彭生炉 符长平 郭奕文

（1.远大空调有限公司，湖南 长沙 410138；2.先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司，湖南 长沙 410205；3.湖南应用技术学院，湖南 常德 415100）

0 引言

008Cr27Mo 铁素体不锈钢焊管经过特殊设计和工艺处理后能够在海水环境中、在Cl-含量高的化工行业、电厂冷凝器、空调设备换热器中持续性运行，具有一定的延伸性[1]。发达国家对008Cr27Mo 焊管的研究比较早，经过多年的研究应用，008Cr27Mo 焊管被应用于沿海发电机组的整体流程运行中，对化工行业的发展有重要的推动作用，也正是008Cr27Mo 焊管的应用，使钢管的总长度得到了一个极大的提升。008Cr27Mo 焊管具有稳定的性能优势，它可以替代很多物质在钢管中的应用，降低了其他资源的利用率，对贵金属资源的利用起到了一个很好的调节作用。

008Cr27Mo 铁素体不锈钢的许多优点，使不锈钢材料的应用从300 系列转向400 系列，从而使008Cr27Mo 铁素体不锈钢得到更广泛的推广。

1 试验

1.1 试验介绍

008Cr27Mo 铁素体不锈钢具有很好的稳定性，它所包括的金属离子比较多，其各项性能指标如表1所示，008Cr27Mo铁素体不锈钢包括的化学成份也比较多，具体内容如表2 所示。在整体内部结构中，C、N 2 种元素之间存在一定的空间间隙，因为这种间隙的存在，使不锈钢的脆性和温度导性发生了改变，使其用途受到了极大的限制。经过这几年科学技术的逐渐提升，不锈钢精炼技术水平越来越成熟，使铁素体不锈钢中C、N 元素含量明显降低，不锈钢的性能也在逐步完善，提高了其使用效率。当铁素体不锈钢中C、N 含量低于一定程度时，其具有的性能优势，例如耐腐蚀性和焊接性都会有很好的体现。该文对008Cr27Mo 不锈钢焊管的机械、物理、耐腐蚀性能等进行了研究，为008Cr27Mo 焊接管在化工、发电厂、换热设备等领域的应用提供了重要的参考[2]。

表1 008Cr27Mo 焊管的综合性能

表2 008Cr27Mo 焊管的主要化学成份

1.2 晶间腐蚀试验

按照ASTM A763-Y 法要求进行晶间腐蚀试验[3-5]，分别对008Cr27Mo、022Cr17Ni12Mo2、S31803 以编号的方式进行排样，做好试验前准备工作，最终的测试腐蚀数据如表3 所示。

从表3 的实验数据可知：008Cr27Mo 的腐蚀率只有S31803 的25%，022Cr17Ni12Mo2 的10%。

表3 晶间腐蚀试验表

通过金相显微镜观察008Cr27Mo、022Cr17Ni12Mo2、S31803 3种材料晶间腐蚀前后金相，可发现，022Cr17Ni12Mo2 和S31803 之间存在一定的连接性，结构特点都差不多，晶粒的黏附性高，使表面腐蚀性增大，容易在表面形成腐蚀坑。

1.3 点蚀对比试验

采用ASTM G48-C 试验标准，分别对008Cr27Mo、022Cr 17Ni12Mo2、TA2、S31803 进行点蚀对比试验。实验条件：恒温65 ℃，72h。试验数据结果见表4。

表4 点蚀试验数据

不锈钢具有一定分化性，从表中数据笔者可以看出，受不同金属离子的影响，在不同溶液中不锈钢的腐蚀程度是不一样的，在不锈钢的结构组成中，对金属离子的聚集程度是有一定区别的，其中Cl-是最容易聚集的一种离子，它的黏合程度比较高，当这些离子聚集在一起过多时，会使局部区域的电位逐渐降低，损坏外侧的钝化膜，将钢的金属体裸露在外，形成一个腐蚀节点[6-7]。

008Cr27Mo、022Cr17Ni12Mo22、TA2、S31803 4 种试样的点蚀形貌图分别如图1～图4 所示。

从图1～图4 的腐蚀形貌结果来看，008Cr27Mo 焊管与TA2 钛管的腐蚀率相近，大约只有022Cr17Ni12Mo2、S31803的0.1%左右，从试验样品上分析：022Cr17Ni12Mo2 在边缘的位置其腐蚀程度是最为严重的[8]，这反应了一个事实情况，022Cr17Ni12Mo2 的边缘腐蚀效应比较突出，对边缘腐蚀是一个阶段性的过程，一般是管口连接处最先被腐蚀。S31803 的表面结构中，腐蚀呈向下趋势，也是较为突出的，但是008Cr27Mo 与钛管的表面都没有形成明显的腐蚀痕迹，说明整体性能指标是优于其他2 种的。

图1 008Cr27Mo 点腐蚀形貌

图4 S31803 点腐蚀形貌

1.4 均匀腐蚀试验

在不同的腐蚀酸溶液中，06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2、008Cr27Mo 腐蚀率数据如表5 所示。

