材料是产品之本。要生产高性能、高质量的产品,必须选好材、管好材、用好材，并使所选用材料的品种、规格，满足用户、设计图样和相关材料标准的要求。钎焊板式换热器材料质量控制的关键在于确保板片、密封垫片、压紧板、中间隔板、夹紧螺柱、管法兰和接管等主要零件及其焊接材料的真实性和可追溯性，从而才能保证产品的质量、使用寿命和安全可靠性。此外,选材、用材应该经济合理。
钎焊板式换热器主要零部件用的材料应不低于国家标准GB 16409《钎焊板式换热器》或行业标准JB8701《制冷用钎焊板式换热器》的规定（见表1-21）。材料的质量控制应贯穿于采购、验收、标志、保管、发放和生产加工等各阶段。
本章主要介绍板片、密封垫片等零件用材料的质量要求和适用范围。板片和密封垫片的耐腐蚀性能除本章已给出的资料外，尚可参考《钎焊板式换热器工程设计手册》。
板片的材质对钎焊板式换热器的性能、寿命、适用工况和板片成形质量等均有重要的影响。材料的质量控制主要包括两个方面：（1）材料的化学成分、力学性能及其它技术要求应符合相应标准的规定；（2）针对材料的特性和适用范围，正确、合理选用,即必需考虑换热介质的性质、操作条件（包括氯化物含量、PH值大小、操作温度、操作压力、间隙操作还是连续操作等），以及材料的成型加工性能、耐腐蚀性能等。板片常用的材料主要有奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金和铜等四类冷轧薄板。
一、国内外板片常用的材料
1、常用材料
材料牌号及相应标准对照（见表1-22）；材料的化学成分（见表1-23~表1-26）；材料的力学性能（见表1-27）；当从材料成品上取样进行化学成分分析时，允许与熔炼分析结果有一定的偏差，见表1-24、表1-25和表1-28；板材的实际厚度与名义厚度允许有一定的偏差，见表1-29。
表1-21 钎焊板式换热器主要零部件用的材料
表1-22 国内外板片常用材料的牌号及其标准对照
注： 1. UNS—美国金属材料统一编号系统(Unified Numbering System)；ASTM – AISI –ASME
(分别为美国材料与试验协会、美国钢铁学会、美国机械工程师协会) 三种牌号的表示
方法和标准实际上是一致的,材料的名称（型号）是AISI确定的；SUS是日本工业标准
委员会的牌号；
2. 钢铁公司的注册商标；
3. AISI—the American Iron and Steel Istitute 。

2、合理选材，避免腐蚀
经济、合理地选用板材，使其不仅具有良好的冷冲压性能，而且在相应的介质中，具有较高的耐蚀性,这一点尤为重要。一般情况下，要求板片的年腐蚀率≤0.05mm/a(管壳式换热器≤0.125mm/a)。

表1-23 奥氏体不锈钢的化学成分(熔炼分析,%)
注：1.PRE--耐点蚀当量（Pitting Resistance Equivalent）不是标准中规定的项目，而是根据Cr、Mo、N的平均含量计算得出的耐蚀性评价指标。
表1-24 钛及钛合金的化学成分(%)[3]
注1.GB/T 3620.2-94 钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差。
注2.GB/T 3620.1-94 钛及钛合金牌号和化学成分。
注3.括号内的数字为成品分析时的允许偏差。
表1-25 镍及镍合金的化学成分（%）
注1、括号外的数值为熔炼分析值，括号内的数值为成品分析时的允许偏差。
表1-26 铜的化学成分(%)
表1-27 板片材料的力学性能及其它要求
续表1-27
注:1、应保证，但模据相应的标准须在合同中指明。
2、不适用于厚度小于0.5mm的材料
3、仅供参考，不作为验收依据
4、须在合同中指明，否则按硬态（Y）供应，适用厚度≥0.5mm。
5、适用于厚度0.41-0.60mm。对于厚度0.61-1.10mm和1.20-1.50mm者。杯突值分别为11.5和12.0mm。
6、HB、HRB、HV只需符合其中之一。
7、适用厚度0.8-4mm
8、适用厚度0.3-1mm
9、适用厚度0.8-20mm

表1-28 奥氏体不锈钢的化学成成品分析的允许偏差（%)
注:1、JIS G 0321:2002钢材の制品分析法びその许容变动值。
2、ASTM A480-99 Standard Specification For General Requirements for Flat-Rolled Stainless and Heat-Resisting Steel Plate,Sheet,and Strip。
3、GB 222-84 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差。
表1-29 板片材料的尺寸及允许偏差 单位:mm 
续表1-29 
注:1、板的标准尺寸(宽×高):914×1829、1000×2000、1219×2438、1219×3048、1500×3000、1524×3048mm。
2、GB 708-88 ;冷扎钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差。

