雙相不銹鋼閥門性能

                       上海申弘閥門有限公司

摘要:雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般較少相的含量也需要達到30%的一種不銹鋼。申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。雙相鋼不銹鋼，兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點, 與鐵素體相比, 塑性、韌性更高, 無室溫脆性, 耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的℃脆性以及導熱系數高, 具有超塑性等特點, 主要常用作泵體、葉輪、閥體以及鍋爐排灰系統(tǒng)的閥板材料。也就是俗稱的尿素鋼, 屬高合金型, 一般含, 還含有鑰和氮, 值為一, 這類鋼的耐蝕性能高于國內雙相不銹鋼生產批量及應用量大的的雙相不銹鋼。針對該材料抗尿液腐蝕、耐磨損、使用可靠等優(yōu)點,
近年來，由于雙相不銹鋼是一種性能優(yōu)良, 節(jié)省投資的材料,諸多領域中可以取代普通的奧氏體不銹鋼閥門, 在石油化工、造紙、化肥、制鹽、運輸等行業(yè)具有很好的應用前景，大量應用于尿素合成塔的高壓差壓力調節(jié)閥以及尿素裝置主工藝管路多種規(guī)格的雙相鋼球閥，雙相鋼閘閥，雙相鋼截止閥得到廣泛應用。

已被廣泛應用于各個領 域。在泵閥領域的應用也收到了可喜的效果。我公司 近幾年成功地開發(fā)了雙相鋼閥門．通過國內幾家新建 和改造項目的使用．用戶十分滿意。下面就從以下幾 ‘ 相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與 ＡＮＳＩ ３１６Ｌ相當。含２５％Ｃｒ的．尤其是含氮的高鉻雙 相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了ＡＮＳＩ ３１６Ｌ。

（３）具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。

（４）綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度。 屈服強度是１８—８型奧氏體不銹鋼的２倍。固溶態(tài)的 個方面談一談雙相鋼閥門特點及應用。

１ 雙相鋼材料的特點 雙相不銹鋼閥門所具有的優(yōu)良的性能是由其材 延伸率達到２５％，韌性值Ａｋ（Ｖ型槽口）在１００Ｊ以 上。

（５）可焊性良好。熱裂傾向小。一般焊前不需要預 熱。焊后不需要熱處理。可與１８—８型奧氏體不銹鋼或 碳鋼等異種焊接。 料的性能和閥門本身的結構特點所決定的，因此，我 們先了解一下雙相鋼材料的特點： 所謂“雙相不銹鋼"是在其固溶組織中鐵素體相 和奧氏體相大約各占一半．一般少量相也不低于 ３０％。

（６）含低鉻（１８％Ｃｒ）的雙相不銹鋼熱加工溫度范 圍比１８—８型奧氏體不銹鋼熱加工范圍寬?？沽π?。 （７）冷ＪＪＤ－ｒ時比１８—８型奧氏體不銹鋼加工硬化效 應大。在管、板承受變形初期，需施加較大應力才能變 形。

（８）與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數大．線膨脹系 數小。

（９）有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向。不宜用 在高于３００℃的工作條件。 我公司目前選用的是上海大隆和遼化特鋼生產 的２２０５型雙相不銹鋼．與尿素級３１６Ｌ奧氏體不銹鋼 進行對比試驗。對比試驗結果見表ｌ一表４。 雙相不銹鋼由于在其組織中存在鐵素體和奧氏 體．因此它具備鐵素體不銹鋼所具有的較高強度、耐 氯化物應力腐蝕性能和奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良 韌性和焊接性能的優(yōu)點．其主要性能特點如下：

