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熱水儲罐用高耐蝕性鐵素體不銹鋼NSS WCR的特點

2015-12-24 14:40:03

1 前言

當(dāng)前清潔環(huán)保型能源在住宅和家電等領(lǐng)域正蓬勃發(fā)展。采用具有高效熱交換率和CO2低排放量的環(huán)境友好型熱水器就是一個家用產(chǎn)品向環(huán)保化方向發(fā)展的典型例子。這類熱水器的代表性產(chǎn)品是冷媒熱泵熱水器。

冷媒熱泵熱水器利用熱泵將空氣的低溫?zé)崮芪盏嚼涿街校瑢涿竭M行壓縮轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮埽瑥亩鴮λM行加熱。由于這種熱水器的運行成本很低，需求量增長很快，配套有大型熱水供給設(shè)備的住宅和公寓正在不斷普及冷媒熱泵熱水器的應(yīng)用。

2儲罐材質(zhì)的發(fā)展進程

熱泵熱水器

冷媒熱泵熱水器儲罐采用不銹鋼材質(zhì)。上世紀(jì)60年代使用SUS304和SUS316，以犧牲陽極Al棒的方式進行防腐保護，但這種儲罐存在應(yīng)力腐蝕開裂的隱患。到80年代，采用無需進行防腐保護，Mo含量相對較高的SUS444（19Cr-2Mo）等鐵素體不銹鋼成為熱水儲罐的主要用材，由于其添加的Ti、Nb和Zr等合金元素能起到穩(wěn)定組織的作用，因而可避免焊接后產(chǎn)生晶間腐蝕的現(xiàn)象。

近年來由于稀有金屬價格不斷走高，迫使熱水儲罐改用Mo含量較少的SUS445J1（22Cr-1Mo）型不銹鋼。熱水儲罐上下層板和側(cè)板采用TIG法進行焊接處理，杜絕因腐蝕造成漏水的現(xiàn)象。由于上下層板和罐體的焊接部位存在間隙結(jié)構(gòu)，容易形成縫隙腐蝕。此外，焊接時造成的表面氧化使得不銹鋼質(zhì)量下降，因此，在熱水儲罐組裝時，為防止焊接部位氧化，采用背面氬氣保護的焊接方法。

3 NSS WCR不銹鋼特點

熱水儲罐用高耐蝕鐵素體不銹鋼NSS WCR，在焊接時不進行背面氬氣保護，也可獲得良好的耐縫隙腐蝕性能，可降低制造成本。

熱水環(huán)境下焊接區(qū)縫隙腐蝕行為進行了詳細(xì)的研究。熱水儲罐中Cl-濃度為幾十個ppm，縫隙內(nèi)外可形成氧的濃差電池，從而引起縫隙腐蝕。由于縫隙內(nèi)的pH值逐漸下降和Cl-不斷濃聚，會形成惡劣的腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致縫隙腐蝕進一步惡化。

焊接時在不銹鋼表面會形成Fe和Cr的氧化層。焊接縫隙內(nèi)氧化物的組成、結(jié)構(gòu)以及氧化物下層不銹鋼的狀態(tài)對焊接縫隙的耐蝕性有很大影響。經(jīng)對焊接區(qū)縫隙腐蝕行為進行研究確定，NSS WCR的主要成分為24Cr-0.5Mo，其降低了C和N含量并添加了組織穩(wěn)定化元素，可抑制焊接區(qū)敏化現(xiàn)象，有效防止碳化鉻在晶間析出。

縫隙腐蝕試驗裝置，采用Pt作為輔助陽極進行浸漬試驗，儲罐中溫水溫度為80°C，Cl-濃度為2000ppm，試驗時長為30天。表1是NSS WCR與其他儲罐用材進行對比的焊接縫隙腐蝕試驗結(jié)果。

試驗條件：Pt輔助陽極浸漬試驗（用于溫水儲罐耐蝕性的試驗）。2000ppmCl-、80℃、30天。

無背面氬氣保護的NSS WCR與采用背面氬氣保護的其他材料相比，其具有等同或更好的耐縫隙腐蝕性。如對NSS WCR實施背面氬氣保護焊接，焊縫的耐蝕性將會進一步提升。用NSS WCR試制熱水儲罐，在實際應(yīng)用中進行腐蝕監(jiān)控試驗，取得了同樣的效果。同時，NSS WCR的力學(xué)性能和物理性能與現(xiàn)行使用的其他材料相近，具有相同的加工性能和焊接性能。

4 總結(jié)

高耐蝕性鐵素體不銹鋼NSS WCR具有以下優(yōu)點：

1）焊接時無需采用背面氬氣保護，也能夠使焊接區(qū)獲得良好的耐蝕性，且節(jié)約制造成本；

2）NSS WCR具有與熱水儲罐用現(xiàn)行材料SUS444和SUS445J1相同的耐蝕性；

3）與SUS444、SUS445J1相比，NSS WCR Mo含量降低，節(jié)約原料成本；

4）NSS WCR是高純度鐵素體鋼，用做儲罐材料具有良好的加工性和焊接性。

NSS WCR不僅可以應(yīng)用于冷媒熱泵熱水器的熱水儲罐，還可以用于電熱水器及新一代使用燃料電池的家庭熱水器熱水儲罐。可以預(yù)見，未來隨著不銹鋼產(chǎn)品的不斷豐富，冷媒熱泵熱水器及其他可高效利用能源的家用產(chǎn)品會逐漸普及。

責(zé)任編輯：班英飛

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