不锈钢材料范文

不锈钢材料篇1

【关键词】 不锈钢/碳钢层状金属材料 焊接技术 工艺

现阶段我国科学技术的高速发展，使得既具有基层金属材料刚度和强度，又具有复层金属材料耐腐蚀性、耐热性、耐磨损性能的层状金属材料得到了较大范围的应用。和纯不锈钢板材料相比，不锈钢复合板能够降低成本、节约珍贵稀有的材料，所以这种不锈钢复合板在当今时代具有很大的市场优势和价格优势，已经大量的应用在船舶、电力、机械、化工等领域。但若想进一步促进这种不锈钢复合板的广泛应用，焊接技术就成为了最重要的一种连接工艺，也愈发受到社会各方面的重视。

一、焊接过程中的难点和应关注的问题

不锈钢或者碳钢在物理性能上的差别是焊接复合板时最应该考虑的因素，其次也要关注这两种材料的焊接性能。在表1中可以清楚的看到，碳钢的线膨胀系数大约为不锈钢的一半，但是热导率却大约是碳钢的3倍。在所有钢材中，碳钢是焊接性能最优秀的一种焊接材料，通常来说不锈钢也非常容易进行焊接，然而由于不锈钢自身的特点，在焊接接头非常容易产生大量的残余应力。在不锈钢进行熔焊的过程中，因为其中过热碳化物的溶解，在焊接的接头会产生热裂纹。

在不锈钢复合板的焊接^程中应该注意下面这些问题：一是对基层材料进行焊接时，应避免由Cr、Ni等合金含量的升高所导致的基层焊接缝隙中发生裂纹进而影响焊接之后的强度的现象；二是对复层材料进行焊接时，要避免发生增碳现象，防止其耐腐蚀性能受到影响，所以应该采取特殊的焊接方式；三是过渡层的焊接，也是最重要的焊接工艺。

二、目前不锈钢/碳钢层状金属在焊接技术上的现状

1、选择合适的焊接方式。针对手工电弧焊具有的局限性，部分学者采用了埋弧焊对基层进行焊接，对复层和过渡层均采取药芯焊丝融化级气体保护焊，并通过实践证明，这种焊接方式达到了使用的要求。而基于双相复合板焊接过程中面临的工艺参数问题，相关人员对不同焊接工艺的参数进行了分析比较，并通过完整的数学模型及复制技术对其进行了多元回归法发展，最终得到了满足的参数。总而言之，针对复合板的复层及过渡层焊接过程中容易发生的冷热裂纹、淬硬倾向、耐腐蚀性降低等现象，在焊接的方式和材料处着手，利用合理、科学的焊接工艺，才能够获得优秀的焊接的效果。

2、焊接之后的工艺研究。部分学者根据焊接之后产生的裂纹、氢含量过高、残余应力过大、耐腐蚀性降低等现象，对焊后的工艺处理进行了研究。首先针对焊后生成冷裂纹的现象，采取了焊前预热和焊后热处理等工艺。焊前预热能够显著降低淬硬程度，但是温度要适宜，在焊接过程中还需要对层间温度进行控制；而焊后的热处理工艺是为了降低氢含量，同时降低残余应力，进而保证焊后材料优异的性能和组织。而为了进一步提升耐腐蚀性，相关学者对焊接缝隙复层表面采取酸洗钝化的工艺进行改善，但是由于这种工艺有残留和渗氢的负面影响，为了避免这种影响，提出了运用抛珠的方式来改善层状金属的耐腐蚀性，并取得了良好的效果。

3、研究焊接过渡层。过渡层的焊接是不锈钢复合板焊接过程的难点，在此过程中，需要尽可能的让过渡层变薄，降低基层和复层的扩散速度。通过实验分析得出，可以采用以下措施解决过渡层的问题：一是利用阶梯V形坡口；二是严格遵守焊接工艺，采用小电流快速焊对过渡层进行焊接，对复层同样采取小输入；三是选择富含Cr、Ni的焊接材料进行焊接，以期控制过渡层的焊接质量，保证焊后强度。

4、研究焊接后的耐腐蚀性。复合板焊接之后在确保接头强度的前提下，还要保证复合板的使用性能，即耐腐蚀性。通关研究发现，焊缝区在不同的溶液中均具备很好的耐点腐蚀性能，并通过对其化学成分和组织的分析得出，在焊接接头处，合金元素的分布不均匀，稀释率比较大，在渗碳作用的影响下，焊接接头的晶间腐蚀敏感性会增加，组织分布不均匀，晶粒粗大，很容易加速基体的腐蚀速度。

结论：通过上文的分析可以清楚的看到：第一对不锈钢/碳钢层状金属进行焊接时，基层焊接方式一般采用氩弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊、焊条电弧焊等焊接方式，而复层和过渡层的焊接方式则大多采用焊条电弧焊或者氩弧焊，一减小融合比；第二在焊接材料的选择上，基层材料通常依据等强原则进行选择，复层材料通常按性能选择，过渡层材料通常选用Cr、Ni含量高的焊材。

参 考 文 献

[1]华学明，蔡艳，吴毅雄，王欢，石少坚，唐永生.大型LNG船围护系统低温金属材料焊接技术现状及发展[J].电焊机，2015，05：28-35.

[2]李龙，祝志超，周德敬.有限元分析在金属层状复合材料开发中的应用[J].南方金属，2015，06：1-9+17.

不锈钢材料篇2

关键词：反应堆冷却剂系统（RCS）；焊接材料；化学成分；力学性能

引言

在AP1000核电堆型中，反应堆冷却剂系统（RCS）是核电站中最为关键的管道系统，设计方采用的管道材质为ASME SA312 GR TP304L、ASME SA182 F TP304LN、ASME SA312 GR TP316LN金属材料。按照ASME 第二卷C篇《焊条、焊丝及填充金属》（1998+2000a）及依托化项目相关技术规格书要求，并针对核电站管道系统的特殊性，确定焊接材料的化学成分、力学性能、铁素体含量，不锈钢敏化试验要求。

1 焊接材料选择

1.1 焊接材料化学成分选择

奥氏体不锈钢焊接材料应在ASME第二卷焊接金属分析A-8中308、308L、309、316和316L类型选择，低碳奥氏体不锈钢金属需选择低碳级别的不锈钢填充金属308L、316L。与反应堆冷却剂系统 （RCS）相关的低碳奥氏体不锈钢管道安装和焊缝修补的焊接材料应满足ASME第III卷NB分卷要求，按照设计要求选择适用于GTAW的焊丝 ER308L、ER316L。

适用焊接材料在ASME第二卷中化学成分的基础上按照ASME第III卷NB分卷NB-2432.2要求相应的增加Cb+Ta、V、Ti、Co五种化学元素，化学成分含量的控制以316L要求的化学成分为基准。Cb+Ta、V、Ti、均为有益元素，适当的添加可细化组织晶粒，提高强度、韧性、淬透性、可防止晶间腐蚀现象[1]；考虑到反应堆冷却剂系统（RCS）有直接受反应堆辐照的焊缝，所以必须将Co元素应该被严格控制一定范围，与反应堆冷却水接触的焊接填充金属最大Co含量应为0.20%或更少。焊缝修补，如果与反应堆冷却水接触的焊缝表面区域比较大时，焊接材料的最大Co含量应为0.10%或更小。类似的要求在法国RCCM标准S-2511中也有相关描述。同时还要求控制S元素的含量至0.010以下，目前低硫填充金属材料已经证明能缓硫致焊接的热裂纹或微裂纹问题。

