不锈钢水管的耐热性是指在高温下,既具有抗氧化能力,又具有耐气体腐蚀的特性,即热稳定性,具有足够的强度,即高温机械性能也称为热强度。和不锈钢管一样,许多人不明白到底是什么原因造成它具有这种特点。在此,我们先来介绍一下决定不锈钢水管耐热性的影响因素,再认识这类不锈钢管的组成性能及在不同条件下的变化。
碳含量对不锈钢耐热性的影响
首先是碳的影响:碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍,碳是一种间隙元素,通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%MgCl2沸腾溶液)中的耐应力腐蚀的性能。
但是,在奥氏体不锈钢中,碳常常被视为有害元素,这主要是由于在不锈钢和耐蚀用途中的一些条件下(比如焊接或经450~850℃加热),碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化,使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。
因此,60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道随着碳含量降低,钢的晶间腐蚀敏感性降低,当碳含量低于0.02%才具有明显的效果,一些实验珠光还指出,碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向。
热稳定性对不锈钢耐热性的影响
为使不锈钢在高温下具有稳定的抗氧化和抗气体介质腐蚀能力,不锈钢焊接管的表面必须防止产生疏松、易破裂的氧化膜,如FeO.Fe3O4.Fe2O3。为避免氧化膜的产生,在钢中添加Cr.Al和Si等合金元素,可使钢表面形成一层致密的氧化膜,如Cr2O3.Al2O3等。
该合金氧化薄膜有很好的保护作用,可以延长不锈钢水管的使用寿命或提高使用温度。当铬的质量分数达到或超过12%时,再加入合金元素如铝、硅,可以起到更好的抗氧化性。不锈钢板中,若氧化膜主要呈Cr2O3的形态,其抗环境温度剧变的能力最强。
高温强度对不锈钢耐热性的影响
耐高温钢管在使用过程中应考虑的因素:即高温强度,而高温强度指标为蠕变强度.持久强度与高温短强度。钢在高温不变的应力作用下,由于应力和温度的综合作用,在屈服强度以下的条件下,可能发生缓慢的塑性变形,即蠕变。
随着温度升高、应力增大,蠕变速率增大。蠕变强度是指在一定温度范围内,不锈钢水管在某一临界蠕变速率(或在一定时间内达到临界值)长时间高温工作时,可能会出现脆性和高温疲劳。
不锈钢耐热管如果不符合图形设计要求,在使用过程中容易发生重大事故;不锈钢耐热管长期处于工作状态,疲劳是使用过程中无法避免的问题,疲劳会导致疲劳开裂。开裂通常是从表面或下面的一种缺陷萌生的,在交变应力作用下,裂纹逐渐扩大,直到其余部分由于不能承受最后一周的交变应力而导致突然断裂。低温区疲劳裂纹为穿晶态,高温疲劳裂纹则是沿晶间发展而产生的疲劳裂纹。
上述不锈钢管的耐热性能是由Cr.Al和Si等合金元素对不锈钢表面起保护作用,提高其使用温度。减小不锈钢焊管的蠕变率,可避免出现脆化现象和高温疲劳现象。最终设计的耐热型不锈钢水管应满足实际使用要求,可避免高温下出现疲劳裂纹沿晶间发展而引起断裂。