316Ti不銹鋼高溫高壓減壓閥材質(zhì)性能

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之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹316Ti不銹鋼高溫高壓減壓閥材質(zhì)性能316Ti中鈦的加入能夠提高不銹鋼輻照后的延性和高溫機(jī)械性能。由于鈦與碳的結(jié)合能力很強(qiáng)，因此鈦首先與不銹鋼中的碳結(jié)合而減少了晶界貧鉻的傾向，這樣能大大提高不銹鋼抗晶間腐蝕的性能。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于不銹鋼316Ti的研究多集中在應(yīng)力腐蝕開裂研究，高溫蠕變斷裂性能，常溫腐蝕性能，高溫水中的裂紋擴(kuò)展，各元素成分對(duì)晶間腐蝕的影響，輻照后性能改變等。而對(duì)于其高溫水環(huán)境下的均勻腐蝕性能未見報(bào)道。我國(guó)在建的和今后要建的AP1000核電站主管道材料必然大量采用316Ti不銹鋼，而316Ti在高溫水中的化學(xué)均勻腐蝕性能是評(píng)價(jià)其服役性能的根本。為了深入研究316Ti不銹鋼在壓水堆一次側(cè)環(huán)境中的均勻腐蝕性能，對(duì)316Ti不銹鋼進(jìn)行了1680h的靜態(tài)釜高溫高壓水腐蝕考驗(yàn)。對(duì)不同階段生成的氧化膜進(jìn)行了微觀分析，并對(duì)均勻腐蝕速率進(jìn)行了定量評(píng)估。

不銹鋼氣體減壓閥由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成，主閥體下部有下蓋、主閥彈簧、主閥瓣，主閥瓣由主閥彈簧支撐，使主閥處于密封狀態(tài) 
不銹鋼氣體減壓閥的詳細(xì)信息
YK43F-16P不銹鋼壓縮空氣減壓閥
YK系列氣體減壓閥主要適用于工作溫度≤80℃（丁晴橡膠密封墊）和≤150℃（聚四氟乙烯密封墊）的空氣、煤氣、液化氣、氨氣、氧氣、天然氣、等氣體管路上。YK43X/F氣體減壓閥的壓力表直接安裝在閥門上部分的導(dǎo)閥上，更加直觀便利。
YK43F-16P不銹鋼壓縮空氣減壓閥工作原理
⒈不銹鋼氣體減壓閥由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成，主閥體下部有下蓋、主閥彈簧、主閥瓣，主閥瓣由主閥彈簧支撐，使主閥處于密封狀態(tài)。主閥體上部有活塞、缸套等；當(dāng)活塞受到介質(zhì)壓力后，靠剛缸套導(dǎo)向推動(dòng)主閥瓣，使閥門開啟；導(dǎo)閥體內(nèi)有導(dǎo)閥彈簧、導(dǎo)閥瓣、膜片等、導(dǎo)閥彈簧支撐導(dǎo)閥瓣，使導(dǎo)閥處于密封狀態(tài)；導(dǎo)閥上蓋內(nèi)有調(diào)節(jié)彈簧、調(diào)節(jié)螺栓，便于調(diào)節(jié)所需的工作壓力。 
⒉安裝使用不銹鋼氣體減壓閥時(shí)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)減壓閥導(dǎo)閥上的調(diào)節(jié)螺栓，頂開導(dǎo)閥瓣，介質(zhì)由”a“通道入導(dǎo)閥腔進(jìn)入"S"道，靠介質(zhì)壓力推動(dòng)活塞，使主閥瓣開啟，介質(zhì)流向閥后，同時(shí)由"B"道進(jìn)入膜片下腔。當(dāng)閥后壓力超過(guò)調(diào)定壓力時(shí)，推動(dòng)膜片壓縮調(diào)節(jié)彈簧，導(dǎo)閥漸漸關(guān)閉，流入活塞上部介質(zhì)減少，活塞上升使主閥瓣在主閥彈簧的作用下也漸漸關(guān)閉，A腔流向B腔介質(zhì)較少，閥后壓力下降，閥后壓力的微小變化，影響膜片和調(diào)節(jié)彈簧的平衡使膜片上下移動(dòng)，推動(dòng)導(dǎo)閥的活塞工作，使主閥上下移動(dòng)控制介質(zhì)流量，所以閥后壓力能保持穩(wěn)定。
一、研究方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)用的316Ti不銹鋼為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，其化學(xué)成分見表1。


