于盐度为 3.3%-3.6% 的北海海水中的板式换热器进行了重要的现场测试。参见图 2。测试是在 45、50、60和 70 °C 下进行的，在3 个月内施加2ppm连续氯化。在 45 °C 时，254 SMO 出现缝隙腐蚀，而C276 出现浅的缝隙腐蚀和过钝化腐蚀。相比之下，Ultra 654 SMO 在 70 °C 下可耐缝隙腐蚀。

冷凝管

约94,000米Ultra 654 SMO焊管（外径24 x 0.7 x 7.815 mm）*早用于1995年，用于替换瑞典Forsmark 1 和 2 核电站的钛冷凝器管，如图 3 所示。

紧随其后的是瑞典 Ringhals 的 56,000米钢管和芬兰TVO的 58,000米钢管。这些装置安装的冷凝器钢管总共超过200公里。

制药厂

制药厂的通风系统可能会暴露在腐蚀性很强的气体中，例如氯化氢。在该工厂中测试了多种活性物质，包括 pH 值范围为 0 到 14 的含氯化物溶液。测试结果完全令人满意。

烟气脱硫

Babcock Noells 在 2017 年为吸收塔选择了 Ultra 654 SMO 钢板。

Ultra 654 SMO 还为船用烟气脱硫装置的洗涤器入口提供了良好的耐腐蚀性能。作为热烟气的入口处，这是一个特别苛刻的应用。

传统上，Alloy 31 一直是优选材料。它是一种添加了氮的铁镍铬钼合金。这填补了特殊合金奥氏体不锈钢和镍合金之间的空白。然而，Ultra 654 SMO 比Alloy 31 具有更高的机械强度。如果入口的设计能够利用这种更高的强度，那么它可以减轻15% 到 25% 的重量。此外，Ultra 654 SMO 较低的镍含量也使其具有成本效益且价格更稳定。

垃圾焚烧

由于垃圾中含有 PVC 和 PTFE 等塑料，城市垃圾焚烧厂的烟气可能含有氯化氢和氟化氢。

1995年，比利时泽布吕赫的一座城市垃圾焚烧厂安装了一台由 Ultra 654 SMO 钢板制成的洗涤器。*具腐蚀性区域的使用条件包括 pH 0.5、80 °C 的温度和35,000 ppm 的氯化物。**次检查是在连续服务近15 个月后停机时进行的，发现洗涤器处于良好状态。

溶剂回收

在某些过程中从空气中回收溶剂时，它们会被捕获在活性炭过滤器中。饱和后，过滤器用100-120 °C 的蒸汽反冲洗，蒸汽冷凝溶剂混合物随后冷却并分离。

在这个过程中，氯化物或盐酸会导致过滤器的不锈钢外壳腐蚀。据报道，当溶剂为二氯甲烷时，316L在使用很短的时间后会发生严重腐蚀。

Ultra 654 SMO 在该工艺中的**工业应用是 1992 年在英国普利茅斯的一家工厂的两个活性炭过滤器。

纸浆漂白

造纸工业中的纸浆漂白使设备暴露于强氧化性和含氯化物的溶液中，有时在低 pH 值下。比较材料选择，传统不锈钢牌号在基于氯/二氧化氯的漂白过程中容易受到点腐蚀和缝隙腐蚀，但对基于过氧化物的漂白具有抵抗力。钛耐氯/二氧化氯，但在过氧化物溶液中容易受到均匀腐蚀。镍基合金耐过氧化物，但在二氧化氯溶液中会发生过钝化均匀腐蚀。

作为一种铁基合金，Ultra 654 SMO 可抵抗过氧化物中的均匀腐蚀和二氧化氯中的过钝化腐蚀。它还具有非常高的抗点腐蚀和缝隙腐蚀能力。这种组合使其成为漂白厂设备组件的理想材料。

使用 654 SMO 的一个例子是瑞典纸浆厂 D 级漂白塔中的喷嘴，取代了仅持续4 周的 316L。环境中含有 3,000 ppm 二氧化氯，pH 值为 3–3.5，温度为 70 °C。它还被用于加拿大、美国和印度尼西亚工厂的D 级过滤器洗涤器。

苛刻环境的理想选择

作为合金 625 的替代品，Ultra 654 SMO 的多种优势和特性包括：

• **的耐腐蚀性，使其非常适合高温、高氯化物含量和低 pH 值的苛刻环境。其主要应用包括热交换器、管道和泵。

• Ultra 654 SMO 是一种**成本效益的镍基合金替代品，尤其是对合金625，可节省 30%-40% 的潜在成本。

• 较低的合金含量使 Ultra 654 SMO 的价格更加稳定。

• 较低的密度可节省材料成本并减轻成品结构的重量，以便于搬运和安装。

• Ultra 654 SMO 具有良好的机械性能和成型性。

• Ultra 654 SMO 可提供*大宽度为 1,000 mm和厚度为 0.5mm~6 mm的卷材和板材。

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