双相不锈钢

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经济型S32003双相不锈钢在热泵热水器水箱上的应用

来源:至德钢业 日期:2020-10-17 23:21:23 人气:20

不锈钢能够具有耐腐蚀性能主要是因为其含有一定比例的铬、碳、镍、钼等元素,这些元素的含量比例不同使得不锈钢的物理性能有很大的区别,目前热泵热水器不锈钢水箱大多采用SUS304材料,但随着产量的不断增加和使用时间的推移,市场反馈信息显示,SUS304不锈钢水箱不可避免的会存在腐蚀漏水的问题,需要寻找经济型的可替代不锈钢材料。本文从防腐性能、传热性能、焊接性能等物理特性,对水箱内胆选用双相不锈钢进行分析。


 承压保温水箱内胆是热泵热水器的核心部件,对不锈钢内胆材料的正确选择是设计高品质产品的重要保证。使用的原材料不好,往往用了一两年之后就会出现漏水,由于水箱结构的特殊性导致内胆不可维修,一旦内胆漏水则整个水箱报废,目前热泵热水器不锈钢水箱大多采用SUS304材料,但理论研究和长期的使用实践证明,SUS304不锈钢材料属性和内胆加工工艺使得不锈钢承压水箱,特别是在水质不好,高水温环境下很容易发生腐蚀漏水。


 1. 内胆在上下端盖与桶身配合处、管接头焊接部位容易发生缝隙腐蚀造成泄漏;


 2. 不锈钢材料中碳元素的存在,使得内胆在各焊接部位热影响区域发生晶间腐蚀倾向;


 3. 水中氯离子的存在会引起不锈钢材料的点腐蚀,高水温,水中矿物质、氧化物的存在会加速腐蚀的发生;


 4. 内胆在加工过程中,不锈钢材料会发生弯曲、拉伸、挤压形变,造成应力腐蚀。


 由于不锈钢材料各不相同,为了提高水箱内胆的质量,使用什么样的材料正困扰着设计人员,故需要寻找经济型的可替代不锈钢材料。本文从防腐性能、传热性能、焊接性能等物理特性,对水箱内胆选用双相不锈钢的应用进行分析。


一、钢种介绍


  双相不锈钢是指不锈钢的固溶组织中铁素体(x)与奥氏体(y)两相约各占一半,一般较少项的含量至少达到30%。与同级别的单相奥氏体不锈钢相比,大幅度降低镍含量的同时,材料本身还具有高强度、良好的耐应力腐蚀、耐点腐蚀及焊接性能。


  S32003是经济型双相不锈钢之一,它是通过以氮代镍的方式达到高性能和低成本的统一,由于含有1.5%的钼与铬、氮一起提高了材料的耐腐蚀性能,其耐点腐蚀指数PREN(PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%)在30左右,耐蚀性优于316L不锈钢,与317L不锈钢相当,同时S32003具有双相不锈钢的高强度、良好的耐应力腐蚀性能,因此在化学储罐、压力容器、纸浆造纸、桥梁、家电等多领域具有很好的应用前景。


二、S32003双相不锈钢成分性能介绍


 1. 化学成分(执行ASTMA240/A240M)


 2. 固溶状态冲击韧性


  在-60℃仍然具有较高的冲击值,冲击韧性“各向异性”,纵向大于横向,随温度降低,两个方向差值逐步减小,-196℃低温脆性较差,远低于304不锈钢、316L不锈钢。


 3. 高强度


 屈服强度是奥氏体(如316L)不锈钢的两倍,可实现制件的壁厚减薄及轻量化。


 4. 良好的耐腐蚀性


 铬主要铁素体形成元素,铭与氧结合能生成耐腐蚀的钝化膜,是不锈钢保持耐蚀性的基本元素之一。铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力,一般不锈钢中的铭含量必须在12%以上,而双相不锈钢的铭含量一般在20~29%之间钼:铁素体形成元素,提高钝化膜的稳定性,与铬协同作用,改善耐氯离子点腐蚀及缝隙腐蚀性能,氮是奥氏体形成元素,其形成能力远超过镍,对于提高强度、改善耐氯离子点腐蚀性能有重要作用。


  a. 良好的耐晶界腐蚀性能


  b. 良好的耐氯离子点腐蚀性能


  5. 点腐蚀


   不锈钢表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微,在局部形成具有一定深度的小孔或锈斑,经常被覆盖而不易被发现。


 6. 焊接性能


 由于双相不锈钢是铁素体与奥氏体的结合,因此焊接时,热裂倾向小,不需焊前预热与焊后热处理。含氮的双相不锈钢可以实现在焊接时热影响区保留30%的奥氏体,因此大大改善了焊接接头的韧性及耐蚀性能。


 取厚度为12.0mm的经过1050℃固溶处理后的中板,在实验室采用手工电弧焊的方式完成试样的焊接。具体的焊接参数如下:焊材:E2209-16;规格:p3.2mm;焊接方法:焊条电弧焊DC+;缓解温度:28℃;相对湿度:65%。


 焊接接头性能分析:对焊接性能进行了部分实验。其中,面弯、背弯、侧弯实验均合格;焊接接头强度Rm=755MPa,A=27%,断位在母材;按照ASTMA262-E法进行的非敏化态晶界腐蚀无裂纹。


 焊接接头金相组织:热影响区未形成单相铁素体组织,保证了接头的韧性,


三、结论


 由以上分析,双相不锈钢与同级别的单相奥氏体不锈钢相比,大幅度降低镍含量的同时,材料本身还具有高强度、良好的耐应力腐蚀、耐点腐蚀及焊接性能,S32003是经济型双相不锈钢之一,它是通过以氮代镍的方式达到高性能和低成本的统一,由于含有1.5%的钼,与铬、氮一起提高了材料的耐腐蚀性能。其耐点腐蚀指数PREN(PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%)在30左右,耐蚀性优于316L,与317L相当,同时S32003具有双相不锈钢的高强度、良好的耐应力腐蚀性能,因此热泵热水器承压水箱内胆可选用双相不锈钢S32003作为经济型的可替代不锈钢材料。


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