【特材知識(shí)】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

試驗(yàn)樣品名義尺寸為25mm*20mm*2mm，試樣中心帶孔用于懸掛樣品，直徑為2.5mm，試樣表面依次用400#、800#、1200#和2000#SIC砂紙打磨拋光，在無(wú)水乙醇中超聲清洗，干燥后用于試驗(yàn)，用精度為0.1mg的電子天平稱重。為了減少試驗(yàn)的偶然誤差，采用了較多的平行試樣，初進(jìn)入高壓釜的為16塊平行試樣。試驗(yàn)分336h、816h、1152h、1680h等4個(gè)周期進(jìn)行，每個(gè)周期后稱重，并取出一塊樣品用作分析。試驗(yàn)介質(zhì)為模擬壓水堆一回路水化學(xué)環(huán)境：1000ppm硼酸+2.2ppm的氫氧化鋰，用超純水配置溶液（電阻率為18.2ΜΩ·cm）。

1.2試驗(yàn)裝置
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥試驗(yàn)裝置為20L的靜態(tài)高壓釜，釜體材料為316Ti不銹鋼，每次加入硼鋰水的體積為13L。

1.3試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)
試驗(yàn)溫度為300℃，試驗(yàn)壓力為水蒸氣的飽和蒸氣壓8.7MPa，溶液的水溫pH值為6.5。*次入釜為空氣飽和氧環(huán)境，以后每個(gè)周期換水后，用0.25MPa的氮?dú)獬?次，溶解氧的含量小于,0.05ppm。
 不銹鋼材料濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力。在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，不銹鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經(jīng)過(guò)鍍色等表面處理，而發(fā)揮不銹鋼所固有的表面性能,使用于多方面的鋼鐵的一種，通常稱為不銹鋼。代表性能的有13鉻鋼，18-8鉻鎳鋼等高合金鋼。

   不銹鋼管具有良好的抗晶間腐蝕性能，優(yōu)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(shí)，該鋼在-180℃條件下其力學(xué)性能仍佳。在固溶狀態(tài)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(zhì)中耐腐蝕好，因此，不銹鋼管的生產(chǎn)量和使用量是大的，應(yīng)用范圍廣的鋼種。

    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(chǎn)鍛材、棒材、線材、板材、帶材和絲材等冶金產(chǎn)品，熱加工溫度范圍為900-1180℃。冷加工較易，無(wú)特殊困難，由于兩種鋼易于冷加硬化，當(dāng)冷變形量過(guò)大時(shí)，須進(jìn)行中間退火處理，以利于進(jìn)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(shí)間后水冷。經(jīng)固溶處理后鋼的組織為奧氏體組織，有時(shí)也存在少量鐵素體。

    2 焊接

    不銹鋼管抑制焊接時(shí)的碳化物析出，可采用通用的方法進(jìn)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(chǎn)生晶間腐蝕傾向，對(duì)于厚截面尺，要保持焊后的耐晶間腐蝕性能，需進(jìn)行焊后熱處理，若不熱處理，應(yīng)改為304L不銹鋼或穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼。

    3.冷成型性能

    不銹鋼薄板在應(yīng)用過(guò)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(shù)指標(biāo)。影響304薄壁不銹鋼管的冷成型因素較多，也很復(fù)雜。就其金屬學(xué)因素來(lái)講主要是鋼的成分，即鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量之比，其常規(guī)拉伸性能中的延伸率是一個(gè)重要的表征指標(biāo)。為了獲得良好的冷成型性能，應(yīng)控制鋼中的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的比值處于一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?br />不銹鋼減壓閥安裝使用
1、裝減壓閥之前必須對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗清理。以防焊渣，氧化皮等贓物流入閥內(nèi)，影響閥門正常工作。
2、閥應(yīng)安裝在便于操作和維修的地方，并且必須直立安裝在水平管道上，應(yīng)注意使管路中介質(zhì)的流向與閥體上箭頭所示方向一致，切勿反裝。
3、減壓閥在安裝使用時(shí)，應(yīng)把旁通管道的截止閥打開，排除管路中的冷凝水和汽水的混合物，以防減壓閥開啟時(shí)產(chǎn)生水圾現(xiàn)象損壞減壓閥，當(dāng)無(wú)異?，F(xiàn)象后，按順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，將出口壓力調(diào)至所需的壓力(以閥后表壓為準(zhǔn))，調(diào)整后，將鎖緊螺母背緊，擰上防護(hù)罩。
4、減壓閥前應(yīng)安裝過(guò)濾器，以防介質(zhì)中的雜物進(jìn)入減壓閥，影響其性能。
5、安裝的減壓閥前后應(yīng)有一段直管，閥前的直管長(zhǎng)度約為600毫米，閥后的直管長(zhǎng)度約為1毫米。
6、一般減壓閥都要求進(jìn)出口壓差必須≥0.2Mpa。


