阀门内径钴基合金 6 材料和锅炉给水服务

答：钴铬合金 6 是一种非常受欢迎的硬阀内件材料，适用于需要抗滑动磨损、侵蚀和/或气蚀的应用。它甚至成功地用于具有一定腐蚀性的应用中。然而，在某些看起来合金 6 应该表现良好的锅炉给水应用领域，却遇到了问题。以下是有关这些问题的一些理论和事实：

合金 6 有铸造、锻造和堆焊形式。铸造材料名称为 UNS R30006；锻造材料被指定为 UNS R30016，但通常称为合金 6B；硬表面材料的通用 AWS 名称是 CoCr-A（具体名称是 SMAW 电极的 ECoCr-A 和裸电极的 ERCoCr-A）。

合金 6 是一种含约 1% 碳的钴铬钨合金。该材料由钴铬钨的软固溶体基体和少量硬而脆的碳化铬组成。

尽管碳化物相提供了高硬度（约 40 HRC），但研究表明，钴-铬-钨基体是该合金优异耐磨性和抗气蚀性的原因。合金 6 在受到高应力时会发生相变（即晶体结构的变化），例如在磨损或气穴情况下。这种相变吸收了一些否则会造成损坏的能量，实际上，与不表现出这种“减震”特性的材料相比，降低了整体损坏程度。

与大多数含有铬作为合金元素的耐腐蚀合金一样，合金 6 通过形成稳定的氧化铬钝化层来实现耐腐蚀。这个被动层保护下面的材料不与环境发生反应。某些化学物质会削弱钝化层，降低其保护材料免受腐蚀的能力。

合金 6 的性能问题在锅炉给水应用中遇到过，在这种应用中，水是用肼或一些其他胺衍生物处理的。问题仅发生在流速较高的区域，表明失效模式实际上是侵蚀腐蚀。对这种现象的两种可能解释是：

1) 胺类化合物削弱了氧化物钝化层，使其容易腐蚀。钝化层被反复侵蚀和重建，导致腐蚀加速。

2) 胺防止氧化物钝化层在最初腐蚀后重新形成，从而使合金不受腐蚀保护。然后以加速的速度发生进一步的侵蚀腐蚀。

此类失效的其他可能机制也可能存在，但重点仍然是合金的腐蚀速率高于在没有胺化合物存在的等效水应用中预期的腐蚀速率。

对退回零件的研究表明，这些攻击肯定与合金 6 的存在有关。图 1 到图 4 中的照片是在评估带有合金 6 阀座和导向表面的阀芯时获得的，该阀芯在锅炉给水中遭受侵蚀腐蚀损坏。很明显，损坏仅发生在 CoCr-A 材料中，而相邻的 S31600 材料相对不受影响，尽管它要软得多。

给水调节阀也发生了许多故障。据报道，在低至 300° F (149° C) 的温度和低至 100 psi (7 bar) 的压降下运行的特殊和标准阀内件阀门会出现故障。当使用钴粘结相时，在胺处理的给水和氨应用中的碳化钨修整中也出现了类似的故障。

没有为在给水中安全使用合金 6 材料制定胺含量、温度或速度限制。通常的做法是避免在给水服务中使用含钴合金，除非已知给水与钴合金兼容。

合金 6 的常见替代品包括硬化不锈钢，例如 S41600（416 型不锈钢）、S41000（410 型不锈钢）、S42000（420 型不锈钢）、S44004（440C 型不锈钢）或 S17400（17-4 PH SST）。在一些侵蚀性严重的应用中，已使用镍基或铁基表面硬化材料。