（１）含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化 物應力腐蝕性能。

（２）含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有 相同的孔蝕抗力當量值（ＰＲＥ＝Ｃｒ％＋３．３ｘＭｏ％＋１６ｘ Ｎ％）時．雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位 表１化學成分比較 從化學成分上看，明顯的是Ｎｉ含量的不同， ３１６Ｌ（尿素級）是００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ的近２．４倍。 －２９８－ ， ２００７’中國煤炭加工與綜合利用技術、市場、產業(yè)化信息交流會暨煤化工產業(yè)發(fā)展研討會 從上述結果看出，００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ鋼強度高于 ３１６Ｌ鋼，屈服強度約是其２倍，布氏硬度是其１．５倍。 表３低倍組織比較 為了驗證該鋼的耐腐蝕性能水平．根據Ｓｔａｍｉｃａｒ－ ｂｏｎ對３１６Ｌ（尿素級）的驗收標準進行了 ００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ鋼和３１６Ｌ鋼（尿素級）對比實驗。其 試樣均為固溶態(tài)，在（６５±０．２）％ＨＮＯ，沸騰溶液中試驗 ５周期，每周期４８ｈ，其結果見表４。 表４耐晶間腐蝕性能對比 休氏法（Ｈｕｅｙ）是作為尿素用材耐蝕性和各國通 用的一個主要檢驗方法。這個方法要求很嚴格。一般 化學成分控制不當，鋼的冶金質量不好。很難通過此 法。３１６Ｌ（尿素級）規(guī)定５個周期平均腐蝕量≤３．３汕ｍ／ ４８ｈ，為合格。從試驗結果來看，００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ鋼不 但達到了這一要求．而且也達到了２５—２２—２（２ＲＥ６９） 奧氏體不銹鋼的耐腐蝕標準平均腐蝕量≤１．５ｌｘｍ／ ４８ｈ。好于３１６Ｌ（尿素級）的平均腐蝕量，特別是從第５ 周期開始．００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ鋼腐蝕量遠遠低于３１６Ｌ （尿素級）的腐蝕量。從而說明了００Ｃｒ２２Ｎｉ５Ｍ０３Ｎ鋼 化學成分理想，耐蝕性能強于３１６Ｌ（尿素級）。

（２）閥門密封副噴焊硬質合金?？蓢姾告嚮阜邸?司太立合金和碳化鎢等材料，硬度高可達ＨＲＣ６５． 具有優(yōu)異的耐磨蝕性能，提高了閥門的使用壽命。 （３）由于雙相鋼材料本身的特點，閥門具有較強 的抗硫化氫和氯離子腐蝕的能力。 （４）充分考慮了水煤漿介質高溫沉積結垢后。啟 閉力矩增大對球閥閥桿強度的要求．設計時雙相鋼球 閥閥桿采用了１７４０Ｈ沉淀硬化不銹鋼．此種材料經 沉淀硬化處理后．可獲得較高的強度．滿足了閥門實 際使用要求。

（５）雙相鋼球閥采用固定球形式。介質作用于密 封副上的力較浮動球大幅降低，啟閉力矩減小。閥座 設計為封閉式結構．能有效的防止由于沉積和結垢造 成的彈簧失效。密封圈采用柔性石墨或塑料合金。材 料具有很好的密封性能和抗高溫性能（柔性石墨可達 ８００℃、塑料合金達到了３０００Ｃ），閥桿采用沉淀硬化不 銹鋼。熱處理后具有較高的機械性能．解決了由于介

２雙相鋼閥門的特點

（１）閥門采用整體鍛造加工或鍛焊結構，并經無 損檢測合格，固溶處理，材料組織細密，由于全部為加 工表面。產品外形美觀。 一２９９— ２００７’中國煤炭加工與綜合利用技術、市場、產業(yè)化信息交流會暨煤化工產業(yè)發(fā)展研討會 質沉積結垢造成閥門啟閉力矩增大可能造成的閥桿 變形問題。大口徑閥門可根據用戶要求設置沖洗口， 對沉積物進行沖洗。 公司、山東肥城化肥廠、山西原平化肥廠、河南息縣化 肥廠、羅山金鼎化工有限公司、江蘇華昌化工公司、河 北遷安化肥廠、河北藁城化肥廠、赤水天然氣化工總 廠、瀘．天化集團公司等。使用效果都不錯，耐磨損腐蝕 性能及強度都有很大提高．大大提高了閥門的使用壽 命。 我國煤炭資源相對豐富．近幾年煤化工發(fā)展迅 猛．引進國外煤粉加壓氣化和水煤漿加壓氣化技術正 被廣泛推廣。由于其對煤質要求較低?？梢猿浞掷?現有煤炭資源．采用低質煤代替無煙標煤大大降低了 產品成本。因此。具有廣闊的市場前景。但由于此工藝 介質中含Ｓ較高、含有固體顆粒、工作溫度較高易結 垢等的特殊性．對所用閥門也提出了更高的要求。我 公司為國內引進英國殼牌和美國德士古氣化技術配 套開發(fā)的雙相鋼硬密封球閥、截止閥、止回閥等閥門， 已成功地用于廣西柳化、南化公司、南京惠生、湖北化 肥廠、安慶石化、中石化洞庭氮肥廠、云南天安化工有 限公司、神華寧夏煤業(yè)集團、中原大化等新建和改建

