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不锈钢应用
stainless steel application

装备制造

phe行业特材使用浅析
来源: | 作者:emma | 发布时间: 2023-08-16 | 2660 次浏览 | 分享到:



      phe行业是特材中薄板片市场中常见板块,其原理是通过一系列冲压成波纹形状的金属片,叠装而成的一种高效换热设备。板片之间形成薄矩形通道,两侧液体或者蒸汽通过材料波纹进行非接触式热量交换。phe是液—液、液—汽进行能量交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。

图1.phe板片及流道图

  针对phe行业,普通的304及316l使用量最大,占整个市场的90%以上,主攻民用行业,包括制冷,楼宇供暖等行业,应用成熟且市场稳定;而本文要介绍的特殊材料,则主要用于海水,化工等介质更为复杂的工况之下。特材种类繁多,如何在不同的复杂工况下,结合材料价格,使用环境,加工工艺等多方面因素,选取性价比最高的材料,对于phe行业从业者及材料商,都是值得研究的方向。

1、超级不锈钢系列

  超级不锈钢系列应用非常广泛。在板换领域主要应用的品种有254smo以及904l,在以上两种材料成熟之前,al6xn及8926,8367等合金也曾有一段时间使用;目前市场上最常见的254smo是通过将mo含量提升到6%、对316型进行改良的超低碳高级不锈钢,其具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能,适用于海水、含盐水、无机酸等介质,在船用,海水养殖行业应用非常广泛。

  而904l则是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的超级奥氏体不锈钢,特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物(含cl-、f-)。其具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。对于某些浓度不高的硫酸环境,某些工况下可以和254smo替代使用,但在高温介质中(80℃以上),比254具有更广泛的应用。

2、纯镍板(ni201)

  含镍99%以上的纯镍板。主要用于高浓度(50%~70%)、高温的碱性溶液(naoh、koh等)。可以这样认为,纯碱无论浓度温度,使用镍材皆可。但是在选用需要注意的是,其对微咸海水等氯化物引起的缝隙腐蚀比较敏感;另外在使用过程中需要注意加工性能,由于日本制铁产地为了保证冲压性能,非常非常软(hv90左右),相当于平时材料硬度的一半,因此在加工压制的时候,要格外注意。

3、哈氏合金

  哈氏合金镍基合金的代表作之一,其中应用最广泛的是c276,被称为合金中的“万金油”,在多数腐蚀介质下都有良好的耐蚀表现,其几乎不受氯离子或者氯化物的影响,另外对各种浓度的硫酸耐蚀性极好,是可用于热浓硫酸的少数几种材料之一;其还广泛用于有机酸(如甲酸、醋酸)、高温hf酸和一定浓度的盐酸(<40%)、磷酸(≤50%);氯化物、氟化物和有机溶剂(如甲醇、乙醇),可以这样说,对于拿不准的介质,可以试试c276“网红合金”。

  另外在板换行业,还会用到哈氏合金 c2000及bc-1。

  哈氏合金c2000合金被称耐氧化性和还原性的“双面手”,性能全面,在氧化和还原环境中均具有优秀的耐均匀腐蚀能力。与c-276合金相比,对局部腐蚀和应力腐蚀开裂的抵抗能力也更好,但价格是c276的两倍,且材料分切配料损耗平摊成本也不及c276,因此虽有应用,但成本因素仍需推广。

  对于bc-1® (uns n10362)合金是美国哈氏公司的专利产品,与哈氏c系列合金相比,bc-1有更高的耐盐酸和硫酸腐蚀性能,极度耐点腐蚀和缝隙腐蚀。甚至bc-1合金能耐暴露在氧化环境的还原性酸腐蚀,最高使用温度可达427℃。由于bc-1的价格略高,仍需要进一步推广,但在某些环境下应用仍可以继续扩展。

4、钛及钛合金。

  纯钛材在空气中氧化能自然生成钝化保护膜,且如果一旦被破坏,具有“自愈性”,故耐蚀性比不锈钢好,是适合含氯介质(cl-浓度>200mg-l,温度≤130℃)的典型材料。在不超过120℃的海水和其他氯化物(如cacl2)溶液中,腐蚀可忽略不计。一般可用于135℃以下的海水和165℃以下各种浓度的盐水(nacl)。钛在沸点以下的有机酸(如浓硝酸、浓碳酸等)和稀碱液中,耐蚀性能也良好。

  但钛材也有短板,在h2so4、hcl、hf和王水等中的耐蚀性很差。在高温(120℃以上)的某些浓氯化物溶液(如ph>7、氯化物浓度>200mg-l的废水)中,也可能引起缝隙腐蚀或应力腐蚀。这时候“板材之王”钛钯合金就有其应用空间了。

  钛钯合金是添加了钯(0.12%~0.25%)的非合金化钛,因而明显改善了钛在酸类介质中的耐蚀性。例如,对浓度达70%的硝酸、含氧化性离子(如fe+、cu+)的盐酸以及电镀液等均有良好的耐蚀性。钛钯价格在近几年水涨船高,从单价1000元左右已经上升到接近2000元,在选用时务必注意价格因素。

5 、phe行业其他推广应用合金

  ①654smo是一种cr、ni、mo、n含量均高于254 smo 的超低碳高级不锈钢,mo、n含量很高,耐氯化物腐蚀的性能比254 smo更好,可用于冷的海水。pre为64,可以认为的254smo的升级版,某些性能可以和镍基合金媲美。

  ②蒙乃尔400合金该合金为ni(约65%)-cu(约30%)镍铜合金。在浓度80%以下、温度不高于50℃~100℃非充气的硫酸,浓度50%以下、温度100℃以下的hf酸,醋酸和碱性等介质中,耐蚀性良好。特别适用于酸性的氯化物溶液和某些工况下的微咸水和盐水;具有良好的耐高温性能。但是,不适用于浓硫酸、盐酸和硝酸,而且对汞(有时作为杂质存在)的侵蚀很敏感。

  ③59合金在绝大多数氧化环境的标准腐蚀试验中,其性能要高于其他ni-cr-mo不锈钢。alloy59镍基合金在一些还原性环境(如沸腾的10%硫酸)中的腐蚀速率要比常规的ni-cr-mo合金低三倍多,也适用于还原环境的化学流程工业。alloy59镍基合金在盐酸中的有很优秀的耐腐蚀性能。以上三种合金价格高,但在某些特殊的介质中,具有进一步的发展和研究空间。

  另外在近几年,高温合金310s及双相钢2205材料也在phe行业推广应用,主要应用于高温环境下及替代316l的作用,但由于其仍属于不锈钢及双相钢领域,本文就不加以展开描述。

表1 phe典型成分及环境


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