热水储罐用高耐蚀性铁素体不锈钢NSS WCR的特点
2015-12-24 14:40:03
1 前言
当前清洁环保型能源在住宅和家电等领域正蓬勃发展。采用具有高效热交换率和CO2低排放量的环境友好型热水器就是一个家用产品向环保化方向发展的典型例子。这类热水器的代表性产品是冷媒热泵热水器。
冷媒热泵热水器利用热泵将空气的低温热能吸收到冷媒中，对冷媒进行压缩转化为高温热能，从而对水进行加热。由于这种热水器的运行成本很低，需求量增长很快，配套有大型热水供给设备的住宅和公寓正在不断普及冷媒热泵热水器的应用。
2储罐材质的发展进程
热泵热水器
冷媒热泵热水器储罐采用不锈钢材质。上世纪60年代使用SUS304和SUS316，以牺牲阳极Al棒的方式进行防腐保护，但这种储罐存在应力腐蚀开裂的隐患。到80年代，采用无需进行防腐保护，Mo含量相对较高的SUS444（19Cr-2Mo）等铁素体不锈钢成为热水储罐的主要用材，由于其添加的Ti、Nb和Zr等合金元素能起到稳定组织的作用，因而可避免焊接后产生晶间腐蚀的现象。
近年来由于稀有金属价格不断走高，迫使热水储罐改用Mo含量较少的SUS445J1（22Cr-1Mo）型不锈钢。热水储罐上下层板和侧板采用TIG法进行焊接处理，杜绝因腐蚀造成漏水的现象。由于上下层板和罐体的焊接部位存在间隙结构，容易形成缝隙腐蚀。此外，焊接时造成的表面氧化使得不锈钢质量下降，因此，在热水储罐组装时，为防止焊接部位氧化，采用背面氩气保护的焊接方法。
3 NSS WCR不锈钢特点
热水储罐用高耐蚀铁素体不锈钢NSS WCR，在焊接时不进行背面氩气保护，也可获得良好的耐缝隙腐蚀性能，可降低制造成本。
热水环境下焊接区缝隙腐蚀行为进行了详细的研究。热水储罐中Cl-浓度为几十个ppm，缝隙内外可形成氧的浓差电池，从而引起缝隙腐蚀。由于缝隙内的pH值逐渐下降和Cl-不断浓聚，会形成恶劣的腐蚀环境，导致缝隙腐蚀进一步恶化。
焊接时在不锈钢表面会形成Fe和Cr的氧化层。焊接缝隙内氧化物的组成、结构以及氧化物下层不锈钢的状态对焊接缝隙的耐蚀性有很大影响。经对焊接区缝隙腐蚀行为进行研究确定，NSS WCR的主要成分为24Cr-0.5Mo，其降低了C和N含量并添加了组织稳定化元素，可抑制焊接区敏化现象，有效防止碳化铬在晶间析出。
缝隙腐蚀试验装置，采用Pt作为辅助阳极进行浸渍试验，储罐中温水温度为80°C，Cl-浓度为2000ppm，试验时长为30天。表1是NSS WCR与其他储罐用材进行对比的焊接缝隙腐蚀试验结果。
试验条件：Pt辅助阳极浸渍试验（用于温水储罐耐蚀性的试验）。2000ppmCl-、80℃、30天。
无背面氩气保护的NSS WCR与采用背面氩气保护的其他材料相比，其具有等同或更好的耐缝隙腐蚀性。如对NSS WCR实施背面氩气保护焊接，焊缝的耐蚀性将会进一步提升。用NSS WCR试制热水储罐，在实际应用中进行腐蚀监控试验，取得了同样的效果。同时，NSS WCR的力学性能和物理性能与现行使用的其他材料相近，具有相同的加工性能和焊接性能。
4 总结
高耐蚀性铁素体不锈钢NSS WCR具有以下优点：
1）焊接时无需采用背面氩气保护，也能够使焊接区获得良好的耐蚀性，且节约制造成本；
2）NSS WCR具有与热水储罐用现行材料SUS444和SUS445J1相同的耐蚀性；
3）与SUS444、SUS445J1相比，NSS WCR Mo含量降低，节约原料成本；
4）NSS WCR是高纯度铁素体钢，用做储罐材料具有良好的加工性和焊接性。
NSS WCR不仅可以应用于冷媒热泵热水器的热水储罐，还可以用于电热水器及新一代使用燃料电池的家庭热水器热水储罐。可以预见，未来随着不锈钢产品的不断丰富，冷媒热泵热水器及其他可高效利用能源的家用产品会逐渐普及。
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