316Ti不銹鋼高溫高壓減壓閥材質性能

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之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹316Ti不銹鋼高溫高壓減壓閥材質性能316Ti中鈦的加入能夠提高不銹鋼輻照后的延性和高溫機械性能。由于鈦與碳的結合能力很強，因此鈦首先與不銹鋼中的碳結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。

國內外對于不銹鋼316Ti的研究多集中在應力腐蝕開裂研究，高溫蠕變斷裂性能，常溫腐蝕性能，高溫水中的裂紋擴展，各元素成分對晶間腐蝕的影響，輻照后性能改變等。而對于其高溫水環境下的均勻腐蝕性能未見報道。我國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在高溫水中的化學均勻腐蝕性能是評價其服役性能的根本。為了深入研究316Ti不銹鋼在壓水堆一次側環境中的均勻腐蝕性能，對316Ti不銹鋼進行了1680h的靜態釜高溫高壓水腐蝕考驗。對不同階段生成的氧化膜進行了微觀分析，并對均勻腐蝕速率進行了定量評估。

不銹鋼氣體減壓閥由主閥和導閥兩部分組成，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 
不銹鋼氣體減壓閥的詳細信息
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。主閥體上部有活塞、缸套等；當活塞受到介質壓力后，靠剛缸套導向推動主閥瓣，使閥門開啟；導閥體內有導閥彈簧、導閥瓣、膜片等、導閥彈簧支撐導閥瓣，使導閥處于密封狀態；導閥上蓋內有調節彈簧、調節螺栓，便于調節所需的工作壓力。 
⒉安裝使用不銹鋼氣體減壓閥時，順時針方向旋轉減壓閥導閥上的調節螺栓，頂開導閥瓣，介質由”a“通道入導閥腔進入"S"道，靠介質壓力推動活塞，使主閥瓣開啟，介質流向閥后，同時由"B"道進入膜片下腔。當閥后壓力超過調定壓力時，推動膜片壓縮調節彈簧，導閥漸漸關閉，流入活塞上部介質減少，活塞上升使主閥瓣在主閥彈簧的作用下也漸漸關閉，A腔流向B腔介質較少，閥后壓力下降，閥后壓力的微小變化，影響膜片和調節彈簧的平衡使膜片上下移動，推動導閥的活塞工作，使主閥上下移動控制介質流量，所以閥后壓力能保持穩定。
一、研究方法
1.1實驗材料
實驗用的316Ti不銹鋼為國內生產，其化學成分見表1。


【特材知識】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

試驗樣品名義尺寸為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，在無水乙醇中超聲清洗，干燥后用于試驗，用精度為0.1mg的電子天平稱重。為了減少試驗的偶然誤差，采用了較多的平行試樣，初進入高壓釜的為16塊平行試樣。試驗分336h、816h、1152h、1680h等4個周期進行，每個周期后稱重，并取出一塊樣品用作分析。試驗介質為模擬壓水堆一回路水化學環境：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試驗裝置
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥試驗裝置為20L的靜態高壓釜，釜體材料為316Ti不銹鋼，每次加入硼鋰水的體積為13L。

1.3試驗運行參數
試驗溫度為300℃，試驗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境，以后每個周期換水后，用0.25MPa的氮氣除氧3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，具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。在空氣中或化學腐蝕介質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，不必經過鍍色等表面處理，而發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，該鋼在-180℃條件下其力學性能仍佳。在固溶狀態下鋼的塑性、韌性、冷加工性良好；在氧化性酸和大氣、水等介質中耐腐蝕好，因此，不銹鋼管的生產量和使用量是大的，應用范圍廣的鋼種。

    不銹鋼管具有良好的冷、熱加工性能，可采用通用的各種冷、熱加工工藝生產鍛材、棒材、線材、板材、帶材和絲材等冶金產品，熱加工溫度范圍為900-1180℃。冷加工較易，無特殊困難，由于兩種鋼易于冷加硬化，當冷變形量過大時，須進行中間退火處理，以利于進一步加工。



    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℃，保溫一定時間后水冷。經固溶處理后鋼的組織為奧氏體組織，有時也存在少量鐵素體。

    2 焊接

    不銹鋼管抑制焊接時的碳化物析出，可采用通用的方法進行焊接。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，焊后可不產生晶間腐蝕傾向，對于厚截面尺，要保持焊后的耐晶間腐蝕性能，需進行焊后熱處理，若不熱處理，應改為304L不銹鋼或穩定型奧氏體不銹鋼。

