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铁素体不锈钢在家装水管上的选用
来源:    发布时间: 2019-08-07 18:02   230 次浏览   大小:  16px  14px  12px
铁素体不锈钢在家装水管上的选用


铁素体不锈钢在家装水管上的选用(上)

 李天宝 中国特钢企业协会不锈钢分会 7月23日

选用不锈钢薄壁管输水是必然趋势


      装修中的给水管道作为我们日常生活的用水载体,一直在发生着变化。以我国建筑给水管道为例,曾经使用的镀锌管和铜管在使用几年后,管内就开始产生大量的锈垢或氧化锈蚀,造成水中重金属含量过高,并夹杂着内壁滋生的细菌,严重危害人体的健康。


       随着科技进步,管道的推陈出新速度也不断加快。越来越多的新型材料开始步入大众视野,尤其是大量的塑料管和金属塑料复合管占领了原有的管道市场。塑料管不太完美,在盛行的背后,往往时间会把它出卖,显露出来诸多的弊端和隐患。新闻媒体屡屡报道建筑给水管道老化,出现管道爆裂,住户家庭支流水管堵塞现象,越来越引起人们的重视。从镀锌管到铝合全覆塑管材,再到塑料管道,可以看出给水管道在自己的发展过程中可以说是一波三折,曲折中也在不断的探究更好的发展。由此可见上述管道的材料还远不能适应给水的需要,无法满足国家对饮用水及有关品质的要求。难道说目前真没有能够完善前述的材质不足的管材吗?答案是否定的。


      不锈钢作为一种特种合金钢是一种绿色环保材料,也是目前管道材料中唯一可植入人体的材料。采用不锈钢制作的管道能够全面满足给水系统、热水系统和对卫生安全有更高标准的直饮水系统的要求。国外在20世纪60年代就开始应用和推广薄壁不锈钢管。在欧美日本等发达国家,不锈钢应用在建筑给水、水处理系统已日趋普遍。薄壁不锈钢管道材料无铅、无毒,对人体无伤害,内壁光滑,不含再生细菌,不结垢,不老化,基本不腐蚀,可用在-40℃~300℃使用环境,应用压力可达50公斤无泄漏,与建筑同寿命等优点,已被国内外工程实践证明是给水管材中综合性能最好、环保型和节能型的管材。薄壁不锈钢管材是未来管材使用和发展的趋势,现在可以预言,建筑给水管材最终将恢复到金属管道时代。


       我国建筑给水不锈钢管的应用较晚,1998年深圳自来水集团有限公司率先在梅林一村住宅小区中,采用日本铆乐哥挤压式不锈钢管道系统用于分管供水取得了良好的效果,现在薄壁不锈钢管已经在一些经济发展水平较高地区的建筑给水和直饮水系统中开始大量应用。


       不锈钢由厚壁变成薄壁大大的降低了它的成本,同时由于连接技术、连接工艺的改进,漏水问题解决了,经济性的问题解决了,技术性的问题解决了,这就为它在供水行业的大面积应用铺平了道路。今后随着社会经济的发展,人民群众生活水平的提高,特别是随着人民群众对水质要求的不断提高,薄壁不锈钢管的应用,一定有一个非常广阔的前景。


       薄壁不锈钢管这一技术与产品的推广应用对提高我国现代建筑的档次,改善和保障供水水系,具有重要意义。国内薄壁不锈钢已经开始走上标准化、快速化的发展道路。经过十几年的发展,薄壁不锈钢管已经在我国各大城市的标志性建筑、体育管、医院、写字楼、机场和民用住宅领域广泛应用。有远见,有对人民健康负责任的地方政府,已经率先规定了建筑和住宅的供水管线,必须选用不锈钢薄壁管作为载体,比如深圳、长沙、江苏海门、乐山、厦门等。国家也出台了相关标准,如《建筑与小区管道直饮水系统技术规范》CJ/T110-2017;《室外给水设计规范》GB/500B-2006,明确了应用不锈钢管的规定。输送清洁优质的水源,让每个家庭能喝上放心水,这不仅仅是一次精心的对管材材料的选择,更是一次虔诚的对健康生活理念的坚持和尊重,“用好钢、喝好水才能带来全家人的好健康,立足好钢,输送好水,追求好健康”这句话说的真好,群众的眼睛是雪亮的,好的东西不怕没有市场,正是因为不锈钢拥用诸多的优势和特色,我们相信在未来改善输送水的质量,提升大众饮水安全健康等方面不锈钢给排水管道将会起着力挽狂澜的中流砥柱作用。