    4.應(yīng)用

    食品用設(shè)備，一般化工設(shè)備，原子能工業(yè)用裝置部件等，均被廣泛應(yīng)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(chǎn)和用量多的鋼，用于生產(chǎn)薄壁件、輸酸管道及結(jié)構(gòu)件等。也經(jīng)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(huán)境下使用的部件等。


不銹鋼管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：中國(guó)GB/T14976、GB/T14975、GB/T3280、GB/T4237、GB/T1220；美國(guó)ASTM A312、A312M、ASTM A213，A213M、ASTM A240；日本JIS G 4304、JIS G4304，JISIG4303


不銹鋼管（無(wú)縫）的特性

1、化學(xué)分析:對(duì)材質(zhì)的化學(xué)成份進(jìn)行化學(xué)分析,化學(xué)成份符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
2、氣壓.水壓試驗(yàn)對(duì)耐壓用管逐支進(jìn)么水壓試驗(yàn),在規(guī)定壓力值不保持不小于5秒,不泄 露,常規(guī)供貨水壓壓力試驗(yàn)為2.45MPa.氣壓壓力試驗(yàn)為P=0.5MPAa。
3、腐蝕試驗(yàn):所供工業(yè)耐腐蝕鋼管均按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或雙方協(xié)議的腐蝕方法進(jìn)行鋼管的耐  腐蝕性能檢驗(yàn),不得有晶間腐蝕傾向。
4、工藝性能檢驗(yàn):壓扁試驗(yàn).拉伸試驗(yàn).沖擊試驗(yàn).擴(kuò)口試驗(yàn).硬度試驗(yàn).金相試驗(yàn).彎曲
試驗(yàn).無(wú)損探傷(包括渦流探傷.X光探傷和超聲波探傷)。
5、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn): 中國(guó)：GB/T14975-2002.GB/T14976-2002.GB13296-91.GB9948-88.
GB5310-95.GB2270-80


二、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1耐蝕性能分析
圖1為316Ti不銹鋼的腐蝕增重曲線，圖2為316Ti不銹鋼的腐蝕增重速率曲線。腐蝕增重值和腐蝕增重速率值都為負(fù)值，因此實(shí)際上是腐蝕失重。
【特材知識(shí)】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在300℃模擬壓水堆一回路硼鋰水條件下腐蝕1152h時(shí)，腐蝕失重量達(dá)到大2.7mg/dm²,1680h時(shí),腐蝕失重量降為1.39mg/dm²，336h時(shí)， 失重速率大為3.16*0.0001mg/（dm²·h），1680h時(shí)， 失重速率降為9.78*0.00001mg/（dm²·h）。證明剛開始時(shí)，氧化膜的保護(hù)性較差，生成的氧化膜大部分溶解了，導(dǎo)致失重較嚴(yán)重，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化膜越來(lái)越致密，保護(hù)性越來(lái)越好，因而腐蝕失重速率越來(lái)越低。這表明316Ti不銹鋼具有較好的耐均勻腐蝕性能。

2.2氧化膜形貌觀察
經(jīng)過(guò)14d模擬壓水堆一回路條件高溫高壓硼鋰水腐蝕后，316Ti不銹鋼表面由光亮的金屬光澤變?yōu)榍嗪谏趸さ念伾?。?jīng)過(guò)34d高溫腐蝕后，316Ti不銹鋼表面的顏色加深，變?yōu)楹稚?8d與34d的顏色基本相同，仍舊是褐色，70d高溫腐蝕后的顏色為深褐色。這與失重曲線結(jié)果一致，剛開始時(shí)，失重較大，顏色變化也很明顯；后來(lái)由于保護(hù)性氧化膜的逐步生成，顏色也進(jìn)一步加深為深褐色。
【特材知識(shí)】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