AP1000核电堆型反应堆冷却水剂系统管道焊接全部采用GTAW焊接工艺，选配的焊接材料化学成分与ASME标准第II卷中的参数对比情况，详见表格1～2。

1.2 焊接材料力学性能选择

反应堆冷却剂系统管道焊接全部采用GTAW焊接工艺，对应的ER308L、ER309L、ER316L在ASME标准第二卷C篇中仅规定了分类，力学性能是在附录A中已推荐方式提供，为焊接材料和产品母材力学性能有效结合起来提供了依据。反应堆冷却剂系统管道母材的抗拉强度540MPa，屈服强度275MPa，伸缩率 60%。根据等强匹配原则，反应堆冷却剂系统焊接材料力学性能按照表格4中的参数制定为抗拉强度550MPa，屈服强度310MPa，伸缩率 30%。

力学性能参数对比详见表格3～4。

1.3 铁素体含量选择

奥氏体不锈钢焊缝金属应根据ASME第III卷，NX-2430进行试验。“开始”的焊接材料的未稀释的焊缝溶敷金属必须含有至少5FN（铁素体数）。与GTAW使用的焊接材料的δ铁素体可以从填充金属本身获得（仅仅使用化学分析方法就可以）。对于有低钼含量308L的焊材来讲，允许的δ铁素体范围应为5FN到20FN。对于有高钼含量的焊材316/316L，允许的δ铁素体范围应为5FN到16FN。详见表格5。

1.4 敏化试验

所有涉及AP1000核电堆型反应堆冷却水剂系统奥氏体不锈钢焊接的焊接材料必须符合USA核管会的RG1.44《敏化不锈钢使用的控制》管理导则，所以要求焊材供应商或者核电产品制造单位者证明在GTAW工艺下最大热输入量和最大碳含量符合RG1.44敏化不锈钢使用的控制的相关要求。

2 焊接材料应用结论

反应堆冷却剂系统使用的焊接材料ER308L、ER316L在遵循以上化学成分、力学性能、铁素体含量、敏化试验的基础上，通过三门核电一期工程，海阳核电一期工程设备模块产品（Q601）和反应堆一体化顶盖现场组装移交（IHPFA）最终证明反应堆冷却剂系统奥氏体不锈钢材质的管道焊缝产品质量符合ASME第三卷NB分卷和设计方相关技术规格书验收要求。本系统使用的焊接材料是在ASME 1998+2000a为执行标准和依托化项目相关技术规格书的要求下选择。因此，仅适用于AP1000核电堆型依托化项目。后续核电项目及CAP1400项目适用标准版本不同时，需要具有ASME认证资质的单位按照NCA-1140（e）的要求完成相关工作，并根据具体产品完成相关论证方可展开工作。

参考文献

[1]于宗森.钢的成分、残留元素及性能的定量关系[M].北京：冶金工业出版社，2001：259-264.

[2]催忠圻.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2005：323-331.

不锈钢材料篇3

关键词 不锈钢复合钢板；压力容器；设计制造；厚度偏差

中图分类号 TG3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0056-01

在当前科学技术的帮助之下，我国原油等开采量和加工量不断增多，但与此同时原油等物质的稳定性也开始受到人们的广泛关注。目前在设计和制造压力容器的过程中，不锈钢复合钢板是一种使用比较广泛的材料，其可以较好地实现长时间保障装置安全稳定运行的目标，因此为保障不锈钢复合钢板压力容器能够充分发挥出其应有效用，有必要对不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度的偏差进行分析。

1 不锈钢复合钢板压力容器的设计

1.1 材料选用

不锈钢复合钢板是一种通过爆炸成形等方式有机整合不锈钢和碳素钢或是低合金钢板的材料，其中不锈钢是复层，碳素钢或低合金钢板则被称之为基层。不锈钢复合钢板具有较强的可焊与成型特性，同时可以有效抵抗腐蚀、锈蚀，因此也被广泛运用在各行各业当中[1]。而在使用不锈钢复合钢板设计制造压力容器时，工作人员可以根据具体需要，从生产复合钢板的厂家处直接购买成品板材即可，但如果基层材料较为特殊或是有其他特殊设计要求，则可以分别从不同厂家处购买基层材料和复层不锈钢材料，最后统一交由复合板生产厂家进行加工复合即可。图1展示的就是使用不锈钢复合钢板设计制造而成的储气罐。

1.2 设计流程

在设计不锈钢复合钢板压力容器的过程当中，首先设计人员需要严格按照相关工艺技术要求以及设计要求，制定出科学合理的设计、制造和验收技术要求，之后需要根据既定的设计与制造方案选购规格厚度相适宜的不锈钢复合钢板，并正式进入到制造环节。由质量检验人员对设备封头和筒体等厚度进行全方位地测量和计算，但考虑到不锈钢复合钢板压力容器在制造时，因材料本身容易出现塑性变形，因而可能导致实际筒厚与设计厚度之间出现偏差，故需要设计人员在设计过程中对各种附加量进行充分考虑，并适当增加适量的安全量，从而有效保障不锈钢复合钢板压力容器能够与设计制造要求完全吻合，避免其在设计和制造过程中出现不必要的损失。

2 不锈钢复合钢板压力容器设计与制造厚度的

偏差

2.1 允许偏差

不锈钢复合钢板压力容器在设计与制造过程中并非完全不允许出现任何厚度上的偏差，根据国家相关标准要求规定，在设计和制造不锈钢复合钢板压力容器时，复层材料允许有不超过±10%且不大于±1.0mm的厚度差，即不锈钢这一复层材料的厚度偏差需要控制在±1mm以内。而低合金钢板或碳素钢等基层材料的厚度偏差不允许超过±0.5mm，将二者进行相加之后即可得到不锈钢复合钢板压力容器的设计与制造总厚度允许偏差，即为1.5mm[2]。但随着我国工艺技术的不断提高，其对不锈钢复合钢板压力容器设计和制造也提出了更为严苛的要求，现如今压力容器的复层材料允许负偏差不得超过0.3mm，基层材料的固定负偏差为0.3mm，累积负偏差的最大值不得超过0.8mm，压力容器总厚度允许负偏差必须控制在1.2mm以内。

2.2 算实例

以笔者所在工厂中的某台不锈钢复合钢板设计制造而成的压力容器为例，该压力容器的公称直径Ф为2 800mm，设计压力和设计温度分别为4.0MPa以及250℃，压力容器容积为42m3，介质为湿硫化氢工况易燃易爆工艺气体。压力容器的焊接接头系数Ф为1，两椭圆封头切线之间壳体长度为5 800mm，整台不锈钢复合钢板压力容器主要是由S31603+Q345R制作而成，在250℃的设计温度之下，压力容器筒体基层材料的许用应力为147MPa，腐蚀余量为C1=1mm，钢板负偏差C2=0.3mm。

