不锈钢材料能否替代镍合金？

不锈钢材料能否替代镍合金？

许多设计师对于*苛刻的应用默认地选择镍合金，例如：板式换热器(PHE)、接触海水的管道和泵，以及用于化工、石化和纸浆造纸工业的设备。他们的理由是镍合金在苛刻腐蚀环境中具有**的耐腐蚀性能。然而这可能并不是*好的解决方案，镍基合金很贵。他们想到了选择不锈钢Ultra 654 SMO，能够提供与镍合金625相当的性能，但是节约了30%-40%的成本，并且价格稳定。

Ultra 654 SMO化学成分的特征是它含有耐局部腐蚀性能非常重要的合金元素，如：铬（Cr）、钼(Mo)和特别重要的氮（N）。这使得它耐点蚀和缝隙腐蚀的性能都优于合金625。这还不是全部，Ultra 654 SMO比普通奥氏体不锈钢和耐腐蚀镍合金更强，同时具有与常规奥氏体合金相当的成形性能。

价格比较

在定价方面，Ultra 654 SMO介于316L和合金625之间。以316L作为基准，如表1所示，很明显，Ultra 654 SMO比合金625便宜得多，同时可提供相当的性能。

由于较低的Ni和Mo含量，更好的价格稳定性

Ultra 654 SMO的一个主要优点是它提供比合金625更好的价格稳定性，因为它的镍和钼成分百分比较低，镍和钼容易受到商品价格变化的影响（见表2）。

较低的密度是一个重要的附带好处

表3中显示的物理特性表明，Ultra 654 SMO的密度8.0 kg/dm3低于合金625的密度8.5 kg/dm3。这种差异可能看起来并不大，但是由于不锈钢和镍合金是按吨购买的，在购买大量材料时吨位减少6%，这通常直接转化为可观的成本节约。

Ultra 654 SMO的较低密度也意味着整个系统更轻，便于搬运和安装，这对于海底和海上结构尤其重要。

强度更高，规格更薄，重量减轻更多

表4显示Ultra 654 SMO比合金625更强。这意味着可以使用更薄的规格制造组件，从而减轻重量和成本。

易于制造

r值，也称为塑性应变比，是材料具有良好拉伸性能的重要指标。r值越高越好。此外，测量不同拉伸方向的r值显示了板材在成型过程中如何承受变薄。

Ultra 654 SMO在不同方向上显示出出色的r值，如图1所示。这使其非常适合压制组件，例如板式换热器的板片。该材料还具有与其他奥氏体牌号相似的变形硬化率。

Ultra 654 SMO也适用于热加工。为保持其机械性能，热加工后应在至少1,150°C的温度下进行淬火，以去除热加工操作过程中形成的金属间相。

对于常用的焊接工艺，Ultra 654 SMO具有良好的可焊性。

与所有奥氏体不锈钢一样，Ultra 654 SMO加工硬化很快。这一点，连同其高韧性，意味着从加工角度来看，它在车削、铣削和钻孔等操作中具有挑战性。但是，只要选择正确的刀具、刀具设置和切削速度，就可以成功加工。

耐腐蚀性能

Ultra 654 SMO具有非常好地抗均匀腐蚀的能力、优异的抗点蚀和缝隙腐蚀(PRE 56)以及非常好的抗应力腐蚀开裂。实验室测试结果表明，Ultra 654 SMO在某些氯化物环境中的耐腐蚀性能高于合金625、与C-276相似。

对于耐点蚀和缝隙腐蚀的相对性能，通过使用以不同方式测定的临界点蚀温度（CPT）和缝隙腐蚀温度（CCT）来说明。技术标准有：ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT)和ASTM G150 (CPT)。用120目砂纸干磨表面制备试件，表5列出了CPT和CCT测试的结果。

用320目砂纸干磨表面制备试件，表6列出了根据ASTM G150测定的CPT结果。

替代钛的应用

虽然我们主要关注Ultra 654 SMO作为合金625的替代品，但应该注意的是在某些应用中，尤其是热交换器，它也可以作为一种有效和有成本效益的钛的替代品。

事实上，它在任何暴露于氟离子的应用中都优于钛，因为氟离子对钛有害。

现场测试

Ultra 654 SMO已在各种应用中获得了广泛的现场测试经验。

板式换热器

对暴露于盐度为3.3%-3.6%的北海海水中的板式换热器进行了重要的现场测试。参见图2。测试是在45、50、60和70°C下进行的，在3个月内施加2ppm连续氯化。在45°C时，254 SMO出现缝隙腐蚀，而C276出现浅的缝隙腐蚀和过钝化腐蚀。相比之下，Ultra 654 SMO在70°C下可耐缝隙腐蚀。