經(jīng)過(guò)14d飽和氧模擬壓水堆一回路300℃高溫高壓硼鋰水的腐蝕，316Ti不銹鋼表面沒有形成致密氧化物層，對(duì)整個(gè)大面（圖3（c））， 進(jìn)行EDX能譜分析（圖3（d）），分析結(jié)果如表2所示，氧原子與金屬原子的原子比為23:75，氧含量很低，證明氧化物層很薄，部分信號(hào)來(lái)自基體金屬。（Cr+Ni）與 Fe的原子比為0.553，高于基體的0.514，表明氧化膜中鐵原子的溶解程度更大。對(duì)較大的顆粒（圖3（ e））進(jìn)行了能譜分析（圖3（f）），氧原子與金屬原子的比為50:49，Cr、Ni的含量很低，證明大顆粒主要是鐵的氧化物顆粒。大顆粒（Cr+Ni）與Fe的原子比為0.073，遠(yuǎn)低于基體,0.465，同樣證明大顆粒為富鐵而貧鉻鎳的氧化物。氧化物大顆粒中Ti的含量也相對(duì)較高。此富鐵貧鉻鎳氧化物耐蝕性能很差，在高溫高壓一回路環(huán)境下首先溶解。
【特材知識(shí)】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

【特材知識(shí)】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

經(jīng)過(guò)70d的300℃高溫高壓硼鋰水腐蝕（圖4），316Ti不銹鋼表面生成了兩層氧化物（圖4（a）），靠近里層為細(xì)小致密氧化物層，細(xì)小氧化物層顆粒直徑為200～300nm，在細(xì)小致密氧化物層上面稀疏分布著直徑為0.5～1.6μm的大氧化物顆粒，形狀為立方體形和多邊形。對(duì)大顆粒（圖4（b））進(jìn)行EDX能譜分析（圖4（c））， 氧原子與金屬原子的原子比為44:55，（Cr+Ni）與Fe的原子比為0.278，低于基體的0.465，證明大顆粒主要為富鐵而貧鉻鎳的氧化物顆粒，此時(shí)（Cr+Ni）與Fe的原子比高于14d腐蝕后氧化物顆粒的0.073，相應(yīng)的耐蝕性也高于14d生成的大氧化物顆粒。對(duì)大顆粒之間的間（圖4（d））進(jìn)行能譜分析（圖4（e））氧原子的百分比降為32%，金屬原子的比率為67%，（Cr+Ni）與Fe的原子比為0.544，高于基體的0.514，Cr、Ni的含量很高，細(xì)小氧化物顆粒主要為富鉻鎳而貧鐵的氧化物。細(xì)小的富鉻鎳貧鐵氧化物層十分致密，耐蝕性能優(yōu)異，阻止了氧原子向金屬基體內(nèi)部擴(kuò)散和金屬離子向外遷移。316Ti不銹鋼由于生成了致密氧化物膜而耐高溫腐蝕性能較好。


三、結(jié)論
a.不銹鋼316Ti在模擬壓水堆一回路環(huán)境下的腐蝕失重先是快速增加，然后逐步降低。經(jīng)過(guò)70d高溫高壓硼鋰水腐蝕，其均勻腐蝕失重速率降為9.78*0.00001mg/（dm²·h），316Ti不銹鋼具有較好的耐均勻腐蝕性能。
b.316Ti不銹鋼在模擬壓水堆一回路高溫高壓硼鋰水環(huán)境下剛開始只是氧化膜的溶解，沒有形成致密保護(hù)性氧化膜。經(jīng)過(guò)70d高溫氧化后，316Ti不銹鋼表面形成了雙層氧化膜結(jié)構(gòu)，靠近基體的為致密氧化膜，氧化物顆粒細(xì)小，直徑為200～300nm，為富鉻鎳貧鐵氧化物層；外層氧化物顆粒粗大，直徑為0.5～1.6μm之間，且氧化物的致密程度也比不上里層的細(xì)小氧化物層，為富鐵貧鉻鎳氧化物層，Ti的含量也高于基體。
c.316Ti不銹鋼均勻腐蝕性能的提高是由于形成了細(xì)小致密的富鉻鎳貧鐵氧化物膜。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求