根据计算公式即可求出压力容器当中的内压圆筒壁厚，在这一公式当中，代表着压力容器的计算厚度，Pc代表着计算压力，单位为MPa，Di代表着压力容器内压圆筒内径，单位为mm，则代表着压力容器在设计温度之下的许用应力，单位为MPa，而焊接接头系数则用Ф进行表示。通过将工厂中的这台不锈钢复合钢板设计制造而成的压力容器各项参数代入到计算公式当中，我们可以得知圆筒计算厚度为=38.62mm，而基层材料的名义厚度通过将38.62+1+0.3后可以计算得出为39.92mm，所以基层筒体的名义厚度可以取40mm。因此整个压力容器的筒体总厚度可以取3+40mm。而如果工作人员从生产复合板的厂家处直接订购厚度为3+40mm的S31603+Q345R的不锈钢复合钢板，则其订购的材料厚度应当在43.8mm以上。但在实际生产制造压力容器设备筒体的过程当中，筒体会因塑性变形而变薄，减薄量为，因此整台压力容器的加工减薄量应当为，在排除复层材料厚度强度这一因素之后，我们可以得知，压力容器圆筒在卷制成型之后其基层材料的厚度应当在38.62+1=39.62mm以上。而利用爆炸成型法下的不锈钢复合钢板，其基层材料的厚度应当为40-0.66=39.34mm，远远小于圆筒卷制成型之后设计要求的39.62mm的基层材料厚度，导致设计制造而成的不锈钢复合钢板压力容器无法有效满足设计要求[3]。因此需要工作人员在采购不锈钢复合钢板的过程中，对其设计、制造厚度偏差以及可能影响其出现厚度偏差的各项因素进行充分考量，并适当增加筒体厚度，保障压力容器筒体壁厚在3+42mm左右从而有效应对厚度偏差。

3 结论

总而言之，通过本文的分析研究我们可以得知不锈钢复合钢板，在被用于设计和制造压力容器的过程当中，其设计厚度往往会与实际制造时的厚度之间产生偏差，并可能由此导致设计制造而成的不锈钢复合钢板压力容器无法与设计要求相吻合。因此工作人员在进行不锈钢复合钢板压力容器的制造时，需要结合具体的设计要求认真挑选厚度适中的材料，并对设计与制造的允许偏差进行明确，设计人员在进行不锈钢复合钢板压力容器的设计时，也应充分考虑制造过程中的加工减薄量，必要时应在设计图纸中标明壳体的最小厚度，通过在设计过程中适当增加安全余量等措施以尽可能消除不锈钢复合钢板压力容器的设计与制造厚度偏差，进而有效保障压力容器的设计与制造质量。

参考文献

[1]肖文丽，韩玉梅.不锈钢复合钢板制造压力容器设计厚度探讨[J].中国特种设备安全，2011（10）：26-27.

[2]吴进银，张静.不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度偏差探讨[J].化学工程与装备，2015（8）：114，131.

不锈钢材料篇4

【关键词】310S；不锈钢无缝管；短流程

随着科学技术的飞速发展，对钢质量的要求愈来愈高。作为一种重要的工业材料——不锈钢的应用，已从原来范围狭窄的尖端领域，扩展至石油、化工、航天、轻工、食品、医药、原子能等工业领域，以及建筑、装潢等许多方面。从不锈钢的需求量来看，一般工业发达国家的不锈钢产量约占钢材总量的2-3%；我国是发展中国家，不锈钢产量至少应占到钢产量的0.8-1.0%。另一方面，发展不锈钢的生产，是代表一个国家特钢水平的重要标志。目前，我国人均不锈钢占有率仅0.3kg/人，与发达国家相比有很大差距，则不锈钢的生产发展将会有一个大的飞跃。可见，在国内具备一定技术和条件的钢铁企业内开发和发展不锈钢的新产品，特别是开发国内尚未起步的建筑用不锈钢是国民经济发展的需要，是市场经济发展趋势，因而具有广阔的前景。

耐热钢作为航空航天、化工工业中的重要材料，被广泛用于高温环境中， 如锅炉、热交换器等方面。高温氧化是高温下最常见也是最重要的腐蚀破坏形式，因此研究和发展具有抗高温氧化性能的新材料对于我国的航空工业、化工及国防事业具有深远的意义。奥氏体耐热不锈钢310S(0Cr25Ni20)是高铬镍奥氏体不锈钢，在氧化介质中具有优良的耐蚀性，同时具有良好的高温力学性能，因此它既可以用于耐蚀部件又可以用于高温部件。国内外研究表明，在钢中加入某些合金元素是改善和提高合金抗氧化性能的重要举措之。能否形成致密的氧化膜是合金抗高温氧化的关键。310S奥氏体耐热不锈钢是一种具有良好的应用前景的高合金耐热钢。

特别是石化工业对不锈钢的要求越来越高，主要有耐腐蚀，包括氯化物、硫化物和其他盐类腐蚀；耐高温与耐低温等。而用于原油勘探、开发的不锈钢则要求抗二氧化碳、硫化氢腐蚀的特性。目前我国在原油勘探，开发中常用的主要是3Cr、9Cr、13Cr、超级13Cr以及含Cr22以上的不锈钢厚壁无磁钻挺和钻杆。310S不锈钢管作为高级耐热钢管的代表，广泛应用于制造加热炉的各种构件等受高温影响环境的器件，如合成氨设备的高温炉管、高温加热炉管等，成为热处理工业、石油化工等行业不可或缺的金属管材。

310S钢系25%Cr-20Ni高合金耐热不锈钢， 其热强性、抗氧化和抗硫化性能均较其他常用的耐热不锈钢优良。但据相关报道，进口的310S管道在年度检修时，进行试样化学成分、力学性能、金相、扫描电镜分析，发现材料的强度升高，屈强比也升高，塑性大幅度下降，特别是韧性已经极低，材料已完全丧失奥氏体钢管的优良韧性， 与一般奥氏体不锈钢室温冲击韧性相差甚大，材质明显变脆。该管道材料力学性能的劣化已达到非常严重的程度。分析材料脆化的原因：有一些部位的由于受力条件恶劣，材质发生蠕变，在晶界上和三晶界交界处从滑移开始直至形成蠕变空洞，在应力较集中处的焊缝，蠕变空洞已发展为沿晶的蠕变微裂纹，从而形成蠕变损伤；在母材和焊缝上大量相和二次碳化物析出，特别是相，不仅在晶界，而且在晶内也以针状大量析出。

针对上述情况，我国宝钢等公司，在奥氏体耐热不锈钢310S (0Cr25Ni20)不锈钢的基础上对冶炼成分加以调整，使其达到24-27%金属铬和18-20%金属镍的含量并添加了硅材料，生产出310S（1Cr25Ni20Si2）超级耐高温不锈钢，该钢是奥氏体耐热不锈钢之一，与具有体心立方结构的铁素体和马氏体耐热钢及(0Cr25Ni20)不锈钢相比，由于其具有较高的高温持久强度和蠕变强度，因而非常适合于制作在900～1200℃高温下使用的构件，如工业炉构件等。然而在实际加工、生产过程中， 存在着因含硅不锈钢材料表面硬度高难加工，热、冷加工中表面出现线状裂纹以及成品延伸率偏低等问题。