冷凝管

约94,000米Ultra 654 SMO焊管（外径24 x 0.7 x 7.815mm）*早用于1995年，用于替换瑞典Forsmark 1和2核电站的钛冷凝器管，如图3所示。

紧随其后的是瑞典Ringhals的56,000米钢管和芬兰TVO的58,000米钢管。这些装置安装的冷凝器钢管总共超过200公里。

制药厂

制药厂的通风系统可能会暴露在腐蚀性很强的气体中，例如氯化氢。在该工厂中测试了多种活性物质，包括pH值范围为0到14的含氯化物溶液。测试结果完全令人满意。

烟气脱硫

Babcock Noells在2017年为吸收塔选择了Ultra 654 SMO钢板。

Ultra 654 SMO还为船用烟气脱硫装置的洗涤器入口提供了良好的耐腐蚀性能。作为热烟气的入口处，这是一个特别苛刻的应用。

传统上，Alloy31一直是优选材料。它是一种添加了氮的铁镍铬钼合金。这填补了特殊合金奥氏体不锈钢和镍合金之间的空白。然而，Ultra 654 SMO比Alloy31具有更高的机械强度。如果入口的设计能够利用这种更高的强度，那么它可以减轻15%到25%的重量。此外，Ultra 654 SMO较低的镍含量也使其具有成本效益且价格更稳定。

垃圾焚烧

由于垃圾中含有PVC和PTFE等塑料，城市垃圾焚烧厂的烟气可能含有氯化氢和氟化氢。

1995年，比利时泽布吕赫的一座城市垃圾焚烧厂安装了一台由Ultra 654 SMO钢板制成的洗涤器。*具腐蚀性区域的使用条件包括pH 0.5、80°C的温度和35,000 ppm的氯化物。**次检查是在连续服务近15个月后停机时进行的，发现洗涤器处于良好状态。

溶剂回收

在某些过程中从空气中回收溶剂时，它们会被捕获在活性炭过滤器中。饱和后，过滤器用100-120°C的蒸汽反冲洗，蒸汽冷凝溶剂混合物随后冷却并分离。

在这个过程中，氯化物或盐酸会导致过滤器的不锈钢外壳腐蚀。据报道，当溶剂为二氯甲烷时，316L在使用很短的时间后会发生严重腐蚀。

Ultra 654 SMO在该工艺中的**工业应用是1992年在英国普利茅斯的一家工厂的两个活性炭过滤器。

纸浆漂白

造纸工业中的纸浆漂白使设备暴露于强氧化性和含氯化物的溶液中，有时在低pH值下。比较材料选择，传统不锈钢牌号在基于氯/二氧化氯的漂白过程中容易受到点腐蚀和缝隙腐蚀，但对基于过氧化物的漂白具有抵抗力。钛耐氯/二氧化氯，但在过氧化物溶液中容易受到均匀腐蚀。镍基合金耐过氧化物，但在二氧化氯溶液中会发生过钝化均匀腐蚀。

作为一种铁基合金，Ultra 654 SMO可抵抗过氧化物中的均匀腐蚀和二氧化氯中的过钝化腐蚀。它还具有非常高的抗点腐蚀和缝隙腐蚀能力。这种组合使其成为漂白厂设备组件的理想材料。

使用654 SMO的一个例子是瑞典纸浆厂D级漂白塔中的喷嘴，取代了仅持续4周的316L。环境中含有3,000 ppm二氧化氯，pH值为3–3.5，温度为70°C。它还被用于加拿大、美国和印度尼西亚工厂的D级过滤器洗涤器。

苛刻环境的理想选择

作为合金625的替代品，Ultra 654 SMO的多种优势和特性包括：

• **的耐腐蚀性，使其非常适合高温、高氯化物含量和低pH值的苛刻环境。其主要应用包括热交换器、管道和泵。

•Ultra 654 SMO是一种**成本效益的镍基合金替代品，尤其是对合金625，可节省30%-40%的潜在成本。

• 较低的合金含量使Ultra 654 SMO的价格更加稳定。

• 较低的密度可节省材料成本并减轻成品结构的重量，以便于搬运和安装。

•Ultra 654 SMO具有良好的机械性能和成型性。

•Ultra 654 SMO可提供*大宽度为1,000mm和厚度为0.5mm~6mm的卷材和板材。