⑴ 钎焊板式换热器可能产生的腐蚀失效类型
① 点蚀：由“闭塞电池腐蚀”（Ocluded Cell Corrosion）作用引起的一种局部腐蚀—使局部金属表面的钝化膜破坏,形成尺寸小于1mm的穿孔或蚀坑。例如,在不锈钢板片表面生锈或积垢(碳化物、二氧化硅垢层)处,因导热不良、介质的pH值减小产生的腐蚀；
② 缝隙腐蚀：由“闭塞电池腐蚀”作用引起的一种呈斑点状或溃疡形的局部腐蚀。同点蚀的主要区别是腐蚀产生在金属零件的缝隙处,由于滞留介质的电化学不均匀性而导致的。例如, 密封垫片槽底或板片封闭流道的角孔垫片外侧处产生的腐蚀；
③ 应力腐蚀开裂：在静态拉伸应力与电化学介质共同作用下，由阴极溶解过程引起的金属局部腐蚀裂纹或断裂。例如,板片压制成型时将产生残余内应力，若与介质中的卤素离子（如Cl -、F -等离子）或H2S接触可能引起应力腐蚀开裂；
④ 晶间腐蚀：起源于金属表面并沿晶粒边界深入到内部的腐蚀,可导致晶粒间的结合力丧失，使材料的强度大大降低。例如,不锈钢在过敏温度范围 （400℃~600℃）内产生的腐蚀；
⑤ 均匀腐蚀：接触介质的金属表面全部或大部分被腐蚀的现象。例如,板片选材不当,或使用期过长,超过了允许使用寿命；
⑥ 其他腐蚀失效：主要有露点腐蚀、磨蚀 、微生物腐蚀等。例如,含有酸性物质的热蒸汽与冷的板片接触,可引起露点腐蚀；板片的介质入口角孔处和导流区的流速过高，或流体中含有砂粒类颗粒物时,可导致磨蚀；海水中的藻类、细菌、原生物等,可导致板片的微生物腐蚀。
以上几种腐蚀失效中，Cr-Ni奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂约占50％，点蚀和缝隙腐蚀共约占20％，所以最危险、最常见。
⑵ 板片材料中合金元素对耐腐蚀性能的影响
合金元素C具有明显减小耐腐蚀抗力的作用,其含量不宜大于0.08％ ；Cr明显有利于增加耐腐蚀抗力；适量的Mo可增加耐腐蚀抗力；Ni(晶间腐蚀除外)、少量的Cu和微量的Nb、Ti、N等均有利于提高耐腐蚀性能,并可以改善材料的力学性能或热稳定性；P和S 是对耐腐蚀抗力最有害的的元素,其含量应限制在0.045％以下。有关各种合金元素的影响详见表1-30。
表1-30 腐蚀类型及合金元素的影响
注：↑↑明显增加耐腐蚀抗力； ↓↓明显减小耐腐蚀抗力； ↑ 耐腐蚀抗力有一定的增加；
↓ 耐腐蚀抗力有一定的减小； ↑↓ 视具体工况，可能增加也可能减小耐腐蚀抗力。
⑶ 常见介质的腐蚀性和合理选材的基本原则
通常，氯化物对于不锈钢,氟化物对于钛,均容易产生应力腐蚀；含氮介质（如氨和胺）对铜有腐蚀性。在静止的腐蚀性介质中,局部腐蚀的危险性更大。介质的腐蚀性除取决于其成分外，主要同它的浓度或温度（成正比）、pH值（成反比）、含氧量（成正比），以及流速（成正比）等有关。
① 奥氏体不锈钢表面经钝化处理(在浓度300g/L ~500 g/L的硝酸和浓度 20g/L~30 g/L的重铬酸钠(Na2Cr2O7)溶液中,室温下,浸泡30~60分钟),可在表面生成Cr2O3钝化(保护)膜,使其耐腐蚀性能提高。但是,含卤素离子(尤其是Cl—)的液体(例如,盐水、盐酸、含碘或含氯的消毒液等),对钝化膜有破坏作用,从而可加剧腐蚀。如果由于化学侵蚀、机械损伤以及其他原因造成钝化膜破坏,也将在受到破坏的地方产生局部腐蚀。一般情况下,介质中Cl—浓度＜200 mg/L(ppm)时, 可选用316（温度60℃下，最高Cl—浓度可达 300 mg/L，温度120℃下，仅80 mg/L）或304（温度60℃下，最高Cl—浓度仅 50mg/L）型不锈钢；Cl—浓度≥200mg/L时,宜选用高级不锈钢或钛及钛合金。几种不锈钢在非氧化性、含氯(Cl—)水溶液中的适用条件见表1-31。