国内太原钢铁(集团) 李俊等人通过采用熔点1085℃的保护渣( ST-SP/310 )替代熔点1120℃的保护渣(ST-SP/810)，结晶器宽面和窄面的冷却水流量分别从4500L/min和460L/min降至4300L/min和430L/min，钢水过热度从30～45℃降至20～35℃，拉速从0.95m/min降至0.80～0.90m/min，对310S耐热不锈钢连铸板坯表面纵裂分析和工艺改进，结果铸坯质量明显改善，消除了表面纵裂。其原因是310S耐热不锈钢Cr，Ni含量高，导热性差，影响310S钢铸坯纵裂的工艺因素主要有保护渣、结晶器冷却强度、过热度和拉速。兰州理工大学有色金属新材料国家重点实验室喇培清等人在奥氏体耐热不锈钢3105中加铝，发现随着铝含量增加（质量分数2%～10%），碳化物由连续条状转变为质点状；铝元索固溶于基体中，基体相为γ相；当Al含量大于6%时基体相为α相，合金脆性大幅提高，合金由塑性材料转变为脆性材料。

美国环球资源公司宣布，其在中国的合资不锈钢生产厂山东泉信不锈钢公司已开始采用连铸的生产方式生产310S不锈钢，首次交货在2008年1月。NKK（日本钢管公司）开发了310S/TEMPALOYA-1复合管，其优良的高温强度和耐蚀性，可用作超超临界(USC)锅炉的过热器，用于化石燃料动力锅炉的耐热钢和耐蚀钢复合管。

不锈钢材料篇5

关键词：钢结构、锈蚀、除锈、防锈处理方法

目前建筑领域原材料费用尤其是其中的金属材料费用比例是比较高的，因此对所用金属材料的合理选材、优化材料组合及质量控制、应用效果、减少中间维护费用等，是建筑设计工作中日益关注的重点。同时针对某些钢结构件在使用过程中表面状态的改变还应充分考虑材料的耐用性、持久性、耐磨损及维修防护性能。以上就是现代建筑在某些结构中大量采用钢材料及防锈工作重要性的基础。

1 钢结构锈蚀的分类

钢结构的锈蚀根据周围的环境、空气中的有害成分(如酸、盐及其他气体等)及温、湿度和通风情况的不同，可分为两类：(1)化学锈蚀；(2)电化学锈蚀。

(1)钢结构表面与周围介质直接起化学反应而产生的锈蚀称为化学锈蚀。如钢在高温环境中与干燥的O2、NO、SO2、H2S等气体以及和非电解质的液体发生化学反应，导致在钢结构的表面生成钝化能力很弱的氧化保护薄膜FeO、FeS等，其腐蚀程度随时间和温度的增加而增加，从而导致钢结构的化学锈蚀。

(2)钢结构在存放和使用的过程中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀属于电化学锈蚀。在潮湿的环境中，钢结构表面由于显微组织不同、杂质分布不均以及受力变形、表面平整度差异等原因，使钢结构的局部相邻质点间产生电极电位差，形成许多“微电池”。

2 锈蚀的积度和锈蚀检查

锈蚀处理的对象往往是已经作过防护、涂层良好或部分良好，而发生不同程度锈蚀损坏的钢结构，要有效地处理好锈蚀的结构，就必须对钢结构得锈蚀程度作仔细检查，才能针对具体情况加以有效处理。钢材的锈蚀形态可分为(1)全面锈蚀(普遍性锈蚀)和(2)局部锈蚀；全面锈蚀是表面均匀的锈蚀，而间隙锈蚀、孔蚀、沟蚀及接触处腐蚀漆膜脱落锈蚀均属局部锈蚀。

钢结构锈蚀检查要注意以下6点：

①埋人地下构建的地面附近部位；②可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位，尤其是可能的积水部位；③经常干、湿交替又未包砼构件；④易积灰又湿度大的构件部位；⑤组合截面梁净空小于12 mm，难于涂刷油漆的部位；⑥屋盖结构，柱与屋架节点，吊车梁与柱节点部位。

3 钢结构的除锈、防锈及防锈涂料

钢结构在涂刷防锈蚀涂料前，必须彻底除锈，应将构件表面的毛刺、铁锈、油污及附着物清除干净，否则将严重影响涂料的附着力。并使漆膜下的金属表面继续生锈扩展，使涂层破坏失效，达不到预期的防护效果。目前钢结构常用的除锈方法在工厂中多为人工除锈，如喷砂、喷丸。随着国家标准及相关行业标准的陆续制定，钢结构表面除锈的质量控制已有相应的规定，如《钢结构工程施工质量验收规范GB 50205―2001》对喷射、抛射或手工、动力工具等划分了相应的技术要求。

3.1 除锈方法：手工除锈尽管工效低、劳动条件差、除锈不彻底，但因其人工除锈费用低，在漆种对钢结构表面处理要求不高的情况下，此种方法仍可采用。但在除锈质量要求较高的情况下，就要采用喷砂除锈。喷砂除锈是一种较为先进的除锈方法，对于同一种油漆，同样条件下，喷砂除锈较手工除锈的漆膜寿命可延长3～5倍，它不仅除锈较彻底，而且工效高、操作简便，目前已被广泛采用。酸洗除锈及酸洗磷化处理虽然除锈彻底、工效高，但仅适用于形状复杂及小型和薄壁型钢结构件。因酸洗槽设备的限制，目前大型构件尚应用不多。

3.2 除锈中应注意的问题：①综合考虑厂房的整体布置，隔离散发侵蚀性介质的区域(即改进工艺设备和生产过程)，采用有利于自然通风的厂房布置方案，以降低有害物的含量；②尽可能选用含有适量合金元素的耐大气腐蚀的低合金钢材和正确配套的涂料；③ 在结构选型上采用不易锈蚀的合理方案。如在构造上选取合理的截面形式，以避免积灰、积水，易于清理和涂漆；节点构造要简单；在加工制作的过程中保证焊接质量，避免焊缝夹渣；尽量避免或减少涂刷油漆后进行焊接，以防止破坏漆膜的完整性；对施工过程中破坏的漆膜应及时补涂油漆；④采用先进、科学的管理方法和合理的防腐措施。

3.3 钢结构防锈蚀方法很多，有使用耐蚀钢材，钢材表面氧化处理，表面用金属镀层保护和涂层涂料保护等。防锈蚀的最有效手段是涂抹防锈漆。

(1)红丹防锈漆。在一般的钢结构工程中，常选用防锈能力强，有较好的坚韧性、防水性和附着力的油性红丹防锈漆作为防锈底漆，醇酸磁漆为面漆。红丹防锈漆处于晶格外层的铅离子与腐蚀初始始阶段的铁离子产生离子置换生成难溶物质，红丹在水和氧的存在下与油基漆生成铅皂，其裂解的单羟酸铅、二羟酸铅盐具有缓蚀作用。铅离子与许多腐蚀介质生成如硫酸铅等不溶性盐，铅皂的封闭作用随时间生成物愈来愈致密和结实，这是油性红丹漆的特性[2] 。

