爆破片常用材料的性能及特点

1、1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998大连理工大学（大连116012）讲师工程师教授© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年

2、1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998介绍爆破片常用材料如纯铝.纯铜纯樂不锈钢镰基合金和塑料膜的成分和特点以及它们的耐蚀性能抗蠕变性能及力学性能的稳定性和使用特点。爆破片耐蚀性蠕变材料TQ 050. 3Perfonnance and Characteristic of Materials U

3、sually Used for BursthgD iscLecturer You H ongx in Engineer X u X iaohui Professor D ing X imv ei(Dalian U niversity of Techno fogy.Dalian 116012)Abstract The com posit bn and applicatbn characteristics, corrosionTisistiiig and creep °risist ing perfonnance, and m echan ical properties stablity

4、 arc introduced for the matcrhls that arc often an ployed to make bursting disc The materials include akun iiiiuin , copper nickel, stainless steels, nickel base altoys and plastic fikn.Key W ords bursting disc- corrosbirrisistiiig perfonnance, creep.malcrial© 1994-2010 China Academic Journal E

5、lectronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998爆破片作为保证压力设备与管道安全的 关键部件其安全性和可靠性对防止恶性工 业灾害的发生起着十分重要的作用。由于装 设爆破片的化工容器及设备往往在高温、高 压下长期连续工作，且压力与温度经常波动, 爆破片所接触的介质与环境也多具冇腐蚀 性.因此,不仅要求爆破片具有合理的结构. 准确的参数及较髙的抗疲劳能力等性能而 且要求用作爆破片的材料应具有良好的耐腐 蚀、抗高温孀变、长时间的组织稳定以及机加 工性能。就目前

6、选用的爆破片材料来看既有 纯金属和合金、又有非金属、其品种和牌号繁 多因此，爆破片的设计者及使用者对这些材 料的性能并非都很了解.以致在选用爆破片 材料时往往具有较大的盲目性。由此可见，对 爆破片常用材料的有关性能进行分析从而 明确各种材料的使用条件及使用特点为设 计和使用人员提供参考，并加强爆破片用材 的管理就显得尤为重要。件（以下简称GB 56789）和GB 15089 钢制压力容器（以下简称GB 15089）,都 规定铝制爆破片的最高适用温度为100£,GB 15089同时规定其材料牌号为L2、L3和L4。它们均为工业纯铝,其含铝j 分别为99. & 99- 5和99.

7、 3以上其中所含杂质主要为Fe>Si及Cu等元素。杂质Fe和Si的 作用虽使纯铝的强度略有提高,但塑性变差.因此在变形时易于开裂耐蚀性也降低。了解铝的耐蚀特点对铝制爆破片的安全 使用及管理具有重要意义。纯铝化学性质很 活泼，当标准电极电位为1.67V时，在空 气中易形成致密的A 1Q 2薄膜。经钝化的纯 铝在大气、水及pH为4. 4 8.5的溶液和其 它氧化环境中，具有良好的耐蚀性。但在碱中 并不耐蚀且会发生全面腐蚀。在稀酸中呈点 蚀。在含F和CL等阴离子的中性盐溶液 中，易产生点蚀。当溶液中含有Fe“、N产及 Cu"等电位较正的金属离子时则会加速铝 的腐蚀特别是加速了点蚀。&

8、#169; 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI ENTJan 1998GB 56789«拱形金厲爆破片技术条铝是廉价金属，其耐蚀性主要依靠其表© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n1998年1月PETRO -CHEM CAL EQU DAI

9、 ENTJan 1998© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n第1期由宏新等:爆破片常用材料的性能及特点11第1期由宏新等:爆破片常用材料的性能及特点11纯镰耐还原性酸的腐蚀能力不佳、特别是在 含有氧及氧化剂的情况下会加速其腐蚀。在 还原性酸中若含有Fe3+、Cu2+等氧化性离 子也将加速其腐蚀。纯镰不耐硫化物腐蚀且 在耐氧化性酸和抗髙温氧化性能方面存在着 较严重的缺点。1 N6材料及状态温度/c 一端变檢限AwN6退火I 370Ni(W%)=

10、99. 85)N 6冷拔40%? 370Ni(W%)= 99. 851140182287315纯礫的力学性能较低接近于低碳钢的 力学性能高温力学性能也较低特别是当其 低于400*时即有蠕变现象发生。表1列出了 不同状态下的N 6在低于400*时的蠕变极限 值叫由表中数据可见退火和冷拔后的纯镰 分别在320°C和37(TC时即发生蠕变.发生蠕 变的温度都低于GB 15089规定的纯裸使N6退火3200/1O59121-U-(JI/I0412863用温度(400£)。退火状态的纯镰在40()£条件下，短时抗拉强度在35(M Pa左右而蠕变极限远低于该数值。爆破片的工作

