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超級(jí)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕

2021-09-08 15:47:36 作者：工業(yè)小南點(diǎn) 來(lái)源：工業(yè)小南點(diǎn) 分享至：

超級(jí)奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕

01. 254SMO超級(jí)不銹鋼

254SMO是高含Cr、Ni、Mo和N的高合金奧氏體不銹鋼，是近30年來(lái)發(fā)展的新鋼種，對(duì)其耐蝕特性研究還較少，但已明確其具有優(yōu)良的抗全面腐蝕、抗多種介質(zhì)的Cl-SCC、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，在濕H2S環(huán)境下，也有良好的抗SCC性能。有良好的延展性和可焊性，其冷加工硬化傾向較S30408不銹鋼要小，深度冷加工后，經(jīng)完全退火處理可以提高抗SCC能力。為保證耐蝕性能，固溶熱處理制度為最低1150℃保溫，急冷，用作壓力容器的適用溫度為-60℃～400℃。在化學(xué)工業(yè)的過(guò)程設(shè)備、果汁和造紙的漂泊設(shè)備、燃?xì)鈨艋⒑Ｋ幚砗蛽Q熱器上應(yīng)用廣泛[1]，較300系列不銹鋼更具有耐全面腐蝕、SCC和點(diǎn)蝕能力，而較鎳基合金更省錢(qián)。

254SMO為瑞典Avesta 和Outokumpu 牌號(hào)[1，2]，按ASTM A959 [3]牌號(hào)為S31254，GB/T 20878[4]牌號(hào)為015Cr20Ni18Mo6CuN。該材料目前有板、帶、棒和管等，涉及到的標(biāo)準(zhǔn)除Avesta 的“Standard Cr-Ni-Mo Stainless Steels” [5]企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，主要有ASTM A240/A240M[6]、ASTM A249/A249M[7]、ASTM A269[8]、SATM A270[9]、ASTM A276[10]、ASTM A312/A312M[11]、ASTM A479/A479M[12]和GB/T 20878[4]、 GB/T 3280[13]等。化學(xué)成分見(jiàn)表4-55。

表4-55 254SMO[1，6]不銹鋼化學(xué)成分 mass%

Avesta等[1，2] 按ASTM G48標(biāo)準(zhǔn)在沸騰的42%（mass）MgCl2介質(zhì)中對(duì)254SMO進(jìn)行SCC試驗(yàn)，結(jié)果其焊接管較2205雙相鋼具有明顯的優(yōu)勢(shì)，2205典型的的平均開(kāi)裂時(shí)間為小于24h，而254SMO為200h。按ISO 15324[14]的SCC評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖4-172，試驗(yàn)表明254SMO抗Cl-SCC性能明顯優(yōu)于S31608、2205、2507和904L。

載荷 Rp0.2%

圖4-172 用DET法測(cè)量的不同材料臨界應(yīng)力值

文獻(xiàn)[15] 研究認(rèn)為，由于254SMO在600°C-1000°C熱循環(huán)時(shí)，晶界無(wú)有害相析出，因此，即使是焊接接頭也無(wú)晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。在3M NaCl溶液中對(duì)敏化態(tài)的254SMO進(jìn)行SSRT試驗(yàn)，結(jié)果圖4-173，表4-56為固溶態(tài)和敏化態(tài)254SMO在不同溶液中由陽(yáng)極極化曲線獲得的點(diǎn)蝕點(diǎn)位和耐蝕性能、SSRT試驗(yàn)測(cè)得的斷面收縮率（εA/εI）比值、點(diǎn)蝕點(diǎn)位、抗拉強(qiáng)度和耐蝕性能。Cl-含量由1M增加到3M、或在3M NaCl溶液中pH值由6到2，斷面收縮率沒(méi)有顯著改變，如果按εA/εI大于0.8，不存在SCC，則敏化態(tài)254SMO在3M NaCl、pH大于2的80℃溶液中不會(huì)發(fā)生SCC。但在pH小于1時(shí)，敏化態(tài)的254SMO的εA/εI為0.54，固溶態(tài)的為0.86。斷口掃描電鏡分析結(jié)果見(jiàn)圖4-174、圖4-175，結(jié)果表明敏化態(tài)的試樣斷裂為準(zhǔn)解理擴(kuò)展和二次裂紋，呈SCC特征；點(diǎn)蝕電位值顯示，在3M NaCl中，pH值小于1時(shí)，材料呈活化態(tài)。研究結(jié)果表明，在強(qiáng)酸性條件下（pH＜1），80℃時(shí)敏化態(tài)的254SMO和C275、S31603一樣具有晶間形SCC（IGSCC）危險(xiǎn)，而固溶態(tài)的無(wú)SCC風(fēng)險(xiǎn)。