    3.冷成型性能

    不銹鋼薄板在應用過程中，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指標。影響304薄壁不銹鋼管的冷成型因素較多，也很復雜。就其金屬學因素來講主要是鋼的成分，即鉻當量和鎳當量之比，其常規拉伸性能中的延伸率是一個重要的表征指標。為了獲得良好的冷成型性能，應控制鋼中的鉻當量和鎳當量的比值處于一個適當的范圍。
不銹鋼減壓閥安裝使用
1、裝減壓閥之前必須對管路系統進行沖洗清理。以防焊渣，氧化皮等贓物流入閥內，影響閥門正常工作。
2、閥應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，應注意使管路中介質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，應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，以防減壓閥開啟時產生水圾現象損壞減壓閥，當無異常現象后，按順時針方向緩慢旋轉調節螺釘，將出口壓力調至所需的壓力(以閥后表壓為準)，調整后，將鎖緊螺母背緊，擰上防護罩。
4、減壓閥前應安裝過濾器，以防介質中的雜物進入減壓閥，影響其性能。
5、安裝的減壓閥前后應有一段直管，閥前的直管長度約為600毫米，閥后的直管長度約為1毫米。
6、一般減壓閥都要求進出口壓差必須≥0.2Mpa。


    4.應用

    食品用設備，一般化工設備，原子能工業用裝置部件等，均被廣泛應用。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和用量多的鋼，用于生產薄壁件、輸酸管道及結構件等。也經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境下使用的部件等。


不銹鋼管執行標準：中國GB/T14976、GB/T14975、GB/T3280、GB/T4237、GB/T1220；美國ASTM A312、A312M、ASTM A213，A213M、ASTM A240；日本JIS G 4304、JIS G4304，JISIG4303


不銹鋼管（無縫）的特性

1、化學分析:對材質的化學成份進行化學分析,化學成份符合標準規定。
2、氣壓.水壓試驗對耐壓用管逐支進么水壓試驗,在規定壓力值不保持不小于5秒,不泄 露,常規供貨水壓壓力試驗為2.45MPa.氣壓壓力試驗為P=0.5MPAa。
3、腐蝕試驗:所供工業耐腐蝕鋼管均按標準規定或雙方協議的腐蝕方法進行鋼管的耐  腐蝕性能檢驗,不得有晶間腐蝕傾向。
4、工藝性能檢驗:壓扁試驗.拉伸試驗.沖擊試驗.擴口試驗.硬度試驗.金相試驗.彎曲
試驗.無損探傷(包括渦流探傷.X光探傷和超聲波探傷)。
5、執行標準: 中國：GB/T14975-2002.GB/T14976-2002.GB13296-91.GB9948-88.
GB5310-95.GB2270-80


二、試驗結果及分析
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值，因此實際上是腐蝕失重。
【特材知識】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

實驗結果表明，在300℃模擬壓水堆一回路硼鋰水條件下腐蝕1152h時，腐蝕失重量達到大2.7mg/dm²,1680h時,腐蝕失重量降為1.39mg/dm²，336h時， 失重速率大為3.16*0.0001mg/（dm²·h），1680h時， 失重速率降為9.78*0.00001mg/（dm²·h）。證明剛開始時，氧化膜的保護性較差，生成的氧化膜大部分溶解了，導致失重較嚴重，隨著時間的延長，氧化膜越來越致密，保護性越來越好，因而腐蝕失重速率越來越低。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
經過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為青黑色，氧化膜的顏色均一。經過34d高溫腐蝕后，316Ti不銹鋼表面的顏色加深，變為褐色，48d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。這與失重曲線結果一致，剛開始時，失重較大，顏色變化也很明顯；后來由于保護性氧化膜的逐步生成，顏色也進一步加深為深褐色。
【特材知識】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

經過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，對整個大面（圖3（c））， 進行EDX能譜分析（圖3（d）），分析結果如表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，部分信號來自基體金屬。（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。對較大的顆粒（圖3（ e））進行了能譜分析（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境下首先溶解。
【特材知識】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

【特材知識】316Ti不銹鋼高溫高壓均勻腐蝕研究

經過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）），靠近里層為細小致密氧化物層，細小氧化物層顆粒直徑為200～300nm，在細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。對大顆粒（圖4（b））進行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（Cr+Ni）與Fe的原子比高于14d腐蝕后氧化物顆粒的0.073，相應的耐蝕性也高于14d生成的大氧化物顆粒。對大顆粒之間的間（圖4（d））進行能譜分析（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，細小氧化物顆粒主要為富鉻鎳而貧鐵的氧化物。細小的富鉻鎳貧鐵氧化物層十分致密，耐蝕性能優異，阻止了氧原子向金屬基體內部擴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、結論
a.不銹鋼316Ti在模擬壓水堆一回路環境下的腐蝕失重先是快速增加，然后逐步降低。經過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境下剛開始只是氧化膜的溶解，沒有形成致密保護性氧化膜。經過70d高溫氧化后，316Ti不銹鋼表面形成了雙層氧化膜結構，靠近基體的為致密氧化膜，氧化物顆粒細小，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小致密的富鉻鎳貧鐵氧化物膜。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求