11、特性确定了膜片在设备工作压力下其应力水平很髙,蠕变可导致材料在应力较小的情况下产生塑性变形最终变形失控使材料破裂。爆破片若 发生蠕变，将导致爆破片在低于设定压力下 破坏使爆破片的工作特性受到严重影响，对 此应予以足够的重视。4GB 15089和GB 56789都未对用于 爆破片的不锈钢牌号作具体规定仅规定其最 髙使用温度为400 £。爆破片常用不锈钢牌号 有：lCrl9N i9 (304)、00Crl9Nill (304L )> 0Crl7N i!2Vlo2 (316)、 00Crl7N il4V1o2 (316L)、lCrl8Ni9Ti(321)及 lCrlSNillNb (

12、34刀等。表2对上述不锈钢材料耐蚀特点及 室温下对不同介质的耐腐蚀能力进行了比较。 表3是上述几种材料在不同介质中抗髙温氧化 性能的比较。由上述比较可见珞標量较高且 含钳的316L比304不锈钢具有更好的抗点蚀 和抗化学腐蚀能力:316L由于含碳量更低.因 此抗晶间腐蚀性能更好。第1期由宏新等:爆破片常用材料的性能及特点11第1期由宏新等:爆破片常用材料的性能及特点112牌号，缝隙和晶间应力冲刷J普通水工业中性或碱海水或大多数盐酸或大多数/或虫蚀碌蚀大气海洋气氛无机tk 贞素牡有机物304msillbbbmmsb3O4Lbmmbbbmmsb316gmgbbbbbbb316Lbmg sbbbbb

13、b321mmbnbgbbmsmub347hnh2hhb注:b-好.g-一中务好"一3-中等.n差.s车中等。牌号空气蒸汽CO2coh2sSO：NH3卤素304nimm mb30化mmb316bbbb3I(Linbbb321mnimgb347mh注:b好.g中等-好.m中等°188型不锈钢具有较高的高温强度，作作为爆破片用的耐蚀钢，其使用温度还需考为耐热钢,使用温度一般不超过600 £叫但虑组织稳定性及组织变化对材料性能的影*© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. Al

14、l rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷强化传热性能的悄经济指标评价1庆大学（S庆630044） 讲师副教授在对管内受迫对流换热过程进行娴经济分析的基础上，提出了一项评价管内强化 传热性能的娴经济指标强化传热性能费用因子a该指标不仅反映了采用强化传热措施 后传热能力的改善，而且反映了包括加工制造成本在内的强化传热管的所有费用的变化 强化传热 烟经济分析 性能评价TQ 050. 1© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserve

15、d, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷或20%冷拔并经应力消除处理后在399*时 发生蠕变性 其值均低于GB 15089和GB 567-89规定的蒙乃尔合金的最髙使用温度 430 °Co6开缝和特殊腐蚀情况下用塑料膜来实现 爆破片的密封和防止介质腐蚀。常用塑料膜 的性能见表6。对爆破片使用的塑料膜，除要 求耐蚀性良好外还需具备较好的抗老化性、 抗氧

16、化性及热稳定性。聚乙烯聚丙烯及聚氯 乙烯由于难以满足这些性能要求.所以，较 少应用于爆破片上,只在特殊情况下应用。爆 破片中常用的塑料膜有聚四氣乙烯和聚全氟 乙丙烯，在GB 15089中规定，使用这两种保护膜的爆破片，最高使用温度分别为260* 和200 °Co© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic

17、Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷低密度聚乙烯商密度聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚叫氟乙烯聚全亂乙丙烯伸申温序/c 70- 60 70- 70-14- 120 40- 60 200- 260-260- 204伸 用 轻 占对非氧化舔 稀瞪酸、碱和盐附蚀性好但不耐浓硫酸.浓硝酸电其他强氧化剂爲 I严 对有机溶剂.膏温下附蚀性良好：附老化性能较差.特别是热奴化作用孫其性能 I变番蚀性和聚乙烯相似.且较优.耐光性差且易老化f 耐酸、碱、盐、气体及水等的腐蚀.浓硝酸.发烟硫酸.醋酥 酮类、醸类、卤代 婭类及芳腹等对它有病

