杨进纳 何海澜 王 森 李春兰

(1.兰州兰石能源装备工程研究院有限公司；2.兰州兰石换热设备有限责任公司)

可拆板式热交换器由于结构紧凑及高效等特点已广泛应用于能源、化工、采暖、核电、船舶、造纸、食品及冶金等行业，随着工业技术的发展，一些特殊工况对换热器的要求也越来越高，如换热器的耐压能力及耐腐蚀性能等，这就需要通过换热器工艺改进及材料的选用等方面来实现。双相不锈钢具有较高的强度以及较好的耐应力腐蚀开裂等性能，可用于板式热交换器，但对于可拆板式热交换器，由于其换热板片的波纹复杂，对材料的塑形要求较高，而常用双相不锈钢(如2205双相不锈钢)成型性能较差，虽然有人经研究得出，使用2205双相不锈钢成型板式热交换器板片是可行的[1]，但要成型出合格的0.4～0.7mm厚的常用可拆板式热交换器板片仍存在较大困难，所以目前普通双相不锈钢难以应用到可拆板式热交换器，笔者通过试验压制一种新型双相不锈钢换热板片并检验其成型效果。

1 几种不锈钢的主要性能特点对比

双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起[2]。与普通的奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢主要有机械强度高、耐应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳的性能优异[3]、耐点蚀和缝隙腐蚀性能良好、耐磨蚀和耐冲蚀性能良好、延伸率较低的特点。但是由于普通双相不锈钢的成型性能较差，难以压制出合格的可拆板式热交换器板片，所以需要寻找一种新型双相不锈钢来压制适用于可拆板式热交换器的换热板片，以提高可拆板式热交换器的耐腐蚀性、承压能力，进而使其应用到一些工况条件较为苛刻的场合。

某公司最新研发出了一种新型双相不锈钢，其价格比316L奥氏体不锈钢略低，可降低换热器的生产成本，笔者对新型双相不锈钢、2205双相不锈钢和316L奥氏体不锈钢3种材料进行力学性能对比，结果见表1。

由表1可以看出，新型双相不锈钢与2205双相不锈钢相比屈服强度、抗拉强度低，屈强比小，延伸率高；与316L奥氏体不锈钢相比强度、耐蚀性和耐磨性更高。屈强比、延伸率是判断板材冲压性能的两个主要指标，较小的屈强比几乎对所有的冲压成型都是有利的[4]，而延伸率也反映材料的伸长类变形性能，由此判断，新型双相不锈钢应该比2205双相不锈钢容易成型，笔者将通过此次成型试验来进行验证。

表1 3种材料的主要力学性能(样品实测值)

2 双相钢成型性能试验

2.1试验设计

试验对新型双相不锈钢、2205双相不锈钢和316L奥氏体不锈钢进行压制成型，成型后检测其波纹深度，在板片波纹深度符合要求的情况下进行成型效果检测，通过对比各不锈钢的成型效果评估新型双相不锈钢的成型性能。

2.2试验材料和模具的选择

试验选用厚度为0.6mm、尺寸为1000mm×400mm的新型双相不锈钢和2205板料各3张，且经检测板料均无划伤及沙孔等缺陷；润滑用PVC膜6张。选用适合于双相不锈钢板片成型的3套(板型1、板型2、板型3)在生产中成型效果较好、成型稳定性较高的板型模具，且3种板型波纹深度、波纹形状、板型结构均不相同。

2.3板片的成型工艺条件

3种不锈钢薄板的压制成型都采用可拆板式热交换器板片常用的压制成型工艺(表2)。

表2 3种不锈钢成型条件

2.4检测方法和测量仪器

按常规的压型工艺对新型双相不锈钢、2205双相不锈钢和316L奥氏体不锈钢板料进行压制成型，后经目测宏观破裂(或缩颈)、100%渗透检测、波纹深度尺寸偏差和减薄量检测对成型后的板片进行检测。检测仪器及材料包括放大镜、渗透检测试剂、百分表及千分尺等。

3 试验成型效果分析

3.12205双相不锈钢板片成型情况

3张2205双相不锈钢板片压制成板型1后，成型效果基本一致，都出现大面积破裂，如图1所示。这些裂纹几乎遍布整个板片，破裂主要发生在板片端头和主换热区的波纹圆角处。这说明2205双相不锈钢薄板成型性能较差，难以成型出可拆板式热交换器板片。

图1 2205双相不锈钢板片成型效果

3.2新型双相不锈钢和316L奥氏体不锈钢成型情况

3.2.1裂纹检测

新型双相不锈钢板片和316L奥氏体不锈钢压制成3种板型后，在目测没有发现穿透性裂纹的情况下，进行了100%渗透检测，各板型均未出现穿透性裂纹和表面微裂纹。

3.2.2波纹深度尺寸检测

利用百分表对新型双相不锈钢和316L奥氏体不锈钢两种不锈钢的3个板型板片的其中一张进行了波纹深度检测，每张被测板片随机选取8个检测点，数据和偏差见表3、4。3种板型的波纹深度和偏差要求分别为：3.60±0.10mm、3.20±0.10mm、3.80±0.15mm，由表3、4可知，所压制板片的波纹深度偏差均在允许的偏差范围之内。

表3 新型双相不锈钢板片成型后波纹深度值 mm

表4 316L奥氏体不锈钢板片成型后波纹深度值 mm

3.2.3减薄量检测

对检测完波纹深度的板片进行减薄量测量，各取9个测点，测量结果如图2所示。

图2 两种材料成型后减薄量对比

对于相同的测点，新型双相不锈钢的减薄量均略大于316L奥氏体不锈钢的，说明其成型效果比316L奥氏体不锈钢略差。同时新型双相不锈钢除了个别测点减薄量略大于标准规定的25%外，其余测点均符合标准要求，说明该新型双相不锈钢成型性能已经基本达到了可拆板式热交换器的成型要求，对于个别测点减薄量略大于25%的问题，通过模具的简单处理或者结构的调整都可以解决。

4 结束语

经试验证明，新型双相不锈钢在相同的压制条件下，虽然其成型效果比316L奥氏体不锈钢略差，但并没有出现穿透性裂纹，其整体成型效果已基本符合可拆板式热交换器板片的成型要求。而2205双相不锈钢成型后破裂严重，由此说明，该新型双相不锈钢的成型性能明显好于2205双相不锈钢，而且通过对新型双相不锈钢成型工艺的调整，可以生产出合格的可拆板式热交换器板片，从而在提高其承压性能和耐腐蚀性能的同时降低生产成本。

[1] Ramin M，李官，Andress L，等.双相不锈钢在苛刻加工中的成型——以CAE为基础的产品研发[C].2012年第四届中国国际双相不锈钢大会.北京：中国特钢企业协会不锈钢分会，2012：147～154.

[2] 康利梅.双相不锈钢的发展及应用综述[J].科技广场，2010，(8)：165～168.

[3] 马毓华.双相不锈钢的性能与应用[J].甘肃科技，2004，20(10)：49～51.

[4] 罗益旋.最新冲压新工艺、新技术及模具设计实用手册[M].吉林：吉林出版发行集团，2004.