不锈钢材料能(néng)否替代镍合金？
不锈钢材料能(néng)否替代镍合金？
许多(duō)设计师对于*苛刻的应用(yòng)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(yòng)于化工、石化和纸浆造纸工业的设备。他(tā)们的理(lǐ)由是镍合金在苛刻腐蚀环境中具有(yǒu)**的耐腐蚀性能(néng)。然而这可(kě)能(néng)并不是*好的解决方案，镍基合金很(hěn)贵。他(tā)们想到了选择不锈钢Ultra 654 SMO，能(néng)够提供与镍合金625相当的性能(néng)，但是节约了30%-40%的成本，并且价格稳定。
Ultra 654 SMO化學(xué)成分(fēn)的特征是它含有(yǒu)耐局部腐蚀性能(néng)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(néng)都优于合金625。这还不是全部，Ultra 654 SMO比普通奥氏體(tǐ)不锈钢和耐腐蚀镍合金更强，同时具有(yǒu)与常规奥氏體(tǐ)合金相当的成形性能(néng)。
价格比较
在定价方面，Ultra 654 SMO 介于 316L 和合金625 之间。以 316L 作為(wèi)基准，如表 1 所示，很(hěn)明显，Ultra 654 SMO 比合金 625 便宜得多(duō)，同时可(kě)提供相当的性能(néng)。
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，因為(wèi)它的镍和钼成分(fēn)百分(fēn)比较低，镍和钼容易受到商(shāng)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(wù)理(lǐ)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(kě)能(néng)看起来并不大，但是由于不锈钢和镍合金是按吨購(gòu)买的，在購(gòu)买大量材料时吨位减少6%，这通常直接转化為(wèi)可(kě)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(duō)
表 4 显示 Ultra 654 SMO 比合金625 更强。这意味着可(kě)以使用(yòng)更薄的规格制造组件，从而减轻重量和成本。
易于制造
r值，也称為(wèi)塑性应变比，是材料具有(yǒu)良好拉伸性能(néng)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(yǒu)与其他(tā)奥氏體(tǐ)牌号相似的变形硬化率。
Ultra 654 SMO 也适用(yòng)于热加工。為(wèi)保持其机械性能(néng)，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(yòng)的焊接工艺，Ultra 654 SMO 具有(yǒu)良好的可(kě)焊性。
与所有(yǒu)奥氏體(tǐ)不锈钢一样，Ultra 654 SMO 加工硬化很(hěn)快。这一点，连同其高韧性，意味着从加工角度来看，它在車(chē)削、铣削和钻孔等操作中具有(yǒu)挑战性。但是，只要选择正确的刀(dāo)具、刀(dāo)具设置和切削速度，就可(kě)以成功加工。
耐腐蚀性能(néng)
Ultra 654 SMO 具有(yǒu)非常好地抗均匀腐蚀的能(néng)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(wù)环境中的耐腐蚀性能(néng)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(néng)，通过使用(yòng)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(yǒu)：ASTM G48E (CPT)、ASTM G48F(CCT) 和ASTM G150 (CPT)。用(yòng)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(yòng)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(yòng)
虽然我们主要关注 Ultra 654 SMO 作為(wèi)合金 625 的替代品，但应该注意的是在某些应用(yòng)中，尤其是热交换器，它也可(kě)以作為(wèi)一种有(yǒu)效和有(yǒu)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(yòng)中都优于钛，因為(wèi)氟离子对钛有(yǒu)害。
现场测试
Ultra 654 SMO 已在各种应用(yòng)中获得了广泛的现场测试经验。
板式换热器
对暴露于盐度為(wèi) 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(kě)耐缝隙腐蚀。
冷凝管
约94,000米Ultra 654 SMO焊管（外径24 x 0.7 x 7.815 mm）*早用(yòng)于1995年，用(yòng)于替换瑞典Forsmark 1 和 2 核電(diàn)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(kě)能(néng)会暴露在腐蚀性很(hěn)强的气體(tǐ)中，例如氯化氢。在该工厂中测试了多(duō)种活性物(wù)质，包括 pH 值范围為(wèi) 0 到 14 的含氯化物(wù)溶液。测试结果完全令人满意。
烟气脱硫
Babcock Noells 在 2017 年為(wèi)吸收塔选择了 Ultra 654 SMO 钢板。
Ultra 654 SMO 还為(wèi)船用(yòng)烟气脱硫装置的洗涤器入口提供了良好的耐腐蚀性能(néng)。作為(wèi)热烟气的入口处，这是一个特别苛刻的应用(yòng)。
传统上，Alloy 31 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體(tǐ)不锈钢和镍合金之间的空白。然而，Ultra 654 SMO 比Alloy 31 具有(yǒu)更高的机械强度。如果入口的设计能(néng)够利用(yòng)这种更高的强度，那么它可(kě)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(yǒu)成本效益且价格更稳定。
垃圾焚烧
由于垃圾中含有(yǒu) PVC 和 PTFE 等塑料，城市垃圾焚烧厂的烟气可(kě)能(néng)含有(yǒu)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。*具腐蚀性區(qū)域的使用(yòng)条件包括 pH 0.5、80 °C 的温度和35,000 ppm 的氯化物(wù)。**次检查是在连续服務(wù)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(yòng)100-120 °C 的蒸汽反冲洗，蒸汽冷凝溶剂混合物(wù)随后冷却并分(fēn)离。
在这个过程中，氯化物(wù)或盐酸会导致过滤器的不锈钢外壳腐蚀。据报道，当溶剂為(wèi)二氯甲烷时，316L在使用(yòng)很(hěn)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(yòng)是 1992 年在英國(guó)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(wù)的溶液中，有(yǒu)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(wù)的漂白具有(yǒu)抵抗力。钛耐氯/二氧化氯，但在过氧化物(wù)溶液中容易受到均匀腐蚀。镍基合金耐过氧化物(wù)，但在二氧化氯溶液中会发生过钝化均匀腐蚀。
作為(wèi)一种铁基合金，Ultra 654 SMO 可(kě)抵抗过氧化物(wù)中的均匀腐蚀和二氧化氯中的过钝化腐蚀。它还具有(yǒu)非常高的抗点腐蚀和缝隙腐蚀能(néng)力。这种组合使其成為(wèi)漂白厂设备组件的理(lǐ)想材料。
使用(yòng) 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(yǒu) 3,000 ppm 二氧化氯，pH 值為(wèi) 3–3.5，温度為(wèi) 70 °C。它还被用(yòng)于加拿(ná)大、美國(guó)和印度尼西亚工厂的D 级过滤器洗涤器。
苛刻环境的理(lǐ)想选择
作為(wèi)合金 625 的替代品，Ultra 654 SMO 的多(duō)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(wù)含量和低 pH 值的苛刻环境。 其主要应用(yòng)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(kě)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(kě)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(yǒu)良好的机械性能(néng)和成型性。
• Ultra 654 SMO 可(kě)提供*大宽度為(wèi) 1,000 mm和厚度為(wèi) 0.5mm~6 mm的卷材和板材。