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马氏体/超级马氏体

06Cr13无缝管

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06Cr13无缝管在10Cr13的基础上降低碳含量(标准要求碳小于0.08),并可以根据需要选择性添加微量铌钛铝等稳定化元素,从而限制此钢的高温奥氏体形成,降低其高温淬火硬化倾向,使此钢从高温到室温基本为铁素体结构,冷轧冷拔并退火后为细晶粒的完全铁素体组织。钢的耐蚀性优于1Cr13、2 Cr13等高碳马氏体不锈钢。06Cr13的抗氧化使用温度视受热方式有所差别,断续加热为不高于760℃,连续加热为不高于677℃, 有一定高温抗氧化性能,但低于更高铬含量的其他铁素体不锈钢。 06Cr13无缝管完全有满足换热器制作的塑韧性和冷成形性及焊接性。但若制管工艺特别是热处理工艺不正确,将达不到此材料应有的正常性能,导致材料变脆,晶粒粗大,扩管开裂,弯管开裂或断裂,焊接出现热裂纹,耐腐蚀差等缺陷。因此,按标准检测06Cr13等铁素体不锈钢的机械性能,扩口压扁等物理性能比检测化学成分更重要,应是重点。无缝管标准通常为美标ASTM A268或者ASME SA268,国标为GB13296。

1. 化学成份

06Cr13的化学成分见表1-1。

表1-1  06Cr13钢的化学成分(质量分数)         (%)

牌号

C

Si

Mn

P

S

Cr


 Ni

06Cr13 

≤0.08

≤1.00

≤1.00

≤0.040

≤0.030

11.50~14.50


≤0.6

2. 力学性能

06Cr13的室温力学性能见表1-2,高温蠕变性能表1-3.  06Cr13无475℃的脆性,见图1-4,这种特性是其成功应用于石油精练工业塔槽及换热器的重要原因。

   

图1-4   0Cr13Al(405),06Cr13和0Cr17(430)
在475℃长时间加热钢硬度的变化


表1-2  06Cr13 室温机械性能


屈服/MPa

抗拉/MPa

延伸%

硬度/ HRB

标准值

>205

>415

>20

<95






实际值

260-380

430-600

38-42

<80

标准范围内的成分差异对实际的机械性能有影响。

表1-3  06Cr13蠕变强度(10000h)

温度/℃

延伸1%的载荷/MPa

温度/℃

延伸1%的载荷/MPa

538

55.5

649

12.4

593

57.6

704

6.8





3. 耐蚀性

06Cr13在石油蒸馏装置中各部分的耐蚀性明显优于碳钢而与0Cr18Ni12Mo2 (316L)相当,且304,316L等奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感;而铁素体不锈钢最突出性能是:无应力腐蚀敏感性,应力腐蚀基本免疫。详见图1-5,在所试验的材料中06Cr13是满足使用耐蚀性要求的性价比最优,最廉价的材料。使用寿命比奥氏体不锈钢更长。在炼油工业中是被广泛使用的耐蚀结构材料及换热器。更高铬钼含量的铁素体不锈钢耐均匀腐蚀,点腐蚀,缝隙腐蚀性能优于06Cr13。不同的腐蚀环境可选择与之相匹配的铁素体不锈钢。

关于应力腐蚀

应力腐蚀是应力(拉应力,热交变应力等),腐蚀介质(H2S,CO2,盐类,卤化物,氯离子, 高温水,硫,硫酸/联多硫酸 等), 和温度的综合作用而产生的对材料的腐蚀。应力越大,腐蚀介质浓度越高,温度越高,应力腐蚀强度越高。 直观表现为材料变脆, 开裂, 脆断等,是一种远未达材料寿命的突然破坏,不容易控制和预计, 破坏性强,容易造成巨大经济损失。 铁素体不锈钢因其高的铬含量,基本无镍,以及其铁素体组织结构, 赋予了铁素体 不锈钢对应力腐蚀不敏感甚至“免疫”的性能。 相反, 奥氏体不锈钢如304,316L等对应力腐蚀腐蚀非常敏感。


 

图1-5  常压蒸馏装置主精馏塔内各种金属的腐蚀率比较

a--塔顶部气相;b--塔顶部液相;c--塔底部

4. 焊接

06Cr13可采用一些焊接不锈钢的通用方法进行焊接,包括TIG、MIG和手工电弧焊。保护气为纯氩气。正常性能的冷轧冷拔退火管材无焊接裂纹倾向。焊前不需要预热,焊后不需要保温和热处理,自然冷却。焊接时应控制输入热量尽量小(小电流,快速焊,窄焊道,风冷或自然冷却),以免晶粒过分长大对钢焊件带来不利于塑韧性的不良影响。若需充填金属,可以选用0Cr13Nb、0Cr13、0Cr23NI13和Cr25Ni20焊丝。

换热管与管板连接推荐纯胀接方式,亦可胀接加密封焊。密封焊后无需热处理。多道次强度焊将使铁素体晶粒过分长大,材料变脆从而降低管与管板的连接强度以及降低材料耐腐蚀性能。同时,如果管板或堆焊层是奥氏体不锈钢或镍基合金,必须注意铁素体不锈钢的热膨胀系数远低于奥氏体不锈钢和镍基合金,避免因焊接导致的膨胀率不一致而使铁素体不锈钢焊接部位及热影响区开裂!

06Cr13从高温空冷下来,自硬性倾向小(图1-6),因此焊后具有优异的塑韧性。炉衬复合板焊接后焊缝金属和 热影响区的硬度分布结果证实,06Cr13有优良的性能(图1-7)。

 

图1-6  0Cr13Al(405)和06Cr13钢从高温空冷硬度的变化

 

图1-7  06Cr13钢板焊接炉衬的热影响区硬度分布

5. 物理性能

比重:7.75 g/cm3;  

平均线膨胀系数(0-650℃, xPPM/℃):13.5;(0-320℃, xPPM/℃):11.5

导热性(100℃):27.2W/m*℃;比热:460J/kg*℃;

6.应用

主要应用于石油精炼工业,用于制造精炼塔槽衬里和相关部件以及压力容器换热器等。

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