从表5 中的数据笔者可以看出，在不同介质溶液中[9]，铁素体不锈钢都表现出了极好的性能优势，其整体抗腐蚀性是非常好的。

表5 均匀腐蚀试验数据

2 008Cr27Mo 不锈钢焊管接接头的物理、机械性能

2.1 008Cr27Mo 物理性能

通过查阅相关资料，比较碳钢、06Cr19Ni10、008Cr27Mo物理性能如下表6 所示。

表6 不同材料的性能比较

图2 022Cr17Ni12Mo22 点腐蚀形貌

2.2 008Cr27Mo 不锈钢焊管接头的抗振性能

008Cr27Mo 不锈钢焊管具有很好的结构性优势，特别是在接头的地方，基于结构性特点，接头的弹性模量和刚性相对来说都是比较好的，对外界因素的抵御性也非常高，比较它材料都要好。表7 数据主要是多种材料抗振破坏所要求最小钢管厚度标准。

表7 各种材料按抗振破坏所要求最小钢管厚度

上述数据可见，008Cr27Mo 不锈钢焊管接头按抗振破坏所要求最小钢管厚度的尺寸最小。

图3 TA2 点腐蚀形貌

2.3 机械性能

008Cr27Mo 不锈钢焊管接头在不同温度下其延伸性不同，主要变化指标如表8 所示，这种变化指标可以满足多种热交换器的交互需求。在调控压力时，笔者可以降低断面的整体厚度，对成本管控效果也是相对比较理想的。将008Cr27Mo 不锈钢焊接接头的运行温度控制在一个合理的范围，预设最高温度阀值和最低温度阀值，从而有效减少因为温度波动幅度过大引起的脆化危险。

表8 008Cr27Mo 不锈钢焊管接头高温机械性能

在海水条件下，008Cr27Mo、TA2、90-10Cu/Ni、AL6XN性能比较结果见表9。表明008Cr27Mo 不锈钢焊管在海水作介质的应用环境中，性能优良。

表9 不同材料性能比较

2.4 耐磨损性能比较试验

以海水为冷却介质，在冷却蒸发过程中，海水中富含的物质成分比较多，容易引起铜管磨损的情况，针对此，上海电力学院的梁磊教授做了关于不同管材料的耐磨性性能对比试验，主要包括008CR27Mo 铁素体不锈钢管、钛管TA2、白铜管BFe30-1-1[10]。

本次磨损试验中，所采用的试验装置都是自主研发的装置，其中试验介质的配比控制在一个合理的范围，模拟海水中加入必要的介质成分，将各种介质的浓度差调至标准状态[11]。将预设的材料准备好，在本次试验过程中，主要有4 种材料，笔者将这些材料制造成管样，经过一系列标准化流程处理。将管样装入需要试验的装置中，管样的中心线与旋转切线保持同水平状态，控制中心点线的旋转速度，有一个旋转时间控制，达到预期时间节点才能取出管样，然后经过干燥处理之后进行称重[12]。经过多次测试，其耐磨损性能对比试验结构如表10 所示。

表10 海水凝汽器4 种常见管材的耐磨性能比较试验结果

从表10 可知，在含砂海水中，凝汽器4 种常用管材的耐磨性能从高到低，依次为铁素体不锈钢管008Cr27Mo、钛管TA2、白铜管BFe30-1-1 和BFe10-1-1。

3 008Cr27Mo 不锈钢管的其他特点和使用效果的显著变化

008Cr27Mo 不锈钢管的其他特点和使用效果具体表现在以下几个方面：1）钢管的焊缝衔接需要经过冷轧处理，对焊缝的重组，需要在高温预热下，经过一段时间的热处理才能实现对焊缝的有效衔接；2）基于钢管结构特点，在表面结构受酸化处理之后，不会出现明显的划痕和凸坑，表面的颜色基本都是呈银白色；3）钢管的直径公差0.08 mm,每103mm钢管的长度公差-0 mm～+3 mm；4）不同管材在含砂海水中的耐磨性程度不同，基于结构组成特点差异，具有一定的分化性。5）海水凝汽器单位换热面积的管材费用比较高，采用费用排序，由高到低：超纯奥氏体不锈钢AL-6XN →白铜管BFe30-1-1 →钛管→超纯奥氏体不锈钢254SMo →白铜管BFe10-1-1 →铁素体不锈钢焊管。 铁素体不锈钢管具有很好的价格优势和经济性能[12]。

4 结论

通过对008Cr27Mo 铁素体不锈钢焊管的综合性能、工艺性能的分析，对比蒸发和冷凝常用的奥氏体不锈钢等材料的相关试验，得出以下结论：1）008Cr27Mo 铁素体不锈钢管的力学性能、工艺性能和耐腐蚀性能均较好。2）008Cr27Mo的焊接接头具有一定的温度适应性，可以满足一定范围内的温度变化需求，而且接头的弹性模量和刚性高，使抗振疲劳损坏的性能高于其他同类型材料。