鐵素體不銹鋼在家裝水管上的選用
來源:    發布時間: 2019-08-07 18:02   340 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
鐵素體不銹鋼在家裝水管上的選用


鐵素體不銹鋼在家裝水管上的選用(上)

 李天寶 中國特鋼企業協會不銹鋼分會 7月23日

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選用不銹鋼薄壁管輸水是必然趨勢


      裝修中的給水管道作為我們日常生活的用水載體,一直在發生著變化。以我國建筑給水管道為例,曾經使用的鍍鋅管和銅管在使用幾年后,管內就開始產生大量的銹垢或氧化銹蝕,造成水中重金屬含量過高,并夾雜著內壁滋生的細菌,嚴重危害人體的健康。


       隨著科技進步,管道的推陳出新速度也不斷加快。越來越多的新型材料開始步入大眾視野,尤其是大量的塑料管和金屬塑料復合管占領了原有的管道市場。塑料管不太完美,在盛行的背后,往往時間會把它出賣,顯露出來諸多的弊端和隱患。新聞媒體屢屢報道建筑給水管道老化,出現管道爆裂,住戶家庭支流水管堵塞現象,越來越引起人們的重視。從鍍鋅管到鋁合全覆塑管材,再到塑料管道,可以看出給水管道在自己的發展過程中可以說是一波三折,曲折中也在不斷的探究更好的發展。由此可見上述管道的材料還遠不能適應給水的需要,無法滿足國家對飲用水及有關品質的要求。難道說目前真沒有能夠完善前述的材質不足的管材嗎?答案是否定的。


      不銹鋼作為一種特種合金鋼是一種綠色環保材料,也是目前管道材料中唯一可植入人體的材料。采用不銹鋼制作的管道能夠全面滿足給水系統、熱水系統和對衛生安全有更高標準的直飲水系統的要求。國外在20世紀60年代就開始應用和推廣薄壁不銹鋼管。在歐美日本等發達國家,不銹鋼應用在建筑給水、水處理系統已日趨普遍。薄壁不銹鋼管道材料無鉛、無毒,對人體無傷害,內壁光滑,不含再生細菌,不結垢,不老化,基本不腐蝕,可用在-40℃~300℃使用環境,應用壓力可達50公斤無泄漏,與建筑同壽命等優點,已被國內外工程實踐證明是給水管材中綜合性能最好、環保型和節能型的管材。薄壁不銹鋼管材是未來管材使用和發展的趨勢,現在可以預言,建筑給水管材最終將恢復到金屬管道時代。


       我國建筑給水不銹鋼管的應用較晚,1998年深圳自來水集團有限公司率先在梅林一村住宅小區中,采用日本鉚樂哥擠壓式不銹鋼管道系統用于分管供水取得了良好的效果,現在薄壁不銹鋼管已經在一些經濟發展水平較高地區的建筑給水和直飲水系統中開始大量應用。


       不銹鋼由厚壁變成薄壁大大的降低了它的成本,同時由于連接技術、連接工藝的改進,漏水問題解決了,經濟性的問題解決了,技術性的問題解決了,這就為它在供水行業的大面積應用鋪平了道路。今后隨著社會經濟的發展,人民群眾生活水平的提高,特別是隨著人民群眾對水質要求的不斷提高,薄壁不銹鋼管的應用,一定有一個非常廣闊的前景。


       薄壁不銹鋼管這一技術與產品的推廣應用對提高我國現代建筑的檔次,改善和保障供水水系,具有重要意義。國內薄壁不銹鋼已經開始走上標準化、快速化的發展道路。經過十幾年的發展,薄壁不銹鋼管已經在我國各大城市的標志性建筑、體育管、醫院、寫字樓、機場和民用住宅領域廣泛應用。有遠見,有對人民健康負責任的地方政府,已經率先規定了建筑和住宅的供水管線,必須選用不銹鋼薄壁管作為載體,比如深圳、長沙、江蘇海門、樂山、廈門等。國家也出臺了相關標準,如《建筑與小區管道直飲水系統技術規范》CJ/T110-2017;《室外給水設計規范》GB/500B-2006,明確了應用不銹鋼管的規定。輸送清潔優質的水源,讓每個家庭能喝上放心水,這不僅僅是一次精心的對管材材料的選擇,更是一次虔誠的對健康生活理念的堅持和尊重,“用好鋼、喝好水才能帶來全家人的好健康,立足好鋼,輸送好水,追求好健康”這句話說的真好,群眾的眼睛是雪亮的,好的東西不怕沒有市場,正是因為不銹鋼擁用諸多的優勢和特色,我們相信在未來改善輸送水的質量,提升大眾飲水安全健康等方面不銹鋼給排水管道將會起著力挽狂瀾的中流砥柱作用。