18、蚀作用.热稳定性能差.受光、热及氧作用易老化I 除熔融金属锂、钾、钠、C1FJ、商温O"及高流速液氟外.可耐所有化学介质.包 f括浓HN0 3和主水的腐蚀：具有比异的附热性、高度的化学稳定性及非常好的附大代 f老箱蛊性极好.与聚四氣乙烯相似.抗端变性在室温下比聚四亂乙烯好.但在高温下 不及聚四氟乙烯。突出优点是加工性能裱湎R乙烯好© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷聚四氟乙烯使用温度较高，但在高温

19、下 承受应力的作用会产生变形，温度越高变形 越大。其蠕变随结晶度而异，结晶度在55% 80%时蠕变量不大，结晶度低于55%或高于 80%则蠕变量大增。蠕变的结果使塑料膜在 孔、缝处变形而被割破、于是丧失其保护和 密封作用，爆破片因此而失效。这里要指出， 就室温下的抗蠕变性能而言.聚全氟乙丙烯 比聚四氟乙烯要好.但在髙温下却不及聚四 氟乙烯。7爆破片是保证带压设备安全运行的重要部 件.只有全面地了解各种材料的性能.从而根 据设备运行的工作条件合理选用爆破片材料, 才可能设计制造出满足生产需要的爆破片。1谭树松有色金属材料学北京：冶金工业出版社，1993. 22- 282有色金属材料加工手册编写组

20、重有色金属材料加工手册（第一分册）北京：冶金工业出版社.19791”4. 306-3133朱日彰.卢亚轩耐热钢和高温合金北京：化学工业出 版社.1996.114 1224肖纪美不锈钢的金属学问題北京：冶金工业出版社. 1983.214 2305 美田家凯.安塞尔G S.合金及显微结构设计北京: 冶金工业出版社.1985.224 2296陆世英.康喜范傑基及铁像基耐蚀合金北京：化学工业出版社.198934 46（收稿日期：1997-04-27）（王编）面生成的薄而致密的氧化膜，对厚度很薄的 爆破片来说,保护铝表面不受腐蚀，有其十分 重要的意义，在某些情况下铝是十分容易腐 蚀的,如将铝制爆破片直接

21、(或靠近)放置于 新制备的混凝土表面上由于砂浆呈碱性从 地面蒸发的水蒸汽冷凝后也呈碱性故爆破 片就会被腐蚀;再如铝制爆破片一般用碳钢 或不锈钢夹持器夹持铝与“贵金属”直接接 触,此时若接触点有电解液存在就可能发生 双金属腐蚀'另外虽然铝在水中耐蚀但如 水积存在成堆薄板或成卷箔带中间则金发 生缝隙腐蚀。凡此种种均应引起足够重视。由于铝中含有铜、锌、硅、镁等元素使铝 合金具有时效现象。时效导致材料强度较大 幅度的变化而爆破片性能要求其材料强度 能长时期稳定。鉴于此含合金元素较多的防 锈铝、硬铝及超硬铝等铝合金应严禁在爆破 片中使用。另外，A1-Mg合金若处理不当则 会沉淀析出M gA b,

22、使合金对晶间腐蚀和应 力腐蚀变得敏感.因此即使是防锈铝也不适 用于制作爆破片。2破片。铜与大气和水等作用而生成难溶于水并 与基底金属紧密结合的碱性硫酸铜和碳酸铜 薄膜,可防止铜被继续腐蚀。铜具有髙的正电 位,Ci?及Cu"离子化时，其标准电极电位 分别为+ 0. 522 V及+ 0. 345 V。因此，铜在 水溶液中不能置换氢在非氧化性酸、碱及盐 的溶液环境中在多种有机酸和非氧化性的 有机化学介质中，均有良好的耐蚀性。但铜的 钝化能力小.氧、氧化剂、硝酸及其他氧化性 的酸和通入氧或空气的酸、盐溶液都易使铜 产生氧去极化腐蚀。铜表面的碱性化合物也 在氧的作用下首先生成一价铜盐，继而氧化

23、 成二价铜盐构成Cu"离子进入溶液使铜腐 蚀。氨、氯化鞍、氤化物、汞盐的水溶液和温润 的卤素元素等也会引起铜严重腐蚀。使用铜制爆破片时，还应注意铜的各向 异性。纯铜经压力加工时因加工率较大而出 现变形织构再结晶退火时又出现再结晶织 构,这些结构使铜在各个方向上的物理、化学 及力学性能不一致.因而导致爆破片的质量 均匀性受到影响。3GB 15089中规定爆破片用的纯操牌 号为N4、N6和N7,最髙使用温度为400 °C。 N4>N6和N 7对应的最低含礫量(W %)分别 为99.头99. 5和99. 3,对其影响最大的杂质成 分为硫、当冷加工的银在含硫量S(W%)>