圖4-173 敏化態(tài)254SMO在80℃的3M NaCl中pH值對(duì)應(yīng)力和延伸率的影響

表 4-56 254SMO在80℃溶液中的（εA/εI）比值、Ep（Vs. EAg/AgCl）、Rm和耐蝕性能

圖4-174 固溶態(tài)254SMO SSRT試驗(yàn)后

圖4-175 敏化態(tài)254SMO SSRT試驗(yàn)后

由于254SMO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%以上，點(diǎn)蝕指數(shù)PRE（16N）為43，所以，與其他材料相比，點(diǎn)蝕傾向較小。因材料中的Cr、Mo和N含量較高，所以具有良好的抗縫隙腐蝕性能。Avesta[1]的研究結(jié)果，結(jié)果表明其抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能大大優(yōu)于300系列不銹鋼和2205型雙相不銹鋼，與鎳基合金接近。

文獻(xiàn)[16]研究發(fā)現(xiàn)，按ASTM G150[17]電化學(xué)方法試驗(yàn)，采用藥芯GTAW（gas tungsten arc welding）焊接，其焊接接頭耐蝕性與母材相比，耐蝕性下降較小，而無(wú)藥芯的焊接，導(dǎo)致其點(diǎn)蝕性能大大下降，見(jiàn)圖4-176，這主要是因?yàn)楹附咏宇^化學(xué)成分和金相組織不連續(xù)造成的。

ASTM G-150 臨界點(diǎn)蝕溫度試驗(yàn)

圖4-176 S31603、254SMO和SAF2507焊接接頭在ASTM G150中CTP試驗(yàn)結(jié)果

在濕H2S環(huán)境下，NACE MR0175 [18] 和Avesta 研究結(jié)果[1]允許254SMO在退火狀態(tài)下和冷加工后硬度在35HRC以下使用。

02. 其他超級(jí)奧氏體不銹鋼

a.Cronifer 1925 hMo-合金 926[19]

與合金904L具有類(lèi)似化學(xué)成分的奧氏體不銹鋼，是在Cronifer 1925 LC 的基礎(chǔ)上提高了Mo、N含量研制而成，其N(xiāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到了0.2%左右、Mo約為6.5%。N和Mo含量的提高顯著增加Cronifer 1925 LC的性能，尤其是在鹵化物介質(zhì)中具有突出的耐局部腐蝕性能和極好的力學(xué)性能。出色的耐局部腐蝕性能加上25%（mass）的Ni含量使合金926 在Cl-介質(zhì)中具有尤其突出的耐腐蝕性。在Cl-含量10×10-3～70×10-3、pH 值5～6、工作溫度50～68℃的石灰石漿料的各種FGD（煙氣脫硫裝置）系統(tǒng)中的試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)1-2a的試驗(yàn)期，合金926 基本上沒(méi)有發(fā)生點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和Cl-SCC。已獲得應(yīng)用于壓力容器制造相關(guān)認(rèn)證（VdTUV-196～400℃ 及 ASME 認(rèn)證）。

b. AL-6XN合金

為高Ni（24%mass）-Mo（6.3%mass）超奧氏體不銹鋼，它比標(biāo)準(zhǔn)的300系列合金對(duì)Cl-具有更高的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和SCC能力，比傳統(tǒng)的抗腐蝕鎳基合金成本低，而且能提供比300奧氏體不銹鋼更高的強(qiáng)度，因此經(jīng)常應(yīng)用于設(shè)備中較薄的部分。

c.URANUS? B6 and B6N[20]

