爆破片常用材料的性能及特点

爆破片常用材料的性能及特点大连理工大学(大连116012)　讲师由宏新　工程师徐晓惠　教授丁信伟摘要　介绍爆破片常用材料,如纯铝、纯铜、纯镍、不锈钢、镍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。

关键词　爆破片　耐蚀性　蠕变　材料分类号　TQ05013Perfor mance and Character istic of M a ter i a ls Usua lly Used for Bursti ng D isc L ecturer　Y ou H ong x in　Engineer　X u X iaohu i　P rofesso r　D ing X inw ei(D alian U niversity of T echno logy,D alian116012) Abstract　T he compo siti on and app licati on characteristics,co rro si on2risisting and creep2risisting perfo r m ance,and m echanical p roperties stablity are introduced fo r the m aterials that are often emp loyed to m ake bursting disc.T he m aterials include alum inium,copper nickel,stainless steels,nickel base alloys and p lastic fil m. Key W ords:　bursting disc,co rro si on2risisting perfo r m ance,creep,m aterial 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有腐蚀性,因此,不仅要求爆破片具有合理的结构,准确的参数及较高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、抗高温蠕变、长时间的组织稳定以及机加工性能。

就目前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。

1　铝GB567—89《拱形金属爆破片技术条件》(以下简称GB567—89)和GB150—89《钢制压力容器》(以下简称GB150—89),都规定铝制爆破片的最高适用温度为100℃, GB150—89同时规定其材料牌号为L2、L3和L4。

它们均为工业纯铝,其含铝量(W%)分别为9916、9915和9913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-1167V时,在空气中易形成致密的A l2O3薄膜。

经钝化的纯铝在大气、水及pH为415～815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C l—等阴离子的中性盐溶液中,易产生点蚀。

当溶液中含有Fe2+、N i2+及Cu2+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。

铝是廉价金属,其耐蚀性主要依靠其表1998年1月 PETRO2CH E M I CAL EQU IP M EN T Jan.1998纯镍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。

纯镍不耐硫化物腐蚀,且在耐氧化性酸和抗高温氧化性能方面存在着较严重的缺点。

纯镍的力学性能较低,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N6在低于400℃时的蠕变极限值〔2〕。

由表中数据可见,退火和冷拔后的纯镍分别在320℃和370℃时即发生蠕变,发生蠕变的温度都低于GB150—89规定的纯镍使用温度(400℃)。

退火状态的纯镍在400℃条件下,短时抗拉强度在350M Pa左右,而蠕变极限远低于该数值。

爆破片的工作特性确定了膜片在设备工作压力下其应力水平很高,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。

表1　N6在不同状态下的蠕变极限材料及状态温度 ℃蠕变极限 M PaΡ1 103Ρ1 102 N6退火N i(W%)=99185370140182 N6冷拔40%N i(W%)=99185370287315 N6退火C(W%)=0115—320370420Ρ1 105912114Ρ1 10412863424　奥氏体不锈钢GB150—89和GB567—89都未对用于爆破片的不锈钢牌号作具体规定,仅规定其最高使用温度为400℃。

爆破片常用不锈钢牌号有:1C r19N i9(304)、00C r19N i11(304L)、0C r17N i12M o2(316)、00C r17N i14M o2 (316L)、1C r18N i9T i(321)及1C r18N i11N b (347)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高温氧化性能的比较。

由上述比较可见,铬镍量较高且含钼的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。

表2　几种不锈钢材料的耐蚀特点及室温下对不同介质的耐蚀能力牌号缝隙和或点蚀晶间腐蚀应力腐蚀冲刷腐蚀普通水工业大气中性或碱性盐碱海水或海洋气氛大多数无机盐盐酸或卤素盐大多数有机物304g m s m b g b b m m s b 304L g b m m b g b b m m s b 316b g m g b b b b b b b b 316L b b m g b b b b g b b b 321m b n s b g b b m m s b 347m b n s b g b b m m s b 注:b——好,g——中等～好,m——中等,n——差,s——差～中等。

表3　几种不锈钢材料在不同介质中的抗高温氧化性能牌号空气蒸汽CO2CO H2S SO2N H3卤素304m m m g g g b g 304L m m m g g g b g 316b b b g b b b b 316L m b b g b b b b 321m m m g g g b g 347m m g g g g b g 注:b——好,g——中等～好,m——中等。

1828型不锈钢具有较高的高温强度,作为耐热钢,使用温度一般不超过600℃〔3〕,但作为爆破片用的耐蚀钢,其使用温度还需考虑组织稳定性及组织变化对材料性能的影·11·　第1期 由宏新等:爆破片常用材料的性能及特点强化传热性能的火用经济指标评价重庆大学(重庆630044)　讲师吴双应 副教授李友荣摘要　在对管内受迫对流换热过程进行火用经济分析的基础上,提出了一项评价管内强化传热性能的火用经济指标——强化传热性能费用因子Ρ。

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。

关键词　强化传热　火用经济分析　性能评价　分类号　TQ05011或20%冷拔并经应力消除处理后,在399℃时发生蠕变〔6〕,其值均低于GB150—89和GB 567—89规定的蒙乃尔合金的最高使用温度430℃。

6　塑料膜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氟乙烯和聚全氟乙丙烯,在GB150—89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℃。

表6　常用塑料膜使用特点材料名称使用温度 ℃使 用 特 点低密度聚乙烯高密度聚乙烯-70～60-70～70{　对非氧化酸、稀硝酸、碱和盐耐蚀性好,但不耐浓硫酸、浓硝酸和其他强氧化剂腐蚀;对有机溶剂,常温下耐蚀性良好;耐老化性能较差,特别是热氧化作用使其性能变差聚丙烯-14～120　耐蚀性和聚乙烯相似,且较优,耐光性差且易老化聚氯乙烯-40～60{　耐酸、碱、盐、气体及水等的腐蚀,浓硝酸,发烟硫酸,醋酐、酮类、醚类、卤代烃类及芳胺等对它有腐蚀作用,热稳定性能差,受光、热及氧作用易老化聚四氟乙烯-200～260{　除熔融金属锂、钾、钠、C lF3、高温O F3及高流速液氟外,可耐所有化学介质,包括浓HNO3和王水的腐蚀;具有优异的耐热性、高度的化学稳定性及非常好的耐大气老化性聚全氟乙丙烯-260～204{　耐蚀性极好,与聚四氟乙烯相似,抗蠕变性在室温下比聚四氟乙烯好,但在高温下不及聚四氟乙烯。

突出优点是加工性能较聚四氟乙烯好 聚四氟乙烯使用温度较高,但在高温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,但在高温下却不及聚四氟乙烯。

7　结语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。

参　考　文　献1　谭树松1有色金属材料学1北京:冶金工业出版社, 1993122～282　重有色金属材料加工手册编写组1重有色金属材料加工手册(第一分册)1北京:冶金工业出版社,1979110～4,306～3133　朱日彰,卢亚轩1耐热钢和高温合金1北京:化学工业出版社,19961119～1224　肖纪美1不锈钢的金属学问题1北京:冶金工业出版社, 19831216～2305　〔美〕田家凯,安塞尔G S1合金及显微结构设计1北京:冶金工业出版社,19851228～2296　陆世英,康喜范1镍基及铁镍基耐蚀合金1北京:化学工业出版社,1989138～46(收稿日期:1997204227)(王编)1998年1月 PETRO2CH E M I CAL EQU IP M EN T Jan.1998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。