不鏽鋼材料能否替代鎳合金？

不鏽鋼材料能否替代鎳合金？

許多設計師對於*苛刻的應用默認地選擇鎳合金，例如：板式換熱器(PHE)、接觸海水的管道和泵，以及用於化工、石化和紙漿造紙工業的設備。他們的理由是鎳合金在苛刻腐蝕環境中具有**的耐腐蝕性能。然而這可能並不是*好的解決方案，鎳基合金很貴。他們想到了選擇不鏽鋼Ultra 654 SMO，能夠提供與鎳合金625相當的性能，但是節約了30%-40%的成本，並且價格穩定。

Ultra 654 SMO化學成分的特征是它含有耐局部腐蝕性能非常重要的合金元素，如：鉻（Cr）、鉬(Mo)和特彆重要的氮（N）。這使得它耐點蝕和縫隙腐蝕的性能都優於合金625。這還不是全部，Ultra 654 SMO比普通奧氏體不鏽鋼和耐腐蝕鎳合金更強，同時具有與常規奧氏體合金相當的成形性能。

價格比較

在定價方麵，Ultra 654 SMO介於316L和合金625之間。以316L作為基準，如表1所示，很明顯，Ultra 654 SMO比合金625便宜得多，同時可提供相當的性能。

由於較低的Ni和Mo含量，更好的價格穩定性

Ultra 654 SMO的一個主要優點是它提供比合金625更好的價格穩定性，因為它的鎳和鉬成分百分比較低，鎳和鉬容易受到商品價格變化的影響（見表2）。

較低的密度是一個重要的附帶好處

表3中顯示的物理特性表明，Ultra 654 SMO的密度8.0 kg/dm3低於合金625的密度8.5 kg/dm3。這種差異可能看起來並不大，但是由於不鏽鋼和鎳合金是按噸購買的，在購買大量材料時噸位減少6%，這通常直接轉化為可觀的成本節約。

Ultra 654 SMO的較低密度也意味著整個係統更輕，便於搬運和安裝，這對於海底和海上結構尤其重要。

強度更高，規格更薄，重量減輕更多

表4顯示Ultra 654 SMO比合金625更強。這意味著可以使用更薄的規格製造組件，從而減輕重量和成本。

易於製造

r值，也稱為塑性應變比，是材料具有良好拉伸性能的重要指標。r值越高越好。此外，測量不同拉伸方向的r值顯示了板材在成型過程中如何承受變薄。

Ultra 654 SMO在不同方向上顯示出出色的r值，如圖1所示。這使其非常適合壓製組件，例如板式換熱器的板片。該材料還具有與其他奧氏體牌號相似的變形硬化率。

Ultra 654 SMO也適用於熱加工。為保持其機械性能，熱加工後應在至少1,150°C的溫度下進行淬火，以去除熱加工操作過程中形成的金屬間相。

對於常用的焊接工藝，Ultra 654 SMO具有良好的可焊性。

與所有奧氏體不鏽鋼一樣，Ultra 654 SMO加工硬化很快。這一點，連同其高韌性，意味著從加工角度來看，它在車削、銑削和鑽孔等操作中具有挑戰性。但是，隻要選擇正確的刀具、刀具設置和切削速度，就可以成功加工。

耐腐蝕性能

Ultra 654 SMO具有非常好地抗均勻腐蝕的能力、優異的抗點蝕和縫隙腐蝕(PRE 56)以及非常好的抗應力腐蝕開裂。實驗室測試結果表明，Ultra 654 SMO在某些氯化物環境中的耐腐蝕性能高於合金625、與C-276相似。

對於耐點蝕和縫隙腐蝕的相對性能，通過使用以不同方式測定的臨界點蝕溫度（CPT）和縫隙腐蝕溫度（CCT）來說明。技術標準有：ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT)和ASTM G150 (CPT)。用120目砂紙乾磨表麵製備試件，表5列出了CPT和CCT測試的結果。

用320目砂紙乾磨表麵製備試件，表6列出了根據ASTM G150測定的CPT結果。

替代鈦的應用

雖然我們主要關注Ultra 654 SMO作為合金625的替代品，但應該注意的是在某些應用中，尤其是熱交換器，它也可以作為一種有效和有成本效益的鈦的替代品。

事實上，它在任何暴露於氟離子的應用中都優於鈦，因為氟離子對鈦有害。

現場測試

Ultra 654 SMO已在各種應用中獲得了廣泛的現場測試經驗。

板式換熱器

對暴露於鹽度為3.3%-3.6%的北海海水中的板式換熱器進行了重要的現場測試。參見圖2。測試是在45、50、60和70°C下進行的，在3個月內施加2ppm連續氯化。在45°C時，254 SMO出現縫隙腐蝕，而C276出現淺的縫隙腐蝕和過鈍化腐蝕。相比之下，Ultra 654 SMO在70°C下可耐縫隙腐蝕。

