金属阀门密封面镍基合金晶间腐蚀敏感度的研究

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摘 要 介绍了金属阀门密封面镍基合金堆焊层材料的选用及适用条件。运用ASTM A262C法对金属阀门镍基合金堆焊层的晶间腐蚀敏感度进行试验"并对试验结果进行了分析。

关键词 镍基合金 晶间腐蚀 阀门 密封面

引言

压力管道金属阀门广泛运用于石油、化工、电力及核工业等众多领域，是管路流体输送系统中重要的控制部件，用来改变通路断而和介质流动方向，具有导流、截 止、节流、止回、分流或溢流卸压等功能，是管路系统中重要的组成元件。阀门的密封而性能直接影响到阀门的使用安全及使用寿命，选用密封性能良好的材料用作 密封而，既可以显著延长阀门的使用寿命，同时也可以防比部分安全事故的发生。

1 阀门密封面材料

目前，常用的金属阀门密封而材料有非金属材料和金属材料两大类。非金属材料主要包括橡胶、尼龙和聚四氟乙烯等.这些软密封材料虽密封效果好，但是适用介质 的温度不能过高，一般最高使用温度不能超过200℃。该类软密封材料也易老化磨损，使用寿命较短，所以一般应用在供水、燃气、制药等防比泄漏要求较高的管 道。金属材料主要包括铜合金、镍基合金、钻合金等。这些硬密封材料价格相对较高，所以在阀门制造中一般都以堆焊的形式作为密封而使用，其耐磨、耐蚀、机械 性能好，能承受较高的介质温度，广泛应用于高温、高压阀门中。另外，近年来复合材料也开始逐渐应用于阀门密封而的制造，但其应用范围还不够广泛。

2 金属阀门镍基堆焊层晶间腐蚀试验

晶间腐蚀是一种常发生在不锈钢材质中的腐蚀现象。当产生晶间腐蚀的不锈钢受到应力作用时，即会沿晶界断裂，其强度也几乎完全消失，这是一种非常危险的破坏 形式.给阀门密封性能埋下了巨大的安全隐患。通过模拟试验，了解镍基合金堆焊层晶间腐蚀的敏感度是非常有必要的。常用的不锈钢晶间腐蚀试验方法主要有 10%草酸浸蚀法、硫酸一硫酸铁腐蚀法、65%硝酸腐蚀法、硝酸一氢氟酸腐蚀法和硫酸一硫酸铜腐蚀法。

现在，金属密封阀门主要的堆焊材料有钻基合金、镍基合金、铁基合金等.且各有优劣。镍基合金堆焊层的耐蚀性能非常突出，且耐磨，性价比较高。本试验所用产品合同规定合格指标为5个周期(每周期为48 h )的平均腐蚀速率为0.075 mm/月。

2.1 试验材料

根据产品的要求，本次试验采用阀门密封而镍基合金专用堆焊工艺卡进行焊接试板的制作，如表1所示，其材料化学成分可见表2。

表1 堆焊工艺卡

表2 化学成分分析

堆焊试板力学性能测试后可知，试样一(如图1上)剪切强度为465 MPa，试样二(如图1下)剪切强度为470 MPa。制备的堆焊试样各项指标均满足阀门密封而堆焊性能要求。

图1 结合力试样

2.2 试验方法

按ASTM标准中A262-10章节方法C.试样在质量分数为(65士0.2）%硝酸溶液中进行5周期沸腾试验，以测定材料在服役环境中对于晶间腐蚀的倾向。标准同时对试验溶液、仪器、试样制备、试验步骤等进行了规定，并详细说明了腐蚀率的计算方法。

2.2.1 试样制备

根据标准要求，考虑试样精确称重和所用试验溶液容积的现有条件制作试样的尺寸及形状，一般最大重量约为100g。然后进行激活热处理，试样在675℃温度下持续反应1h后空冷至室温。

2.2.2 腐蚀试验

往每升质量分数为(65士0.2 )%硝酸溶液中加入108 mL蒸馏水制备成试验溶液。在容量为1L的长颈瓶中放置试样，倒入溶液，放上蛇形管冷凝器后通入冷却水，用电炉加热试验溶液，沸腾时开始计时，持续反应48 h。

2.3 记录和计算

以48 h为1个周期对试样的重量损耗进行称重，从而分析酸对材料的影响程度。记录计算共需要进行5个周期，以保证试验的可靠性。使用精确度为0.001g的分析天平进行测量并记录数据，腐蚀率的计算公式如下:

每月腐蚀毫米数=(7290xW）/(Axdxt)  (1)

式(1)中:t为暴露时间，h; A为总表而积，m3; W为重量损耗，g; d为试样密度，g/cm3

2.4 试验结果与分析

按照ASTM标准中A262-10章节的方法C进行试验，得到试验数据及结果，分别如表3和图3所示。通过试验数据，可以发现5个试验周期腐蚀速率完全符合产品合同制定的合格指标，且每个周期的腐蚀速率差异不大。但随着试验的持续进行，腐蚀速率也在不断增大。

通过观察图3中试样的腐蚀表而状态可以发现，试样表而较平整光滑，没有腐蚀坑存在，减薄量基本一致，减薄比较均匀且腐蚀率较小。

表3试验数据

图3试验结果

3 结论

通过试验研究，采用阀门密封而镍基合金专用堆焊工艺制造的堆焊层有较好的抗晶间腐蚀敏感性，且腐蚀形式主要是均匀的表而腐蚀。对于阀门密封面性能来说，由 于密封面的腐蚀均匀且少量，在设计范围内，通过适当增加阀门关闭力矩可使金属阀门的密封效果符合要求，延长了阀门的使用寿命，保证了使用安全。