铁素体不锈钢管在家装给水管道的选择


       高质量的铁素体不锈钢已经出现多年,通过大量的深入研究,目前已经形成了系列的性能优异的商业牌号。这类铁素体不锈钢对市场的经验丰富的生产企业来说并不陌生,奇怪的是大家对这类牌号似乎漠不关心,这是历史原因造成的。20世纪,430型不锈钢曾经是唯一认可的铁素体不锈钢种,早期的用户对这个钢种的使用,特别是在焊接或腐蚀严重的条件下,没有足够的技术支持。铁素体不锈钢的性能可与奥氏体不锈钢相媲美,因此把铁素体认为性能差或极其优异都是错误的。铁素体不绣钢在耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀断裂的性能优于奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢之间仅仅是性能和用途不同。铁素体不锈钢更适合做供排水等系统上采用。


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铁素体不锈钢特殊的特性

(1) 铁素体不锈钢有磁性

(2) 铁素体不锈钢的热膨胀率低,加热时膨胀程度仅是奥氏体不锈钢的60%~70%,与普通钢相近。

(3) 铁素体不锈钢的高温抗氧化性好。表面氧化剥落倾向小于奥氏体不锈钢。

(4) 铁素体不锈钢热导率高,是奥氏体不锈钢的1.3~1.6倍,铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢热传导更加均匀。

(5) 含稳定化元素Nb的铁素体不锈钢有良好的蠕变抗力,在长时间应力作用下的应变比奥氏体不钢小。

(6) 铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢更易切削加工。

(7) 在冷加工变形时铁素体不锈钢的变形回复倾向比奥氏体不锈钢小,铁素体不锈钢深拉成形性能优于奥氏体不锈钢,胀形成形性能不如奥氏体不锈钢。

(8) 铁素体不锈钢的屈服强度高(与碳钢相当)。有些高铬铁素体不锈钢的屈服强度能达到304不锈钢的两倍,其延伸率仅是304不锈钢的60%左右,不过在工程应用上也能接受。

(9) 铁素体不锈钢不同于奥氏体不锈钢,在含氯的水介质中铁素体无应力腐蚀倾向,有些牌号的铁素体不锈钢在高浓度的氧化物介质中也可以实现免疫。

(10) 铁素体不锈钢具有良好的耐均匀腐蚀,耐点蚀  耐缝隙腐蚀性能,其耐能性取决于钢中的Cr和Mo含量。通常用PRE(点蚀当量指示)值作为判定耐局部腐蚀能力。

(11) 就性价比而言,铁素体不锈钢不含Ni,一些特殊牌号的仅含小量的Ni,是节Ni不锈钢,因此其成本相对低廉,且不受Ni价波动的影响。


       不锈钢之所以不锈是由于Cr含量赋予了其特殊的耐蚀性。从某种程度上来讲,所有钢种都有发生腐蚀的倾向,然而不锈钢由于其含铬高而比炭钢更耐腐蚀,铬(不是镍,人们常误认为耐蚀的原因是镍)是不锈钢获得耐蚀性能的主要成份。


      不锈钢在给水环境使用过程中通常不需要维护,但在某种情况下为延长其使用寿命,少量维护也是必要的。


      不锈钢的耐蚀性主要取决于化学成份而与奥氏体和铁素体的结构无关。从耐蚀性角度来讲,铁素体相与奥氏体相可以被看作是不锈钢家族中两个可以互换的成员。


       五类铁素体不锈钢与304、316不锈钢耐蚀性相比,非鲜明地体现了铬的作用,同时也进一步说明含镍奥氏体不锈钢与大多数铁素体不锈钢的耐蚀性相当。


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合理选用铁素体不锈钢

       根据不同的含氯离子介质,合理选用铁素体不锈钢在家装水管上应用,可以起到良好的效果。图1 表示不锈钢PRE值与点蚀电位的关系:

       

          图2 表示缝隙腐蚀温度,允许Cl的水平与钢中PRE值的关系: 


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允许氯离子在溶液中的最高值

允许氯离子在溶液中的最高值,见表1。

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给水管道采用的铁素体不锈钢牌号

在家装给水管道中推荐使用的铁素体不锈钢牌号主要有:

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


下面重点从化学成分、力学性能、耐腐蚀性能、焊接性能介质、各钢种的性能,便于与奥氏体钢如304、316的对比,用以说明在城市建筑和住宅中选用铁素体不锈钢等更合理。


(1) 高纯00Cr18MO2Ti(S44400)


化学成分


力学性能(室温)      


耐点蚀性能

00Cr18Mo2Ti的耐点蚀性能大体上与00Cr17Ni12MO2相当,在3.5%NaCl中钢的点蚀电位与溶液温度的关系见图3,其点蚀电位与00Cr17Ni12MO2相当。

图3  00Cr18Mo2Ti(NSSC190)的耐点蚀性能

(NSSC190-00Cr18Mo2Ti;SUS430-1Cr17;SUS304-0Cr19Ni9;SUS316-0Cr17Ni12Mo2;空心点-固溶点;实心点-TIG焊态)


耐应力腐蚀性能

00Cr18MO2Ti耐应力腐蚀性能优于316L,在MgCl2溶液中,00Cr18MO2Ti的耐应力腐蚀(SCC)性能见表4。

00Cr18MO2Ti在42% MgCl2沸腾温度下的应力腐蚀行为


焊接性能

00Cr18Mo2Ti可采用焊接不锈钢的常规方法进行焊接焊态的耐蚀性与母材相当。适用于家装给水管道。



(2) 00Cr22 Mo 1Nb(Ti)

00Cr22Mo1Nb(Ti)是一种含Cr是不低于21%,含钼约1%的铁素体不锈钢,其耐蚀性能介于0Cr19Ni9和00Cr17Ni12Mo2之间;对应力腐蚀不敏感,是一种在氯的水溶液中取代316L的价廉结材料。


化学成份



力学性能

00Cr22M01Nb(Ti)退火板(850℃×5min,AC)的室温力学性能见表6,表中数据表明钢的强度和塑性均较高,伸长率在40%以上,各向异性不明显。

表6 00Cr22Mo1Nb(Ti) 的室温力学性能    

00Cr22Mo1Ti具有良好的室温性能,室温冲击韧性。还具有良好的冷成形性,各向异性不明显。


耐蚀性 

对4mm热轧板经870℃×10min,AC处理的电化学试样,测定其点蚀电位,试验结果见图4。在不同温度的3.5%NaCl溶液中不同含钼量Cr22Ti铁素体不锈钢的点蚀电位。

图4 在不同温度的3.5%NaCl溶液中,不同Mo含量的影响

 (Cr22Ti铁素体不锈钢的点蚀电位)


在10%FeCl3.6H20溶液中,00Cr22Mo1Ti、00Cr22Mo1.5Ti、00Cr22Mo2.5Ti和00Cr17Ni12Mo2钢的耐点蚀性能(腐蚀率),见图5:



耐应力腐蚀(SCC)破裂性能,采用2mm×10mm×120mm(经870℃×10min,AC)O型样,在沸腾CaCl2和沸腾26%NaCl溶液中的试验结果表明,00Cr22 Mo 1Ti具有优异的耐应力腐蚀(SCC)破裂性能,表7为 00Cr22 Mo 1Ti,00Cr22 Mo 0Ti,00Cr17Ni13 Mo 2钢在氯化物溶液中的耐应力腐蚀破裂性能。


表7


焊接性能

00Cr22Mo2Ti冷轧退板具有良好的焊接性能,可采用焊接不锈钢常具方法进行焊接,焊前不需预热,焊后焊接,其力学性能和耐晶间性能见表8,伸长率不低于母材,其它性能与母材相近。

表8  00Cr22Mo1Ti(0.9mm)退火板焊后性能   

00Cr22Mo1Ti适用于家装给水管道。



(3) 00Cr22Mo2Ti (Nb) -- SOS445J2

00Cr22Mo1Ti是一个耐点蚀性,耐应力腐蚀性优于00Cr17Ni13Mo2的钢种,其退火态在氯化物水溶液中对应力腐蚀几乎是免疫的。


化学成份


此钢具有最好的韧性,而采用Ti稳定化钢的韧性最差。Nb+Ti双稳定化钢的韧性居中,Ti对焊后的韧性有利,通常采用Nb+Ti的双稳定化措施,既保证钢的韧性又可以使焊后韧性不至于明显降低。