24、; 0. 009时,温度为450- 600 £范围退火后材 料将产生冷脆性:当含硫量S(W%)> 0.002 时、在70(TC以上的温度条件下退火后操材将 变脆。镰的标准电极电位为0 25V，有显著 的钝化性能因此具有较好的耐蚀性能。耐热 碱液、中性及微酸性的非氧化性酸、有机酸及 有机溶剂、干燥卤素、氧化氮、二氧化硫和氨 气等的腐蚀。在室温下与N i不起作用.但在 潮湿情况下.则使N i的腐蚀速度显著增加。ki.n在OB 150X9中，纯铜牌号为T2(Cu (W%)> 99- 9)和 T4(Cu W%)> 99. 5),其 最髙使用温度为200£,钝铜中存

25、在的杂质会 引起铜的热脆和冷脆。如只要存在微量铅或 钮、就能引起铜的热脆而微量钮的存在还会 导致冷脆。因此钝铜中应把铅限制在Pb (W%)= 0.0050. 050,钮的极限含量Bi (W%)>0. 002 0o铜中微量氧不仅使铜产生 冷脆,还会引起铜在H2、CO和CH。等还原性 气氛中退火而产生“氢病”。此时氢会在髙温 下渗入铜中并与CuQ作用产生髙压水蒸 汽使铜破裂。曾有文献介绍铜在200*的氢 气中经15年而破裂卩。T2含氧O2(W%) = 0.06, T4含氧O2(W%)= 0. 10o在高温还原 性气氛中加工或使用，均有可能产生“氢病”。 所以在还原性气氛中应尽量避免使用铜制爆

26、响。由于奥氏体不锈钢中提高其耐蚀性能的 元素锯过饱和而固溶于奥氏体相中，这种过 饱和固溶体是不稳定的，当加热到404 850 °C时碳化物优先在晶界沉淀析出巴导致材 料发生晶间腐蚀的倾向性增大.因此用奥氏 体不锈钢制作的爆破片不宜于在温度超过 400 °C的情况下长期使用。18吆型不锈钢另一个需注意的问题是, 其奥氏体相是亚稳定的.在低温下，特别是形 变过程中会转变为马氏体，其形变温度和形 变量的不同都矣影响马氏体的转变量.从而 影响材料的性能。爆破片不仅在预拱过程中 产生大变形而且爆破过程中也会产生大变 形.因此研究18诣型不锈钢形变过程中的组 织与性能的变化关系及其对爆

27、破片性能的影 响,既对设计制造者有益，也对使用者有益。5在鎳基合金中，铜与镰组成的蒙乃尔 (Monel)合金在还原性条件下比镰更耐腐蚀.而在氧化性条件下比铜更耐腐蚀。在操中 添加珞可以提高在氧化性条件下材料的耐蚀合金有蒙乃尔和因科镰其最高使用温度分 别为430£和4809。就目前看，表4所列合金 类型在爆破片上皆有所应用，因此，有必要清 楚地了解各种操基合金的特，性。51点扃蚀ggggbbJ晶间府蚀nnssbb应力腐蚀mmmbbbk 冲刷腐蚀nmsbb工业气氛mgbbb中性或碱性盐bbbbbb碱b£bbbb海水或海洋代氛mgssbb无机盐mgmmbb盐酸或卤素盐gmssbb

28、大多数有机物gminbbb、空气nnbbmb蒸气nsbbmbCO2nnbbmbcobmbbbbH1SnnmmbbNH3nnbbbb卤素hsbhbL注 1 偉200含 Ni(W%)> 99. 00;2.b好 g等好.m中等.s差中等 n差0材料牌号-400 6OOX-75O0 276 625耐蚀特点常温耐蚀能力 高温附蚀能力bg g bbbbg b表5中为几种常用镰基合金耐蚀能力的 比较。其中哈氏B2合金几乎对各种类型介© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserv

29、ed, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷性添加钳可以改善镇在还原性条件下的耐质均具有最优异的耐蚀性能。因科镰合金是© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化工设备1998年第27卷蚀性其改善程度随含钳量増加而增加。仅含为抗髙温氧化介质而发展起米的.但它不耐© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.n 12 石油化