(2)环氧富锌和尤机富锌漆：环氧富锌即有机富锌，由锌粉、环氧树脂和固化剂配制而成。主要用于钢结构的重防腐涂装体系作长效通用底漆，也可用作镀锌件的防锈漆，其应用的适宜温度为l0～35℃，并避免在雨、雾、雪天施工涂刷。无机富锌漆主要以水玻璃为基料，加人锌粉、漂浮剂和固化剂等配制而成。此漆具有与镀锌层相同的阴极保护作用，为可焊漆，其耐候性及耐老化性能良好，可耐450℃的温度，但耐酸碱度差[2]。这种涂料对钢结构表面处理要求较高，在低温、高温情况下，该涂料不可施工。它与钢结构表面之间有优异的物理、力学性能，结合力牢固。漆膜中富含锌，在机械加工及运输和安装过程中漆膜划伤处铁锈不蔓延。作为保养底漆，室内或露天均能达到半年以上的防锈效果。切割、焊接加工时烧伤面积小，带漆焊接后，焊接强度不受影响。由于防护效果及可焊性均佳，将其用于钢结构出厂前的防腐底漆涂刷，可保护钢结构在运输过程中不致锈蚀，又不影响工地现场的焊接和安装。一般涂刷厚度为100 左右(即面漆和底漆各两道)，且厚度均匀，连续完整，无针孔，干膜厚度不小于50 。

4 结语

不锈钢材料篇6

Keywords: pressure container, composite steel plate, opening reinforcement, surfacing, reduce cost, stainless steel

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

在石油化工工程中，由于介质的高腐蚀性，大量地应用到不锈钢材质的压力容器；而又由于介质或工艺要求的高温高压，会造成压力容器壁厚的增大。一般对于壁厚超过50mm的压力容器可称得上是厚壁压力容器，对于此类压力容器由于在选材、结构设计、制造、检验和验收方面都有一定特殊性，无论是国内还是国外的压力容器法规都有一些特别的要求。

当今大型的石化工程公司都是以总包（EPC）的形式承揽石化工程项目，而现在新建的许多石化项目投资动辄几个亿，甚至十几个亿人民币。这些项目中，非定型设备要有上千吨，甚至几千、上万吨，其中不锈钢设备又占有非常大的比重。因而对于其中吨位重的设备，尤其是不锈钢设备从选材到结构设计充分融入经济设计的理念，对于降低成本，提高效益是十分重要的。

2004年我公司承揽了一项目的总承包，工作中我曾负责一台高压冷凝水蒸发罐的设计工作。该设备的主要设计参数如下表所示：

其设备简图如下图（图1）所示：

图1

除了设计压力较高外，这是一台看上去很简单的压力容器，但在设计过程中我们还是遇到了一些问题，现拿出来与大家共同探讨一下。

首先在材料选择方面

根据本设备的数据参数表得出本设备的计算参数：

计算压力Pc=6.6MPa， 设备内径：Di=2500mm

焊缝系数Φ=1.0

由于工艺给定材质为304S.S.，根据本项目业主要求，不锈钢均采用进口材料，所以材质选为A-240-304，据ASME PART D 及GB150规定的钢材安全系数得到设计温度下其许用应力为[σ]t= 98MPa，

据GB150-1998公式（5-1），本设备圆筒计算厚度为:

封头厚度计算略，其计算厚度再加上封头加工裕量应大于圆筒厚度。

显然，若选用A-240-304不锈钢，设备筒体的厚度很大，其材料费和加工费都是很高的。

当然，以上的设计计算只是与下面我的计算进行一下对比，我们搞压力容器设计的人大多都知道，对于如此壁厚的压力容器我们一般是选用不锈钢复合钢板（C.S.+S.S. CLADDING）来代替纯不锈钢钢板的。据业主要求不锈钢复合钢板也要用进口材料，因而我们决定选用碳钢+不锈钢复合板A-516-70+304S.S. CLADDING （3mm厚）材料进行设计。

同样据ASME PART D （材料卷）及GB150规定的安全系数可得到在本设备设计温度下A-516-70的许用应力为[σ]t =129.3MPa，3mm不锈钢复合层材料强度忽略不计,则可得复合钢板中A-516-70基层材料计算厚度：

由以上相比较可以看出改用复合钢板后，其筒体厚度大为减小。这样，较用纯不锈钢板，用复合钢板后设备重量减小不少，设备加工费也会减少，这样就降低了成本。

最后，我们设计中确定的筒体最终名义厚度为δns=69（66+3mm 304S.S. CLADDING），封头考虑加工裕量后最终名义厚度为80（76+4mm 304S.S. CLADDING）,封头计算公式略，考虑到封头冲压减薄量，封头材料不锈钢复合层取为4mm厚。

根据材料的化学成份及强度特性，ASME材料A-516-70相当于国内材料16MnR，因而有关A-516-70的设计、制造、检验要求我们完全参照16MnR的要求，整个设备的制造，验收还要参照CD130A3-84《不锈钢复合钢板焊制压力容器技术条件》的要求。

按GB150规定，厚度30mm以上的16MnR材质压力容器要在设备制造完毕后进行整体焊后热处理，因而本设备需做整体热处理（PWHT）。

这样就会出现材料方面的另一个问题：我们知道奥氏体不锈钢在400℃~8500C冷却时，会析出高铬的碳化物，从而引起晶间腐蚀倾向。而醋酸对不锈钢又有着较强的晶间腐蚀倾向。16MnR的热处理温度为6000C 左右，即使将复合钢板焊后热处理温度降到5500C ，经过热处理后也会降低304S.S.复层的耐腐蚀性；而且本设备壁厚较厚，降低热处理温度后，热处理效果恐怕不太好。因而我们向工艺建议复层材料采用含碳更低的304L S.S.， 这样可以提高其抗晶间腐蚀的能力。

最后我们选用的材料为A-516-70+304L S.S. CLADDING，厚度同上。

开孔补强设计

由于本设备的设计压力高，筒体壁厚很厚，开孔补强用补强板显然是不行的，也不符合法规的要求，因而我们决定采用厚壁接管锻件进行补强。另外在确定补强结构时还要从节省不锈钢材料考虑，降低制造成本。经过分析，由于在本项目所有设备设计中6”及以上不锈钢管法兰均采用碳钢法兰堆焊不锈钢密封面及内表面的型式，考虑到在厚壁接管锻件长度不太长的情况下，6”及6”以上厚壁接管锻件内壁采用堆焊也是可行的，因而决定，6”及6”以上厚壁接管锻件采用A-105（相当于16Mn）作为本体，内表面堆焊304L S.S.；而小于6”的厚壁接管锻件由于直径小不便堆焊，只能采用纯304L S.S.不锈钢锻件了。

管口尺寸6″以上的接管开孔补强设计

本设备中共有3个6”以上接管N1（10”）、N3（6”）、M1（24”），下面以N1（10”）接管为例说明其补强结构及补强管厚度计算。

接管N1的结构如图2所示。由于本设备筒体用复合钢板，管嘴碳钢锻件及法兰内表面和密封面均堆焊不锈钢，碳钢锻件与筒体相接处其端面也要堆焊不锈钢，使之与筒体不锈钢复合层平齐。

我们查看过相应资料及以往做过的项目，一般堆焊层厚度为3mm，但我们考虑到3mm厚度不锈钢堆焊层较薄，堆焊过程中有可能会由于碳钢锻件金属的熔化而增加堆焊层的含碳量，从而引起其抗腐蚀性降低等不利因素，于是决定堆焊层厚度为4.5mm。

本项目碳钢锻件也采用国外牌号材料，为A-105（相当于国内锻件材料16Mn），其零件图如图3所示。

图2图3

下面简单介绍一下确定其结构尺寸的过程：管嘴与10”-900#对焊法兰相焊部位的外径即为10”接管外径Φ273mm。对于900# 法兰，宜选用钢管为10”-SCH．XXS，其壁厚为25mm，故碳钢锻件内径为Φ223mm，堆焊4.5mm后管嘴内径为Φ214mm。