力学性能

      表10 00Cr22Mo1Ti(Nb)的室温力学性能           

00Cr22Mo2Ti(Nb) 冷轧退火板有优良的冷成型性能。


耐蚀性

00Cr22Mo2Ti(Nb) 在加速喷雾试验中,其耐蚀性能远优于0Cr19Ni9,明显优于00Cr17Ni12Mo2,见图6。

图6 00Cr22Mo2Ti 在海水中循环喷雾,干燥和湿润试验中的耐锈蚀性

(在室温海水中喷雾→60℃干燥30min→在50℃,100%RH湿润30min)


这些数据表明,00Cr22Mo2Ti(Nb)的性能明显优于00Cr17Ni12Mo2钢的耐缝隙腐蚀性能也优于00Cr17Ni14Mo2,见图7。

图7  00Cr22Mo2Ti铁素体不锈钢在PH值为2的盐水中的耐缝腐蚀性能

(每条曲线左下方为无缝隙腐蚀区,右上方为产生缝隙腐蚀区域)


焊接性能

TIG焊接接头的力学性能见下表

00Cr22Mo2Ti(Nb)特别适用于家装给水管道,当Cr含量高于22%,Mo2含量不低于2%时,也可以用于地暖管。



(4) 019Cr24Mo2-NbTi

019Cr24Mo2Ti(Nb)钢是以钛稳定化的超低碳、氮的高铬含钼铁素体不锈钢,它在含氯化物介质中有极好的耐孔蚀,耐缝隙腐蚀性能。具有良好的强度、韧性和可焊性,即使焊后于零下温度,仍具有一定的韧性。它的耐磨性好,耐磨铁性能损失量是钛金属材的1/3,是黄铜的1/22。


019Cr24Mo2NbTi是我国最近新研发的钢种,主要针对城市中水、苦咸水为介质的氯离子的含量5000mg/L以下的水介质使用环境。


019Cr24Mo2NbTi钢制造的薄壁不锈钢直缝焊接钢管,在特点的含较高氯离子使用的环境中可以替代铜B10无缝管,可以替代00Cr17Ni14Mo2(316L)022Cr19Ni13Mo3(317L)奥氏体不锈钢管。


化学成分


力学性能 



耐腐蚀性能:

耐点蚀电位的测量结果见表13          

由此可见,019Cr24Mo2NbTi在标准条件下,其耐点腐蚀性能远高于316L和317L,与2205无显著差异,点蚀电位越高,耐点蚀能越好。


焊接性能

019Cr24Mo2NbTi冷轧退火薄板具有良好的焊接性能,采用焊接不锈钢的常规TiG焊,焊前无需预热,焊后也可以不进行热处理。


019Cr24Mo2NbTi钢特别适用于城市中水;我国中西部地区的苦咸水和氯离子含量高的供暖水(如城市集中供热的地暖管和输送热水管等)。


选用铁素体不锈钢应注意的问题


选用铁素体不锈钢应注意的问题

(1) 铁素体不锈钢易产生皱折这种缺陷,薄板(带)生产企业应通过成份控制和优化生产工艺以及终端用户改进工艺予以控制;

(2) 铁素体不锈钢的膨胀系数与普通钢相近,是奥氏体钢的60%,因此在生产管件时不能完全采用奥氏体材料的工模具工艺技术相同,应该另外开发;

(3) 铁素体不锈钢具有低温脆性,475℃脆性和高温脆性,因此要在使用环境中引起注意;

(4) 因DBTT的尺寸效应,薄截面的DBTT显著低于厚截面尺寸的材料,高铬、钼铁素体不锈钢尤其敏感,因此对于板材,其直接应用厚度应限制在不大于6mm;

(5) 工作现场焊接应实现完全保护,焊接人员应很正确、很熟练的掌握焊接要求工艺和操作技术。


结束语:

在家装给水、排水系统选用不锈钢是明智的选择。

但选用304或304L的略有欠缺,从近20年的工程实践来看,由于氯离子的集聚现象,造成管道孔腐蚀还时有发生。因此推荐选用相近于316的不锈钢材料。

铁素体材料与奥氏体材料相同,在使用过程中没有6价格折出的现象。

我们新推荐的四种铁素体材料适用于生产薄壁不锈钢管,其性能相应比奥氏体304、316更优,更适合在建筑和住宅的供水系统中选用。