鐵素體不銹鋼管在家裝給水管道的選擇


       高質量的鐵素體不銹鋼已經出現多年,通過大量的深入研究,目前已經形成了系列的性能優異的商業牌號。這類鐵素體不銹鋼對市場的經驗豐富的生產企業來說并不陌生,奇怪的是大家對這類牌號似乎漠不關心,這是歷史原因造成的。20世紀,430型不銹鋼曾經是唯一認可的鐵素體不銹鋼種,早期的用戶對這個鋼種的使用,特別是在焊接或腐蝕嚴重的條件下,沒有足夠的技術支持。鐵素體不銹鋼的性能可與奧氏體不銹鋼相媲美,因此把鐵素體認為性能差或極其優異都是錯誤的。鐵素體不繡鋼在耐點腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕斷裂的性能優于奧氏體不銹鋼,鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼之間僅僅是性能和用途不同。鐵素體不銹鋼更適合做供排水等系統上采用。


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鐵素體不銹鋼特殊的特性

(1) 鐵素體不銹鋼有磁性

(2) 鐵素體不銹鋼的熱膨脹率低,加熱時膨脹程度僅是奧氏體不銹鋼的60%~70%,與普通鋼相近。

(3) 鐵素體不銹鋼的高溫抗氧化性好。表面氧化剝落傾向小于奧氏體不銹鋼。

(4) 鐵素體不銹鋼熱導率高,是奧氏體不銹鋼的1.3~1.6倍,鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼熱傳導更加均勻。

(5) 含穩定化元素Nb的鐵素體不銹鋼有良好的蠕變抗力,在長時間應力作用下的應變比奧氏體不鋼小。

(6) 鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼更易切削加工。

(7) 在冷加工變形時鐵素體不銹鋼的變形回復傾向比奧氏體不銹鋼小,鐵素體不銹鋼深拉成形性能優于奧氏體不銹鋼,脹形成形性能不如奧氏體不銹鋼。

(8) 鐵素體不銹鋼的屈服強度高(與碳鋼相當)。有些高鉻鐵素體不銹鋼的屈服強度能達到304不銹鋼的兩倍,其延伸率僅是304不銹鋼的60%左右,不過在工程應用上也能接受。

(9) 鐵素體不銹鋼不同于奧氏體不銹鋼,在含氯的水介質中鐵素體無應力腐蝕傾向,有些牌號的鐵素體不銹鋼在高濃度的氧化物介質中也可以實現免疫。

(10) 鐵素體不銹鋼具有良好的耐均勻腐蝕,耐點蝕  耐縫隙腐蝕性能,其耐能性取決于鋼中的Cr和Mo含量。通常用PRE(點蝕當量指示)值作為判定耐局部腐蝕能力。

(11) 就性價比而言,鐵素體不銹鋼不含Ni,一些特殊牌號的僅含小量的Ni,是節Ni不銹鋼,因此其成本相對低廉,且不受Ni價波動的影響。


       不銹鋼之所以不銹是由于Cr含量賦予了其特殊的耐蝕性。從某種程度上來講,所有鋼種都有發生腐蝕的傾向,然而不銹鋼由于其含鉻高而比炭鋼更耐腐蝕,鉻(不是鎳,人們常誤認為耐蝕的原因是鎳)是不銹鋼獲得耐蝕性能的主要成份。


      不銹鋼在給水環境使用過程中通常不需要維護,但在某種情況下為延長其使用壽命,少量維護也是必要的。


      不銹鋼的耐蝕性主要取決于化學成份而與奧氏體和鐵素體的結構無關。從耐蝕性角度來講,鐵素體相與奧氏體相可以被看作是不銹鋼家族中兩個可以互換的成員。


       五類鐵素體不銹鋼與304、316不銹鋼耐蝕性相比,非鮮明地體現了鉻的作用,同時也進一步說明含鎳奧氏體不銹鋼與大多數鐵素體不銹鋼的耐蝕性相當。


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合理選用鐵素體不銹鋼

       根據不同的含氯離子介質,合理選用鐵素體不銹鋼在家裝水管上應用,可以起到良好的效果。圖1 表示不銹鋼PRE值與點蝕電位的關系:

       

          圖2 表示縫隙腐蝕溫度,允許Cl的水平與鋼中PRE值的關系: 


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允許氯離子在溶液中的最高值

允許氯離子在溶液中的最高值,見表1。

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給水管道采用的鐵素體不銹鋼牌號

在家裝給水管道中推薦使用的鐵素體不銹鋼牌號主要有:

00Cr18Mo2NbTi(444), 00Cr22Mo1NbTi, 00Cr22Mo2NbTi, 019Cr24Mo2NbTi


下面重點從化學成分、力學性能、耐腐蝕性能、焊接性能介質、各鋼種的性能,便于與奧氏體鋼如304、316的對比,用以說明在城市建筑和住宅中選用鐵素體不銹鋼等更合理。


(1) 高純00Cr18MO2Ti(S44400)


化學成分


力學性能(室溫)      


耐點蝕性能

00Cr18Mo2Ti的耐點蝕性能大體上與00Cr17Ni12MO2相當,在3.5%NaCl中鋼的點蝕電位與溶液溫度的關系見圖3,其點蝕電位與00Cr17Ni12MO2相當。

圖3  00Cr18Mo2Ti(NSSC190)的耐點蝕性能

(NSSC190-00Cr18Mo2Ti;SUS430-1Cr17;SUS304-0Cr19Ni9;SUS316-0Cr17Ni12Mo2;空心點-固溶點;實心點-TIG焊態)


耐應力腐蝕性能

00Cr18MO2Ti耐應力腐蝕性能優于316L,在MgCl2溶液中,00Cr18MO2Ti的耐應力腐蝕(SCC)性能見表4。

00Cr18MO2Ti在42% MgCl2沸騰溫度下的應力腐蝕行為


焊接性能

00Cr18Mo2Ti可采用焊接不銹鋼的常規方法進行焊接焊態的耐蝕性與母材相當。適用于家裝給水管道。



(2) 00Cr22 Mo 1Nb(Ti)

00Cr22Mo1Nb(Ti)是一種含Cr是不低于21%,含鉬約1%的鐵素體不銹鋼,其耐蝕性能介于0Cr19Ni9和00Cr17Ni12Mo2之間;對應力腐蝕不敏感,是一種在氯的水溶液中取代316L的價廉結材料。


化學成份



力學性能

00Cr22M01Nb(Ti)退火板(850℃×5min,AC)的室溫力學性能見表6,表中數據表明鋼的強度和塑性均較高,伸長率在40%以上,各向異性不明顯。

表6 00Cr22Mo1Nb(Ti) 的室溫力學性能    

00Cr22Mo1Ti具有良好的室溫性能,室溫沖擊韌性?;?/span>具有良好的冷成形性,各向異性不明顯。


耐蝕性 

對4mm熱軋板經870℃×10min,AC處理的電化學試樣,測定其點蝕電位,試驗結果見圖4。在不同溫度的3.5%NaCl溶液中不同含鉬量Cr22Ti鐵素體不銹鋼的點蝕電位。

圖4 在不同溫度的3.5%NaCl溶液中,不同Mo含量的影響

 (Cr22Ti鐵素體不銹鋼的點蝕電位)


在10%FeCl3.6H20溶液中,00Cr22Mo1Ti、00Cr22Mo1.5Ti、00Cr22Mo2.5Ti和00Cr17Ni12Mo2鋼的耐點蝕性能(腐蝕率),見圖5:



耐應力腐蝕(SCC)破裂性能,采用2mm×10mm×120mm(經870℃×10min,AC)O型樣,在沸騰CaCl2和沸騰26%NaCl溶液中的試驗結果表明,00Cr22 Mo 1Ti具有優異的耐應力腐蝕(SCC)破裂性能,表7為 00Cr22 Mo 1Ti,00Cr22 Mo 0Ti,00Cr17Ni13 Mo 2鋼在氯化物溶液中的耐應力腐蝕破裂性能。


表7


焊接性能

00Cr22Mo2Ti冷軋退板具有良好的焊接性能,可采用焊接不銹鋼常具方法進行焊接,焊前不需預熱,焊后焊接,其力學性能和耐晶間性能見表8,伸長率不低于母材,其它性能與母材相近。

表8  00Cr22Mo1Ti(0.9mm)退火板焊后性能   

00Cr22Mo1Ti適用于家裝給水管道。



(3) 00Cr22Mo2Ti (Nb) -- SOS445J2

00Cr22Mo1Ti是一個耐點蝕性,耐應力腐蝕性優于00Cr17Ni13Mo2的鋼種,其退火態在氯化物水溶液中對應力腐蝕幾乎是免疫的。


化學成份


此鋼具有最好的韌性,而采用Ti穩定化鋼的韌性最差。Nb+Ti雙穩定化鋼的韌性居中,Ti對焊后的韌性有利,通常采用Nb+Ti的雙穩定化措施,既保證鋼的韌性又可以使焊后韌性不至于明顯降低。