為含20Cr-4.3Mo-1.5Cu和N的超級(jí)不銹鋼，ASTM B625[21]牌號(hào)為UNS N 08904。具有優(yōu)良的抗SCC、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。該材料在天然氣和海水處理、煙氣脫硫、造紙漂白設(shè)備和高溫高氯化物環(huán)境、含硫酸性環(huán)境下使用良好。

d.AL4565合金（UNS Designation S34565）（EN Designation 1.4565）[22]

為高含Cr、Mo和N的超級(jí)奧氏體不銹鋼。由于其N(xiāo)含量高，所以較其他6Mo超級(jí)不銹鋼有更高的強(qiáng)度和微觀組織穩(wěn)定性（抗σ相析出），有優(yōu)異的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、Cl-SCC和堿脆性能，焊接性能好，在高含氯環(huán)境，如污水處理、海洋油氣設(shè)備和海水淡化設(shè)備上使用良好。

e.INCOLOY 25-6Mo[23]（UNS N08926/W. Nr.1.4529，前身為UNS N08925）[21，24，25]

ASME Code Case 2120 （Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Low Carbon alloy N08926）定義了它的化學(xué)成分，最大許用應(yīng)力值和力學(xué)性能要求。它含有6%的Mo并通過(guò)添加N提高性能，高的Mo含量以及N使得它能夠抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和SCC，含有的Cu能夠提高它對(duì)硫酸的抗腐蝕性。該合金的PREN為47，比低Ni含量的S31708和雙相鋼明顯要好的抗Cl-SCC性能，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的抗強(qiáng)氯化物腐蝕的合金，材料在退火態(tài)下的較S31608、904L有更高的強(qiáng)度，有利于減小是設(shè)備壁厚，從而進(jìn)一步減少設(shè)備發(fā)生SCC的風(fēng)險(xiǎn)。為ASME鍋爐與壓力容器代碼認(rèn)可的材料，特別適用于一些處理高氯化物的環(huán)境中，如鹽水、海水、腐蝕性氯化物以及紙漿廠的漂白系統(tǒng)。它的應(yīng)用包括化工和食物工程、紙漿和紙的漂白設(shè)備、海洋和近海石油平臺(tái)設(shè)備、鹽廠的蒸發(fā)器、大氣污染控制系統(tǒng)、以及電廠的冷凝管道系統(tǒng)、循環(huán)水管道系統(tǒng)和供水加熱器等。此外，在一些海洋和化工環(huán)境中該合金還可作為高鎳合金的一種經(jīng)濟(jì)的替代品。

f.Allegheny Ludlum AL 904L? alloy[26]（UNS N08904[169]，URANUS B6[27]）

是中高合金的奧氏體不銹鋼，Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%、Cr含量高，添加了Mo（4.5%mass）和Cu，C含量低，具有良好的抗SCC性能，抗點(diǎn)蝕性能優(yōu)于S31608和S31708型不銹鋼。

g.Avesta 654SMOR[28]（UNS32654[6]）

高Cr、Mo和N合金，在1150℃固溶退火處理可以得到完全奧氏體化的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有普通不銹鋼的氯化物點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕問(wèn)題，抗Cl-SCC性能優(yōu)于254SMO。在海水和苦水處理系統(tǒng)、氯化物和二氧化氯漂白系統(tǒng)、化工設(shè)備、脫鹽系統(tǒng)、城市污水和板式換熱器上已有應(yīng)用。

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