不锈钢材料篇7

    论文关键词:不锈钢切削加工;切削参数;合理选择

    1 不锈钢切削加工的实际特点

    1.1 具有很强的加工硬化趋势,极易磨损刀具

    大部分不锈钢材料(马氏体类不锈钢例外)具有很强的加工硬化趋势,同时,因为加工硬化层具有很高的硬度(通常高于原有硬度2倍左右,表面硬度HV能够达到400-570kg/mm2)。不同的切削条件与不锈钢工件材料,会让加工硬化层深度从数十μm一直深入到数百μm(通常为100μm-200μm)。

    1.2 切屑不易折断或者卷曲

    切削过程中切屑不易卷曲和折断。特别是镗孔、钻孔、切断等工序的切削过程中,排屑困难,切屑易划伤已加工表面。在数控机床上切削不锈钢时,断屑与排屑是重点考虑的问题。

    1.3 切屑具有很强的粘附性,极易造成刀瘤

    不锈钢材料具有很高的韧性,尤其是对其它金属材料具有较强的亲和力,加工过程非常容易造成刀瘤。

    1.4 “三高”(高温度、高硬度、高强度)不易分离切屑

    不锈钢的特性之一就是高温度、高硬度、高强度。例如温度维持在700°C的奥氏体类不锈钢的机械性能仍不会显着降低。

    2 合理选用加工刀具

    合理选用加工刀具是进行不锈钢材料加工的重要先决条件。不锈钢加工刀具的必须具有以下特点:较高的强度、硬度、韧性、耐磨性以及较低的不锈钢亲和力。

    常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类,形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高,因此影响生产效率的提高。对于车刀类较简单的刀具,刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金,因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料有:钨钴类(YG3、YG6、YG8、YG3X、YG6X),钨钴钛类(YT30、YT15、YT14、YT5),通用类(YW1、YW2)。YG类硬质合金的韧性和导热性较好,不易与切屑粘结,因此适用于不锈钢粗车加工;而YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好,适合于不锈钢的精车加工。加工1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时,不宜选用YT类硬质合金,由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用,切屑容易把合金中的Ti带走,促使刀具磨损加剧。

    3 合理选择刀具几何角度

    合理选择刀具几何角度非常重要,其切削部分的几何角度直接影响着不锈钢工件进行切削加工时的切削力、表面粗糙度、加工硬化趋势、生产率、刀具耐用程度等诸多方面。合理选择刀具几何角度不仅可以提高工件的加工质量和加工效还可以显着降低加工成本(如降低刀具的更换频率和废品率等)。

    3.1 合理选择前角

    进行不锈钢切削时,应该在不降低刀具强度的前提之下,适当提高前角 。刀具前角的适当提高会降低刀具的塑性变形能力、切削热以及切削力,加工硬化的趋势也会随之减轻,相应地,刀具耐用度便会显着提高。综合看来,通常情况下刀具前角保持在12°-20°为最佳,具体角度根据实际需要来调整。

    3.2 合理选择后角

    在弹性与塑性两方面均高于常规碳素钢的不锈钢,进行切削时,如果刀具后角 过小,会增加车刀后角与切断表面的接触面积,此时,摩擦高温区集中于车刀后角部位,刀具的磨损会显着加快,并且工件的表面光洁度会显着降低。因此,进行不锈钢工件切削时,车刀后角 应该大于车削普通碳钢时的角度,但是不可以过大,因为过大的后角会导致刀刃强度地急剧下降,刀具的耐用度得不到保证。所以,刀具后角保持在6°-10°之间为最佳。

    3.3 刃倾角

    由于采用较大的前角,刀尖强度会有所削弱。为增强刀尖强度而又不使背向分力增加过大,刃倾角宜取较小数值,一般为-5°至 -15°,连续切削时取较大值,断续切削时取较小值。

    4 合理选择切削用量

    合理选择切削用量直接影响着不锈钢加工的效率与质量,所以,在合理确定刀具类型和刀具几何角度之后,必须要科学合理地确定切削用量。

    合理选择切削用量时应该注意以下几个问题:首先,不同的不锈钢毛坯具有不同的硬度,应该根据实际情况来选择切削用量;其次,合理选择切削用量,同时需要考量刀具材料、刀具刃磨条件以及焊接质量等因素;再次,除了以上两点,合理选择切削用量需要认真考量零件的直径、车床精度以及加工余量问题。

不锈钢材料篇8

关键词： 接地； 接地网； 耐蚀性金属； 土壤腐蚀； 截面选择； 技术经济性

中图分类号： U264.7 文献标识码： A

0 引言

电力系统接地的目的是提供故障电流及雷电流的泄流通道， 稳定电位， 提供零电位参考点及降低绝缘水平。接地系统是确保电力系统、 电气设备的安全运行， 确保运行人员及其他人员的人身安全的重要措施[1]。

由于铜材的短缺， 我国主要以镀锌钢作为接地装置材料。在很多地区， 接地网腐蚀已构成影响电力系统安全运行的重要因素。在我国， 因接地网腐蚀而引起的电力系统事故时有发生， 每次事故都会产生较大的经济损失。为了抑制接地网的腐蚀， 国际上通常使用铜材为接地材料， 但是铜材的价格昂贵， 为此， 在国内外市场上， 出现了一些新型接地材料， 如铜镀钢、 不锈钢、 锌包钢等材料。铜镀钢已在国外获得较多的使用， 而其他材料尚无可以依据的使用标准或经验， 因此在生产及使用中存在一定的盲目性。针对上述问题， 本文通过调研相关文献、 标准， 收集数据， 对部分接地金属材料从耐腐蚀性、 金属截面积选择、 技术经济比较3方面进行综合分析， 以供工程参考。

1 国内外各种新型接地材料调研

目前国内各种接地材料众多， 本文首先对国内外已使用和可能使用的材料进行汇总。铜镀钢在国外获得了较多的应用， 美国、 英国等

国家都制订了相关标准[2-4]。该种材料还有铜铸钢、 铜包钢等不同生产工艺[5]； 市场上另有一种热浸锡铜镀钢， 即在铜镀钢的外边镀1层锡， 其防腐性能更好。近些年， 锌包钢、 不锈钢接地棒逐渐出现在市场上。锌包钢是用挤压包覆的工艺[6]将较厚的锌层包覆在钢表面， 克服了热浸镀锌钢镀层太薄的弊端， 从而起到防腐的目的， 这种材料在实际工程中应用不多， 也没有相关标准可以依据。不锈钢的防腐性能是显而易见的， 但目前在接地工程中很少采用。有人提出过不锈钢包钢的想法， 但是目前尚无成型产品。在下面的分析中， 本文将针对镀锌钢、 铜、 铜镀钢、 不锈钢、 锌包钢等材料进行详细的比较。