力學性能

      表10 00Cr22Mo1Ti(Nb)的室溫力學性能           

00Cr22Mo2Ti(Nb) 冷軋退火板有優良的冷成型性能。


耐蝕性

00Cr22Mo2Ti(Nb) 在加速噴霧試驗中,其耐蝕性能遠優于0Cr19Ni9,明顯優于00Cr17Ni12Mo2,見圖6。

圖6 00Cr22Mo2Ti 在海水中循環噴霧,干燥和濕潤試驗中的耐銹蝕性

(在室溫海水中噴霧→60℃干燥30min→在50℃,100%RH濕潤30min)


這些數據表明,00Cr22Mo2Ti(Nb)的性能明顯優于00Cr17Ni12Mo2鋼的耐縫隙腐蝕性能也優于00Cr17Ni14Mo2,見圖7。

圖7  00Cr22Mo2Ti鐵素體不銹鋼在PH值為2的鹽水中的耐縫腐蝕性能

(每條曲線左下方為無縫隙腐蝕區,右上方為產生縫隙腐蝕區域)


焊接性能

TIG焊接接頭的力學性能見下表

00Cr22Mo2Ti(Nb)特別適用于家裝給水管道,當Cr含量高于22%,Mo2含量不低于2%時,也可以用于地暖管。



(4) 019Cr24Mo2-NbTi

019Cr24Mo2Ti(Nb)鋼是以鈦穩定化的超低碳、氮的高鉻含鉬鐵素體不銹鋼,它在含氯化物介質中有極好的耐孔蝕,耐縫隙腐蝕性能。具有良好的強度、韌性和可焊性,即使焊后于零下溫度,仍具有一定的韌性。它的耐磨性好,耐磨鐵性能損失量是鈦金屬材的1/3,是黃銅的1/22。


019Cr24Mo2NbTi是我國最近新研發的鋼種,主要針對城市中水、苦咸水為介質的氯離子的含量5000mg/L以下的水介質使用環境。


019Cr24Mo2NbTi鋼制造的薄壁不銹鋼直縫焊接鋼管,在特點的含較高氯離子使用的環境中可以替代銅B10無縫管,可以替代00Cr17Ni14Mo2(316L)022Cr19Ni13Mo3(317L)奧氏體不銹鋼管。


化學成分


力學性能 



耐腐蝕性能:

耐點蝕電位的測量結果見表13          

由此可見,019Cr24Mo2NbTi在標準條件下,其耐點腐蝕性能遠高于316L和317L,與2205無顯著差異,點蝕電位越高,耐點蝕能越好。


焊接性能

019Cr24Mo2NbTi冷軋退火薄板具有良好的焊接性能,采用焊接不銹鋼的常規TiG焊,焊前無需預熱,焊后也可以不進行熱處理。


019Cr24Mo2NbTi鋼特別適用于城市中水;我國中西部地區的苦咸水和氯離子含量高的供暖水(如城市集中供熱的地暖管和輸送熱水管等)。


選用鐵素體不銹鋼應注意的問題


選用鐵素體不銹鋼應注意的問題

(1) 鐵素體不銹鋼易產生皺折這種缺陷,薄板(帶)生產企業應通過成份控制和優化生產工藝以及終端用戶改進工藝予以控制;

(2) 鐵素體不銹鋼的膨脹系數與普通鋼相近,是奧氏體鋼的60%,因此在生產管件時不能完全采用奧氏體材料的工模具工藝技術相同,應該另外開發;

(3) 鐵素體不銹鋼具有低溫脆性,475℃脆性和高溫脆性,因此要在使用環境中引起注意;

(4) 因DBTT的尺寸效應,薄截面的DBTT顯著低于厚截面尺寸的材料,高鉻、鉬鐵素體不銹鋼尤其敏感,因此對于板材,其直接應用厚度應限制在不大于6mm;

(5) 工作現場焊接應實現完全?;?,焊接人員應很正確、很熟練的掌握焊接要求工藝和操作技術。


結束語:

在家裝給水、排水系統選用不銹鋼是明智的選擇。

但選用304或304L的略有欠缺,從近20年的工程實踐來看,由于氯離子的集聚現象,造成管道孔腐蝕還時有發生。因此推薦選用相近于316的不銹鋼材料。

鐵素體材料與奧氏體材料相同,在使用過程中沒有6價格折出的現象。

我們新推薦的四種鐵素體材料適用于生產薄壁不銹鋼管,其性能相應比奧氏體304、316更優,更適合在建筑和住宅的供水系統中選用。