３雙相鋼閥門的應用 從表４中可以看出．２２０５材料的抗晶間腐蝕性 能優(yōu)于尿素級３１６Ｌ．且兼有鐵素體和奧氏體的雙重 特性。強度和硬度都高于３１６Ｌ。我公司將此材料應用 到尿素甲銨液介質閥門的閥芯部位．提高了閥門的抗 晶間腐蝕能力和沖蝕能力．并且用于環(huán)境比較的 尿素合成塔一道閥同樣收到了滿意的效果。 目前生產尿素的ＣＯ：氣提法和ＮＨ，氣提法采用 的多是高合金奧氏體不銹鋼。甚至是鈦材。國內已在 尿素裝置的甲銨泵進出口單向閥和主工藝管路的高 壓截止閥的內件．采用雙相不銹鋼以代替３１６Ｌ（尿素 級）鋼。我公司已為國內多家化肥和化工企業(yè)提供了 此種閥門。如錦西天然氣化工總廠、中石油蘭州石化 化肥廠、中石油寧夏化工總廠、浩良河化肥廠、山東瑞 星生物化工有限公司、安陽化學工業(yè)集團有限公司、 河南心連心化工公司、平頂山飛行化工有限公司、山 東明水大化、山東魯西化工股份公司、山東德齊龍化 工公司、中海油海南富島化肥廠、江蘇恒盛化肥有限 項目，產品滿足工藝設計要求，使用效果很好。從目前 奧氏體不銹鋼不斷攀升的價格看．鎳資源的稀缺是不 銹鋼價格上漲的主要因素之一．而低鎳或無鎳的雙相 不銹鋼的價格優(yōu)勢將越來越突現出來．因此雙相鋼閥 門的應用將會越來越廣泛。 
   同時, 他在一些高氧環(huán)境, 如沿海地區(qū)有良好的表現, 此外雙相鋼強度比奧氏體鋼高一倍, 因而使用雙相鋼可以減輕重量減少用量，也大量使用雙相鋼閥門。目前國內雙相不銹鋼生產批量及應用量正大, 它已代替奧氏體不銹鋼閥門成為海上化學品船的*閥門來使用。
   世界上雙相不銹鋼閥門的年產量大約僅占不銹鋼總產量的很小一部分。近年以來, 雙相不銹鋼閥門的年增長率快速增長。由于優(yōu)異的耐腐蝕性, 適于制造氯化物和硫化氫介質條件下的設備, 同時, 因高強度使其在負荷較重的結構應用中成為奧氏體不銹鋼閥門理想的替代品。由于其良好的力學性能和耐腐蝕性能, 可使延長閥門的壽命期成本降低。因此, 在許多應用中雙相鋼閥門成為一種的選擇。
   從生產工藝來講, 生產雙相不銹鋼閥門的生產難度增加不大, 主要由于鎳合計元素的增加，增加了材料的熱強性，材料更加綿軟，要適當降低加工的切削要數。我公司早在年就已經開始成功為貴化、昆化、自貢雞鶴化工、河北東化等提供材質S31803尿素合成塔用各種閥門, 由于該系列閥門性能優(yōu)良, 產品質量可靠, 具有使用方便, 壽命長久等優(yōu)點, 深受用戶好評。 
雙相不銹鋼
雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般較少相的含量也需要達到30%的一種不銹鋼。在含C量較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些雙相鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。該類雙相鋼兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體不銹鋼相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
雙相不銹鋼在1935年在美國誕生以來，已經發(fā)展到第三代。雙相不銹鋼的主要特點是屈服強度可達400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約雙相鋼閥門用材料，降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環(huán)境比較惡劣（如海水，氯離子含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。
2205雙相不銹鋼是2000年138-588-66378成功研究開發(fā)的雙相不銹鋼新產品，2205雙相不銹鋼是一種加N的雙相不銹鋼（簡稱2205雙相鋼），雙相不銹鋼2205合金是由21％鉻,2.5％鉬及4.5％鎳氮合金構成的復式不銹鋼。
雙相不銹鋼的性能特點
由于兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐雙相不銹鋼氯化物應力腐蝕性能結合在一起，正是這些*的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結構材料發(fā)展迅速。
雙相不銹鋼有以下性能特點：
（1）含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60°C以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設備都存在著產生應力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。
（2）含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）時，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI 316L相當。含25%Cr的，尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L。
（3）具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質的條件下，適用于制作雙相不銹鋼水泵、雙相不銹鋼閥門等動力設備。
（4）綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度，屈服強度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達到25%，韌性值AK在100J以上。
（5）可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。