2 金属的耐腐蚀性

金属的耐腐蚀性很大程度上决定了其在接地工程中的应用前景， 在国内外曾进行过大量的相关实验。

2.1 国外开展的相关实验

美国和波兰针对接地材料腐蚀特性进行了深入研究。美国国家标准局在1910―1955年开展了为期45年的 “地下腐蚀” 研究项目[7]； 美国加利福尼亚国家海军土木工程试验室在20世纪60年代早期与美国国家腐蚀工程师协会合作开展了为期7年的 “接地棒现场测试” 研究项目[8]； 美国国家接地研究计划从1992年开始在国际电气监察协会的南内华达州分部研究不同接地极材料的长期性能， 该项目现在由防火研究基金会继续进行试验[9]。波兰华沙技术大学材料科学工程系实验室也进行了电镀铜与镀锌钢的腐蚀实验[10]研究。

2.2 国外实验结果

美国国家标准局 “地下腐蚀” 研究项目的主要研究成果如下：

（1） 铜和铜镀钢。包括管状和板状样品， 其中铜镀钢的铜层厚度为0.254 mm。在14个不同场地埋入地中13年， 根据重量测量， 得到平均腐蚀深度为12.7×10-6mm。埋置在另外29个不同试验场地8年的样品的平均腐蚀深度为22.86×10-6mm。

（2） 镀锌钢。测试了208个镀锌钢管， 镀层厚度约为0.121 mm， 样品埋入地中10年。10年后镀锌层的平均腐蚀厚度达0.063 5 mm。镀锌层下的钢出现了点蚀。

（3） 对轧制锌材和镀锌钢 （平均镀层厚度0.13 mm）在美国不同地点的50种土壤中进行了腐蚀性能的评定。数据显示， 镀锌钢件的平均腐蚀速率与锌基本一致， 但是点蚀穿透率明显低于锌； 而且当大部分镀层被腐蚀后， 腐蚀速率降低[11]。

美国加利福尼亚国家海军土木工程试验室对9种不同材料的垂直接地棒 （长2.4 m， 直径16 mm）， 埋入地下7年， 分别在1年后、 3年后、 7年后从土壤中挖出测量， 得到的实验结果如下：

（1） 7年后， 大多数试品的镀锌钢镀层腐蚀掉了，钢芯出现了点蚀。

（2） 包不锈钢的钢接地棒基本没有腐蚀， 但是钢芯出现了约25.4 mm深的点蚀。

（3） 铜镀钢接地棒没有腐蚀， 只是在端部钢芯出现了约50.8 mm深的点蚀。美国海军在其公布的接地体现场测试报告中提供了一些现场测试结果[8,12]， 腐蚀数据如表1所示。

美国国家接地研究计划的试验材料包括了镀锌钢和电镀铜材料。5个试验场地中的4个分别在试验9年、 11年、 12年进行了开挖。结果表明， 镀锌钢出现了中等到严重的腐蚀， 电镀铜导体只有轻微的腐蚀。波兰华沙技术大学材料科学工程系实验室的研究表明， 在相同腐蚀环境及波兰土壤条件下， 腐蚀速率是均匀的， 并且和暴露的时间成比例。热镀锌棒的平均腐蚀速率为1.1 mm/a， 电镀铜棒的腐蚀速度是它的1/25。另外， 文献[13]给出了国外某些在接地装置中可能出现的金属埋在数十种土壤中进行腐蚀评估试验的平均结果， 见表2。从表2中可见， 从平均腐蚀率来看， 钢铁和锌的腐蚀速度最快， 铜和铅的腐蚀速度要慢很多， 仅约为钢铁和锌的1/8； 从点蚀速度来看， 钢铁的最大点蚀速度达到了1.4 mm/a， 而铜的最大点蚀速度不到0.2 mm/a， 为钢铁的1/7。

表2 金属材料在土壤中的腐蚀速率

2.3 国内研究成果

在金属材料的土壤腐蚀方面， 国内尚无针对上述几种金属材料的全面试验比较， 但也做了大量的相关研究。中国科学院金属腐蚀与防护研究所用原位测试方法对碳钢、 不锈钢、 H62黄铜及金属铝在土壤中的腐蚀进行了研究[14-15]， 认为1年内， 铝、 碳钢、 不锈钢、H62黄铜的平均腐蚀率之比为1： 22： 0.5： 4。该所还研究了1Cr13、 1Cr18Ni9Ti两种不锈钢在酸性、 中性及碱性土壤中经过1年、 3年、 5年3个试验周期后的腐蚀特征[16]， 结果表明， 1Cr18Ni9Ti 耐蚀性优于1Cr13， 2种不锈钢在酸性及中性土壤中腐蚀轻微， 在高盐碱性土壤中腐蚀严重， 以点蚀为主。电信科学技术第五研究所采用自然埋藏的研究方法， 对线缆金属材料铜、 铝、 铅在我国各种土壤中的腐蚀进行研究[17-18]， 结果表明： 铜、 铝、 铅平均腐蚀率随时间变化规律基本遵循方程式V=AtB（式中： V为腐蚀速率， g/dm2・a； A、 B为常数； t为时间， a）； 铜在内陆盐

土， 铝在碱性土壤， 铅在酸性土及潮湿草甸土、 紫色土中呈局部斑点腐蚀； 局部腐蚀产物不具保护性。北京科技大学利用汽车镀锌板， 研究了完整镀锌板、 基板和镀锌层不同程度破损试样在泥浆和NaC1水溶液中的腐蚀规律[19]。结果表明： 完整镀锌层的腐蚀速率高于基板； 镀锌层破损试样的腐蚀失重随镀锌层破损面积的增加而增大。

2.4 综合讨论

依据美国海军的试验结果， 该实验室的专家认为， 只有电镀铜厚度为0.25 mm的钢棒以及不锈钢棒的抗腐蚀速度可以被接受[6]。另外， 从8~13年在43种不同土壤中铜试品的测试结果中的41种计算得到30年的平均点蚀深度为0.17 mm， 因此一些国际标准都将电镀铜钢棒的铜镀层的要求确定为至少0.25 mm，包括英国BS7430和美国的UL467[3-4]。但是值得注意的是， 在文献[20]中提到， 在透气性较差的土壤中， 不锈钢的耐腐蚀性会减弱， 而且不同材质的不锈钢具有不同的耐腐蚀性， 因此该文献建议将不锈钢接地从有关标准中移除。以上大量实验数据表明：

（1） 铜、 不锈钢的耐腐蚀性远远好于镀锌钢， 但是他们在特殊土壤中的腐蚀也是不能忽略的， 而且不同材质不锈钢的耐腐蚀性不同。

（2） 铜镀钢30年的平均腐蚀深度一般不大于0.17 mm。依据不锈钢包钢棒与其他金属材料的一些试验结果， 可以认为不锈钢包钢也具有与铜镀钢类似的耐腐蚀性。

（3） 锌材的腐蚀速率与镀锌钢的腐蚀速度相当，因此锌包钢从包覆层的腐蚀速度上来说没有明显优势， 主要是利用其阴极保护能力牺牲自己来实现保护其他金属构件的目的。

（4） 镀层破坏会减弱镀锌钢的抗腐蚀能力。因此可以认为， 在保证产品质量的前提下， 铜、 不锈钢、 铜镀钢的耐腐蚀性要好于镀锌钢， 锌包钢也能起到一定的阴极保护作用。虽然国内外开展了土壤中金属材料的腐蚀研究， 但很多试验对应的环境条件并不明确。鉴于多种金属材料仍缺乏足够的土壤腐蚀试验数据， 很难确定其在不同土壤中的腐蚀速率，因此建议多开展此类试验， 积累数据， 为工程中金属截面的选取提供参考。

