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熱水儲(chǔ)罐用高耐蝕性鐵素體不銹鋼NSS WCR的特點(diǎn)

2015-12-24 14:40:03

1 前言

當(dāng)前清潔環(huán)保型能源在住宅和家電等領(lǐng)域正蓬勃發(fā)展。采用具有高效熱交換率和CO2低排放量的環(huán)境友好型熱水器就是一個(gè)家用產(chǎn)品向環(huán)保化方向發(fā)展的典型例子。這類熱水器的代表性產(chǎn)品是冷媒熱泵熱水器。

冷媒熱泵熱水器利用熱泵將空氣的低溫?zé)崮芪盏嚼涿街?，?duì)冷媒進(jìn)行壓縮轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮?，從而?duì)水進(jìn)行加熱。由于這種熱水器的運(yùn)行成本很低，需求量增長(zhǎng)很快，配套有大型熱水供給設(shè)備的住宅和公寓正在不斷普及冷媒熱泵熱水器的應(yīng)用。

2儲(chǔ)罐材質(zhì)的發(fā)展進(jìn)程

熱泵熱水器

冷媒熱泵熱水器儲(chǔ)罐采用不銹鋼材質(zhì)。上世紀(jì)60年代使用SUS304和SUS316，以犧牲陽(yáng)極Al棒的方式進(jìn)行防腐保護(hù)，但這種儲(chǔ)罐存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的隱患。到80年代，采用無(wú)需進(jìn)行防腐保護(hù)，Mo含量相對(duì)較高的SUS444（19Cr-2Mo）等鐵素體不銹鋼成為熱水儲(chǔ)罐的主要用材，由于其添加的Ti、Nb和Zr等合金元素能起到穩(wěn)定組織的作用，因而可避免焊接后產(chǎn)生晶間腐蝕的現(xiàn)象。

近年來(lái)由于稀有金屬價(jià)格不斷走高，迫使熱水儲(chǔ)罐改用Mo含量較少的SUS445J1（22Cr-1Mo）型不銹鋼。熱水儲(chǔ)罐上下層板和側(cè)板采用TIG法進(jìn)行焊接處理，杜絕因腐蝕造成漏水的現(xiàn)象。由于上下層板和罐體的焊接部位存在間隙結(jié)構(gòu)，容易形成縫隙腐蝕。此外，焊接時(shí)造成的表面氧化使得不銹鋼質(zhì)量下降，因此，在熱水儲(chǔ)罐組裝時(shí)，為防止焊接部位氧化，采用背面氬氣保護(hù)的焊接方法。

3 NSS WCR不銹鋼特點(diǎn)

熱水儲(chǔ)罐用高耐蝕鐵素體不銹鋼NSS WCR，在焊接時(shí)不進(jìn)行背面氬氣保護(hù)，也可獲得良好的耐縫隙腐蝕性能，可降低制造成本。

熱水環(huán)境下焊接區(qū)縫隙腐蝕行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究。熱水儲(chǔ)罐中Cl-濃度為幾十個(gè)ppm，縫隙內(nèi)外可形成氧的濃差電池，從而引起縫隙腐蝕。由于縫隙內(nèi)的pH值逐漸下降和Cl-不斷濃聚，會(huì)形成惡劣的腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致縫隙腐蝕進(jìn)一步惡化。

焊接時(shí)在不銹鋼表面會(huì)形成Fe和Cr的氧化層。焊接縫隙內(nèi)氧化物的組成、結(jié)構(gòu)以及氧化物下層不銹鋼的狀態(tài)對(duì)焊接縫隙的耐蝕性有很大影響。經(jīng)對(duì)焊接區(qū)縫隙腐蝕行為進(jìn)行研究確定，NSS WCR的主要成分為24Cr-0.5Mo，其降低了C和N含量并添加了組織穩(wěn)定化元素，可抑制焊接區(qū)敏化現(xiàn)象，有效防止碳化鉻在晶間析出。

縫隙腐蝕試驗(yàn)裝置，采用Pt作為輔助陽(yáng)極進(jìn)行浸漬試驗(yàn)，儲(chǔ)罐中溫水溫度為80°C，Cl-濃度為2000ppm，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為30天。表1是NSS WCR與其他儲(chǔ)罐用材進(jìn)行對(duì)比的焊接縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)條件：Pt輔助陽(yáng)極浸漬試驗(yàn)（用于溫水儲(chǔ)罐耐蝕性的試驗(yàn)）。2000ppmCl-、80℃、30天。

無(wú)背面氬氣保護(hù)的NSS WCR與采用背面氬氣保護(hù)的其他材料相比，其具有等同或更好的耐縫隙腐蝕性。如對(duì)NSS WCR實(shí)施背面氬氣保護(hù)焊接，焊縫的耐蝕性將會(huì)進(jìn)一步提升。用NSS WCR試制熱水儲(chǔ)罐，在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行腐蝕監(jiān)控試驗(yàn)，取得了同樣的效果。同時(shí)，NSS WCR的力學(xué)性能和物理性能與現(xiàn)行使用的其他材料相近，具有相同的加工性能和焊接性能。

4 總結(jié)

高耐蝕性鐵素體不銹鋼NSS WCR具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）焊接時(shí)無(wú)需采用背面氬氣保護(hù)，也能夠使焊接區(qū)獲得良好的耐蝕性，且節(jié)約制造成本；

2）NSS WCR具有與熱水儲(chǔ)罐用現(xiàn)行材料SUS444和SUS445J1相同的耐蝕性；

3）與SUS444、SUS445J1相比，NSS WCR Mo含量降低，節(jié)約原料成本；

4）NSS WCR是高純度鐵素體鋼，用做儲(chǔ)罐材料具有良好的加工性和焊接性。

NSS WCR不僅可以應(yīng)用于冷媒熱泵熱水器的熱水儲(chǔ)罐，還可以用于電熱水器及新一代使用燃料電池的家庭熱水器熱水儲(chǔ)罐?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)隨著不銹鋼產(chǎn)品的不斷豐富，冷媒熱泵熱水器及其他可高效利用能源的家用產(chǎn)品會(huì)逐漸普及。

責(zé)任編輯：班英飛

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