摘要：由于浙江LNG項(xiàng)目周邊海水水質(zhì)含沙量高,對(duì)海水泵用材料要求比較苛刻。需要選擇即能抵抗海水腐蝕，又能抵抗高含砂海水的沖蝕的材料。

　　關(guān)鍵詞：海水泵,雙相鋼,超級(jí)雙相鋼

　　1、概述

　　浙江省LNG接收站項(xiàng)目采購(gòu)共5臺(tái)流量為7500M3/h, 揚(yáng)程0.35MPa的進(jìn)口海水泵，海水泵用過(guò)流部件材質(zhì)使用超級(jí)雙相鋼。采購(gòu)前期就泵用體材料做了一番比較。研究情況如下。

　　2、海水泵主要部件材質(zhì)

　　海水泵主要部件包括軸SHAFT、筒體和彎頭COLUMN&ELBOW、吸入口BOWL、葉輪IMPELLERS、電機(jī)基礎(chǔ)MOTOR BASE、軸承BEARING、軸套SLEEVE等。

　　這些主要部件的主要應(yīng)用材質(zhì)有：300系列不銹鋼、高性能合金、雙相鋼(超級(jí)雙相鋼)等。下文主要就新興材料雙相鋼材料進(jìn)行表述。

　　雙相鋼所謂雙相不銹鋼是在它的金相組織中鐵素體相和奧氏體相的比例約各占一半，一般較少相的含量也需要達(dá)到30%以上。雙相不銹鋼是一類集優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和易于加工制造等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。它的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。

　　2.1.雙相不銹鋼耐蝕性能

　　①耐孔蝕性能：

　　在特殊的氯化物環(huán)境中，每一種不銹鋼都可用一溫度來(lái)表述其特征，高于此溫度孔蝕開(kāi)始出現(xiàn)，并且在24小時(shí)之內(nèi)可發(fā)展成肉眼可見(jiàn)的大小。低于此溫度即所謂的臨界孔蝕溫度(CPT)。對(duì)于不同牌號(hào)的CPT通常以一個(gè)溫度范圍來(lái)表示。現(xiàn)在在ASTM G150標(biāo)準(zhǔn)中采用電位測(cè)量法可以準(zhǔn)確和可靠的測(cè)量出CPT。

　　只有鉻、鉬和氮對(duì)CPT有影響，關(guān)系式如下：

　　CPT=常數(shù)+(%Cr+3.3×%Mo+16×%N)

　　式中三個(gè)元素乘以各自的回歸常數(shù)之和即通常稱之為孔蝕抗力當(dāng)量值(PRE)。

　　②耐縫隙腐蝕性能：

　　縫隙腐蝕也有一個(gè)類似的臨界溫度，稱為臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)。CCT與不銹鋼不同式樣、氯化物環(huán)境和縫隙的形狀(縫隙的寬度、深度等)有關(guān)。在同樣的腐蝕環(huán)境中CCT往往比CPT低15～20℃。

　　雙相不銹鋼中的高鉻、鉬和氮使其在水的環(huán)境中具有非常好的耐氯化物局部腐蝕性能。在這方面，即使是極低合金化的雙相不銹鋼牌號(hào)和優(yōu)于316型鋼，一些牌號(hào)甚至躋身于高性能不銹鋼的行列。材料焊接態(tài)的臨界溫度要低一些。較高的臨界孔蝕和縫隙腐蝕溫度表明該鋼對(duì)這種類型腐蝕的成核具有較大的抗力。2205鋼的CPT和CCT都高于316型鋼。這使2205鋼成為有多方面用途的材料。

　　③耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能：

　　雙相不銹鋼最早期的某些應(yīng)用是基于它們耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂(SCC)的性能。與具有類似耐氯化物應(yīng)力孔蝕和縫隙腐蝕性能的奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼表現(xiàn)出明顯優(yōu)越的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能。雙相鋼在化學(xué)加工工業(yè)的許多應(yīng)用都是在有很大的應(yīng)力腐蝕斷裂危險(xiǎn)的場(chǎng)合，代替奧氏體不銹鋼的使用。

　　青島海洋腐蝕研究所、舟山海洋腐蝕研究所、洛陽(yáng)七二五研究所、七二五研究所廈門分部等4個(gè)海水腐蝕試驗(yàn)站聯(lián)合在青島、舟山、廈門、榆林曾對(duì)5種海水腐蝕材料進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)鋼種在海水中的耐蝕性優(yōu)劣順序?yàn)镠RS-3(雙相鋼)、316L(或000Cr18Mo2)、00Cr19Ni10(304L)、1Cr18Ni9Ti(18-8)、00Cr17Ti (F179)、2Cr13。在青島腐蝕較輕，在榆林腐蝕較重。在青島，2Cr13浸泡3個(gè)月已潰爛穿孔;F179有嚴(yán)重的溝槽腐蝕，浸泡1年已經(jīng)穿孔;1Cr18Ni9Ti浸泡2年后發(fā)生縫隙腐蝕，并已穿孔;00Cr19Ni10暴露4年時(shí)發(fā)生縫隙腐蝕，并出現(xiàn)穿孔;000Cr18Mo2腐蝕較輕，暴露4年的最大點(diǎn)蝕深度為0.25mm。而在榆林，2Cr13浸泡3個(gè)月也已穿孔，F(xiàn)179、1Cr18Ni9Ti和00Cr19Ni10浸泡1年后都穿孔，000Cr18Mo2暴露4年的最大點(diǎn)蝕深度為2.03mm。