3 金属截面积选择

对于接地材料截面积的选取， 除了要考虑其耐腐蚀性能外， 还要考虑其足够的通流能力。美国IEEEstd.80―2000中推荐式 （1） 的简化计算公式：

式中： Akcmil为接地材料截面积， 单位为kcmil， 1 kcmil＝0.507 mm2； Ig为流过接地线的短路电流稳定值， A； te为短路的等效持续时间， s； Kf为接地导体材料的材料系数， 可从表3中取值[21]

， 不同材料的Kf是根据材料最高容许温度取值的 （周围环境温度取40 ℃时）。该标准还提出， 当采用硬拉铜线时， 由于机械强度的原因， 应谨防导体温度超过250 ℃， 以防止导体淬火， 韧

性降低。据此标准， 按照250 ℃计算， 硬铜导体的最小截面积分别要在原热稳定计算的截面基础上， 扩大1.67倍。

表3 部分金属的材料系数

我国电力行业标准DL/T 621―1997 《交流电气装置的接地》 推荐式 （2） 的简化公式：

式 （2） 与式 （1） 类似， 不同之处在于： Ag的单位为mm2

； c为热稳定系数， 该标准中只对钢、 铝、 铜的热稳定系数给出推荐值， 钢、 铜的热稳定系数分别取值70和210， 而对于表3中所列其他金属， 没有给出推荐值[22]。该标准还规定了按机械强度要求的接地钢导体的最小尺寸， 其中圆钢的最小直径为8 mm或10 mm，这里取保守值10 mm， 因此铜镀钢、 不锈钢、 不锈钢包钢、 锌包钢接地棒按机械强度要求的最小直径为10 mm， 即实际使用的最小截面积为78.54 mm2。假设短路时间为0.5 s， 入地故障电流Ig为10 kA，按IEEE标准、 我国电力行业标准计算， 再考虑机械强

度要求得到不同接地线的截面和半径如表4所示。表4中， 铜、 铜镀钢、 不锈钢、 不锈钢包钢均认为没有腐蚀， 只需进行热稳定条件校核， 故其截面积比考虑腐蚀的镀锌钢要小的多； 表4中镀锌钢接地体截面选择包含4种情况： 不考虑腐蚀、 轻度腐蚀 （0.05 mm/a）、强腐蚀 （0.1 mm/a）、 严重腐蚀 （0.2 mm/a）， 同时考虑

50年的腐蚀量， 以及1.2的不均匀腐蚀程度。对于锌包钢 （包覆层厚3 mm）， 由于其耐腐蚀性没有准确的数据， 而且其部分防腐性能体现在作为牺牲阳极上，所以这里没有对其截面选择作计算。

表4 不同金属接地线的截面选择

由表4可见， 2种标准计算的钢接地线的尺寸相差很小， 对于铜接地线的尺寸， IEEE标准更显保守一些。考虑腐蚀后各种接地材料的金属截面积选择差异很大， 采用纯铜、 铜镀钢、 不锈钢、 不锈钢包钢的截面积远远小于镀锌钢和锌包钢， 尤其是镀锌钢在腐蚀较为严重时截面会大大增加。

4 不同金属接地材料的技术经济比较

由于IEEE标准全面给出了各种金属的热稳定系数， 因此下面的分析中选择IEEE标准进行不同金属的技术经济比较。在考虑了材料的耐腐蚀特性、 保证材料足够的通流能力后， 最终材料的选取还要看其综合的技术经济比较结果， 包括材料用量、 价格、 施工难度、 维护成本等。这里主要针对铜、 铜镀钢、 不锈钢、 锌包钢4种耐蚀性金属， 与镀锌钢进行比较。各金属材料的价格见表5， 调查于2009年12月中旬， 铜包钢依据的是部分市场调查， 其余金属参考全国市场的报价。由于锌包钢是新出现的产品， 其市面价格尚不稳定， 因此在表5中以及后面的技术经济比较中并未列出。

考虑不同腐蚀情况下50年的耐用年限， 同时根据机械强度要求， 根据不同短路电流情况 （其幅值分别取值10、 15、 20、 30、 50 kA， 持续时间分别取值0.25、0.5、 1、 2、 3 s） 计算各耐蚀金属与镀锌钢的材料费用比，再进行汇总后如表6所示。其中， 铜的材料费用按照软铜考虑， 如果是硬拉铜， 则费用需乘1.67倍。可见，随着土壤腐蚀性的增强， 使用铜、 铜镀钢、 不锈钢会显现出更好的经济性； 在产品质量有保证的前提下， 相对纯铜而言， 使用铜镀钢、 不锈钢大大节约了材料费用。

表6 考虑不同腐蚀情况下的材料费用比

值得注意的是， 表6的计算是理想的情况， 即不考虑不锈钢和铜的腐蚀等附加因素[22]。在实际应用中考虑到上述问题， 采取的截面会略大， 其材料费用也会增加。对铜、 铜镀钢、 不锈钢构成的接地网的性能综合总结如表7所示。从表7中可以看出， 由于这3种金属的价格要高于钢材的价格， 在一般情况下， 一次性投资比建设钢接地网时大； 但这3种金属的接地网一般不需要改造， 省去了大量的人力、 物力和财力进行大规模开挖检查。因此， 总体来说， 耐蚀性金属接地网虽然一次性投资大， 但是省去了接地网改造的费用， 更重要的是它使得系统更加可靠， 更加稳定， 消除了产生事故的隐患[24]。

表7 几种金属构成的接地系统综合比较

5 结论

铜、 铜镀钢、 锌包钢、 不锈钢等是可以选择的潜在耐蚀性金属接地材料。调研数据表明， 铜、 镀铜材料、不锈钢材料的防腐性能比镀锌钢好得多， 锌包钢能起到牺牲自己来实现保护其他金属构件的防腐效果。可认为， 铜、 性能较高的不锈钢、 镀层厚度0.25 mm以上的铜镀钢、 厚度足够且包覆较好的锌包钢都能维持远超过镀锌钢的使用寿命。在强腐蚀土壤中采用耐蚀性金属导体， 比采用钢导体的费用低。从长远效益看， 采用耐腐蚀性金属材料减少了接地网的腐蚀， 减少了维护费用， 提高了运行的安全性和可靠性。对于

耐蚀性金属， 我国基本没有相关标准可依据， 其使用也存在着一些盲目性和争议， 生产工艺水平也有待提高， 应该多开展这方面的研究和试验， 编制国家标准，将耐蚀性金属纳入接地材料中， 使发变电站接地系统工程的实际施工更具可操作性和规范性。由于目前

的施工工艺下， 深长垂直接地极通常仍然使用钢材，其与以上耐蚀性金属的连接和防腐也是需要深入研究的课题。

6 参考文献

[1] 何金良， 曾 嵘. 电力系统接地技术[M]. 北京： 科学出版社， 2007.

[2] 徐厚善. 优良的接地装置材料： 铜包钢导体[J]. 电线电缆，1998， 6（4）： 21-23.

[3] BS 7430： 1998 Code of practice for earthing[S]. London: BritishStandards Institution, British, 1998.

[4] UL467 Standard for Grounding and Bonding Equipment[S].