（6）含低鉻（18%Cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小，可不經過鍛造，直接軋制開坯生產鋼板。含高鉻（25%Cr）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可以生產板、管和絲等產品。
（7）冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大，在管、板承受變形初期，需施加較大應力才能變形。
（8）與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數大，線膨脹系數小，適合用作設備的襯里和生產復合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。
（9）仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300°C的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。
與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：
（1）屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%，有利于降低成本。
（2）具有優(yōu)異的耐應力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。
（3）在許多介質中應用普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼，而雙相超級不銹鋼閥門具有*的耐腐蝕性，再一些介質中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。
（4）具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當的奧氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。
（5）比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產復合板或襯里等。
（6）不論在動載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對結構件應付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯，有實際應用價值。
與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：
（1）應用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。
（2）其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。
（3）存在中溫脆性區(qū)，需要嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現，損害性能。
與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：
（1）綜合力學性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不象鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。
（2）除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
（3）冷加工工藝性能和冷成型性能遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼。
（4）焊接性能也遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理。
（5）應用范圍較鐵素體不銹鋼寬。
與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：
合金元素含量高，價格相對高，一般鐵素體不含鎳。廣泛應用于煉油工業(yè)、石油化工和化學工業(yè)、石油和天然氣工業(yè)紙漿和造紙工業(yè)、化肥工業(yè)（尿素工業(yè)、磷肥工業(yè)）、食品制藥工業(yè)等行業(yè)的閥門-雙相不銹鋼閥門，它的出現替代了奧氏體不銹鋼閥門，其使用日益廣泛。
    雙相不銹鋼閥門所具有的優(yōu)良的耐腐蝕性和高強度性能是由其材料的性能所決定的。所謂“雙相不銹鋼"是在其固溶組織中鐵  素體相和奧氏體相大約各占一半，一般少量相也不低于30%。雙相不銹鋼由于在其組織中存在鐵素體和奧氏體，因此它具備鐵素體不銹鋼所具有的較高強度、耐氯化物應力腐蝕性能和奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性能的優(yōu)點。
    目前生產尿素的CO2氣提法和NH3氣提法采用的多是高合金奧氏體不銹鋼，甚至是鈦材，國內已在尿素裝置的甲銨泵進出口單向閥和主工藝管路的高壓截止閥的內件采用雙相不銹鋼以代替316L（尿素級）鋼，耐磨損腐蝕性能及強度都有很大提高，大大提高了閥門的使用壽命。
    我國鎳資源緊缺，鎳價居高不下。奧氏體不銹鋼中鎳含量是雙相不銹鋼2～4倍，而雙相不銹鋼的屈服強度是奧氏體不銹鋼2倍，且耐腐蝕的綜合性能良好。所以雙相不銹鋼是一種節(jié)鎳鋼種，就充分利用和保護鎳資源而言，雙相不銹鋼是一個綠色鋼種。從安全可靠性、工藝控制等方面考慮，使用雙相不銹鋼閥門會使綜合成本降低。隨著應用普及，雙相不銹鋼閥門一定會有廣闊的市場前景。
綜上所述，可以概括地看出DSS雙相不銹鋼的使用性能和工藝性能，它以其*的力學與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。本文相關的論文有：中國閥門產值遞增