　　2.2 雙相不銹鋼力學(xué)性能

　　雙相不銹鋼力學(xué)性能優(yōu)異，它們?cè)诠倘蹱顟B(tài)下的室溫屈服強(qiáng)度比未添加氮的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼高兩倍多，這樣在某些應(yīng)用中就可以減少壁厚。室溫到300℃范圍內(nèi)幾種雙相不銹鋼的典型屈服強(qiáng)度與316L奧氏體不銹鋼的對(duì)比如圖。

　　盡管雙相不銹鋼強(qiáng)度高，但它們表現(xiàn)出良好的塑性和韌性。與碳鋼或鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼塑性-脆性的轉(zhuǎn)變是漸進(jìn)的。雙相不銹鋼即使在低溫如-40℃下仍保持良好的韌性，但是雙相不銹鋼的韌性和塑性相比奧氏體不銹鋼低。奧氏體不銹鋼一般沒(méi)有塑性-脆性轉(zhuǎn)變，在低至深冷溫度條件下仍保持優(yōu)異的韌性。

　　雙相不銹鋼在常溫下具有較高的沖擊韌性，但是在300℃以上的環(huán)境中持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，材料金相組織會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致沖擊韌性下降。因此國(guó)外壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將250℃~280℃作為它的極限使用溫度。另外，-50℃又是雙相不銹鋼低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此-40℃~250℃是雙相不銹鋼的適宜工作溫度。

　　2.3 雙相鋼與奧氏體不銹鋼的優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　由于兩相組織的特點(diǎn)，通過(guò)正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。

　　1)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下： ①屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-50%，有利于降低成本。②具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應(yīng)力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問(wèn)題。③在許多介質(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316L奧氏體不銹鋼，而超級(jí)雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，再一些介質(zhì)中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。④具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。⑤比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產(chǎn)復(fù)合板或襯里等。⑥不論在動(dòng)載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對(duì)結(jié)構(gòu)件應(yīng)付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢(shì)明顯，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　2)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)如下：①應(yīng)用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。②其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。③存在中溫脆性區(qū)，需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。

　　2.4 雙相鋼與鐵素體不銹鋼的優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　1)與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下：①綜合力學(xué)性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不像鐵素體不銹鋼那樣對(duì)脆性敏感。②除耐應(yīng)力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。③冷加工工藝性能和冷成型性能遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼。④焊接性能也遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理。應(yīng)用范圍較鐵素體不銹鋼寬。

　　2)與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)： 合金元素含量高，價(jià)格相對(duì)高，一般鐵素體不含鎳。

　　綜上所述，可以概括地看出雙相鋼的使用性能和工藝性能的概貌，它以其優(yōu)越的力學(xué)與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。

　　2.5 雙相鋼和超級(jí)雙相鋼的差異

　　雙相鋼中S31803鋼是最為普遍的鋼種，超級(jí)雙相鋼中則以S32750為代表。

　　1)雙相鋼和超級(jí)雙相鋼的成分表(%)

　　2)雙相鋼和超級(jí)雙相鋼的機(jī)械性能：

　　3)雙相鋼和超級(jí)雙相鋼應(yīng)用比較

　　超級(jí)雙相不銹鋼也已在油、氣工業(yè)中使用，如UR52N+ 已用在北海油田的油氣集合管和輸送管線，SAF 2507鋼用的阿拉斯加、北海、墨西哥灣等地的油氣井生產(chǎn)，海上采油平臺(tái)設(shè)施以及油氣輸送管線等，多用在沒(méi)有緩蝕劑的苛刻酸性環(huán)境。

　　目前就熱海水用鋼而言，大多數(shù)都是使用25Cr-3Mo型的雙相不銹鋼，當(dāng)然超級(jí)雙相不銹鋼有更好的使用效果，例如SAF2507鋼制造的海水熱交換器，殼程是含有少量氟化物的丁烷(入口溫度80℃，出口溫度30℃)，管程是海水，工藝溫度可能從40℃升至80℃，鈦管因不耐F-腐蝕，只能用3個(gè)月，SAF 2507使用3年后仍未發(fā)現(xiàn)腐蝕。北海采油平臺(tái)上的管道系統(tǒng)使用的是Zeron100鋼，海水出口溫度可達(dá)60～65℃，也未發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，而使用6%Mo的奧氏體不銹鋼時(shí)，在此溫度會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

　　3.結(jié)論

　　根據(jù)以上分析，海水泵材料采用超級(jí)雙相鋼作為海水泵過(guò)流部件，即滿足抵抗海水腐蝕要求，又具備抵抗海水中泥沙的沖蝕的能力，是適合海水環(huán)境下新興的泵體材料。