冷凝管

約94,000米Ultra 654 SMO焊管（外徑24 x 0.7 x 7.815mm）*早用於1995年，用於替換瑞典Forsmark 1和2核電站的鈦冷凝器管，如圖3所示。

緊隨其後的是瑞典Ringhals的56,000米鋼管和芬蘭TVO的58,000米鋼管。這些裝置安裝的冷凝器鋼管總共超過200公裡。

製藥廠

製藥廠的通風係統可能會暴露在腐蝕性很強的氣體中，例如氯化氫。在該工廠中測試了多種活性物質，包括pH值範圍為0到14的含氯化物溶液。測試結果完全令人滿意。

煙氣脫硫

Babcock Noells在2017年為吸收塔選擇了Ultra 654 SMO鋼板。

Ultra 654 SMO還為船用煙氣脫硫裝置的洗滌器入口提供了良好的耐腐蝕性能。作為熱煙氣的入口處，這是一個特彆苛刻的應用。

傳統上，Alloy31一直是優選材料。它是一種添加了氮的鐵鎳鉻鉬合金。這填補了特殊合金奧氏體不鏽鋼和鎳合金之間的空白。然而，Ultra 654 SMO比Alloy31具有更高的機械強度。如果入口的設計能夠利用這種更高的強度，那麼它可以減輕15%到25%的重量。此外，Ultra 654 SMO較低的鎳含量也使其具有成本效益且價格更穩定。

垃圾焚燒

由於垃圾中含有PVC和PTFE等塑料，城市垃圾焚燒廠的煙氣可能含有氯化氫和氟化氫。

1995年，比利時澤布呂赫的一座城市垃圾焚燒廠安裝了一台由Ultra 654 SMO鋼板製成的洗滌器。*具腐蝕性區域的使用條件包括pH 0.5、80°C的溫度和35,000 ppm的氯化物。**次檢查是在連續服務近15個月後停機時進行的，發現洗滌器處於良好狀態。

溶劑回收

在某些過程中從空氣中回收溶劑時，它們會被捕獲在活性炭過濾器中。飽和後，過濾器用100-120°C的蒸汽反衝洗，蒸汽冷凝溶劑混合物隨後冷卻並分離。

在這個過程中，氯化物或鹽酸會導致過濾器的不鏽鋼外殼腐蝕。據報道，當溶劑為二氯甲烷時，316L在使用很短的時間後會發生嚴重腐蝕。

Ultra 654 SMO在該工藝中的**工業應用是1992年在英國普利茅斯的一家工廠的兩個活性炭過濾器。

紙漿漂白

造紙工業中的紙漿漂白使設備暴露於強氧化性和含氯化物的溶液中，有時在低pH值下。比較材料選擇，傳統不鏽鋼牌號在基於氯/二氧化氯的漂白過程中容易受到點腐蝕和縫隙腐蝕，但對基於過氧化物的漂白具有抵抗力。鈦耐氯/二氧化氯，但在過氧化物溶液中容易受到均勻腐蝕。鎳基合金耐過氧化物，但在二氧化氯溶液中會發生過鈍化均勻腐蝕。

作為一種鐵基合金，Ultra 654 SMO可抵抗過氧化物中的均勻腐蝕和二氧化氯中的過鈍化腐蝕。它還具有非常高的抗點腐蝕和縫隙腐蝕能力。這種組合使其成為漂白廠設備組件的理想材料。

使用654 SMO的一個例子是瑞典紙漿廠D級漂白塔中的噴嘴，取代了僅持續4周的316L。環境中含有3,000 ppm二氧化氯，pH值為3–3.5，溫度為70°C。它還被用於加拿大、美國和印度尼西亞工廠的D級過濾器洗滌器。

苛刻環境的理想選擇

作為合金625的替代品，Ultra 654 SMO的多種優勢和特性包括：

• **的耐腐蝕性，使其非常適合高溫、高氯化物含量和低pH值的苛刻環境。其主要應用包括熱交換器、管道和泵。

•Ultra 654 SMO是一種**成本效益的鎳基合金替代品，尤其是對合金625，可節省30%-40%的潛在成本。

• 較低的合金含量使Ultra 654 SMO的價格更加穩定。

• 較低的密度可節省材料成本並減輕成品結構的重量，以便於搬運和安裝。

•Ultra 654 SMO具有良好的機械性能和成型性。

•Ultra 654 SMO可提供*大寬度為1,000mm和厚度為0.5mm~6mm的卷材和板材。