表1-31 几种不锈钢在含氯(Cl—)水溶液中的适用条件
注：不含气体、PH值为7(即中性)、流动的含氯水溶液。

② 奥氏体不锈钢对硫化物(SO2 、SO3)腐蚀有一定的抗力。但是，Ni含量越高，耐蚀性将降低（因生成低熔点NiS）,可能引起硫化物应力腐蚀开裂。硫化物应力腐蚀开裂同材料的硬度有关，奥氏体不锈钢的硬度应≤HB228；Ni-Mo或Ni–Mo–Cr合金的硬度不限；碳素钢的硬度应≤HB225；
③ 必须注意板片材料与垫片或胶粘剂的相容性。例如，应避免将含氯的垫片或胶粘剂（如氯丁橡胶或以其为溶质的胶粘剂）与不锈钢板片组配,或者将氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）垫片与钛板板片组配；
④ 一般，硫酸可选用镍及镍基合金；盐酸、硝酸和稀硫酸(浓度70％以下)等可选用钛—钯合金；不容许接触黑色金属的特殊场合（如软化饮用水），或要求耐磨蚀的场合，可选用铜及铜合金；
⑤ 常用的评价材料耐蚀性好坏的指标之一是“耐局部腐蚀当量PRE”（Pitting Resistance Equivalent）。PRE值取决于材料中Cr、 Mo和N元素的平均含量(％)：PRE＝Cr+3.3Mo+30N ；其值越大，耐局部腐蚀或均匀腐蚀的性能越好。 
⑷ 板片常用材料的特点及适用条件
① 304型不锈钢
这是最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设备）。适用于一般的有机和无机介质。例如，浓度＜30％、温度≤100℃或浓度≥30％、温度＜50℃的硝酸；温度≤100℃的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。在含氯水溶液中的适用条件,见表1-34。PRE为19。
② 304L型不锈钢
耐蚀性和用途与304型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故耐蚀性（尤其耐晶间腐蚀, 包括焊缝区）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。
③ 316型不锈钢
适用于一般的有机和无机介质。例如,天然冷却水、冷却塔水、软化水；碳酸；浓度＜50％的醋酸和苛性碱液；醇类和丙酮等溶剂；温度≤100℃的稀硝酸（浓度＜20％＝、稀磷酸（浓度＜30％＝等。但是,不宜用于硫酸。由于约含2％的Mo，故在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好,完全可以替代304型,见表1-34。PRE为25。
④ 316L型不锈钢
耐蚀性和用途与316型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。PRE为25。
⑤ 317型不锈钢
适合要求比316型使用寿命更长的工况。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能更好。PRE为30。
⑥ AISI 904L或 SUS 890L型不锈钢
这是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好,特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物（含Cl—、F— ）。由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。在含氯介质中的适用条件,见表1-34。PRE为36。 
⑦ Avesta 254 SMO高级不锈钢
这是一种通过提高Mo含量对316型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能，适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。在含氯介质中的适用条件,见表5-11。PRE为47。
⑧ Avesta 654 SMO高级不锈钢
这是一种Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO 的超低碳高级不锈钢,耐
氯化物腐蚀的性能比254 SMO更好,可用于冷的海水。PRE为64。
⑨ RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不锈钢
这是一种国产的Cr–Ni–Mo-Cu不锈钢。耐点蚀和缝隙腐蚀的性能相当于316型，而耐应力腐蚀的性能更好。 可用于80 ℃以下的浓硫酸（浓度90~98％），年腐蚀率≤0.04mm/a。PRE为29。

⑩ Incoloy 825
这是一种Ni（40％）–Cr（22％）–Mo（3％）高级不锈钢。Incoloy是the International Nickel Co.公司的注册商标。适用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为50％~70％的苛性碱（如NaOH）溶液中,具有良好的耐蚀性,不产生应力腐蚀开裂。但是,对氯化物引起的缝隙腐蚀却很敏感。此外,冲压性能也不太好,故不是板片常用的材料。PRE为32。
钛
非合金化钛，重量轻，相对密度4.5，能自然生成钝化保护膜（Ti2O3），且如果一旦被破坏，具有“自愈性”，故耐蚀性比不锈钢好，是适合含氯介质 （Cl—浓度＞200 mg/L，温度≤130℃）的典型材料。在不超过120℃的海水和其他氯化物（如CaCl2）溶液中, 实际上不受腐蚀。一般,可用于135℃以下的海水和165℃以下各种浓度的盐水(NaCl)：



钛在沸点以下的有机酸（如浓硝酸、浓碳酸等）和稀碱液中,耐蚀性能也良好。
钛在H2SO4、HCl、HF和王水等中的耐蚀性较差。在高温(120℃以上)的某些浓氯化物溶液（如PH＞7、氯化物浓度＞200mg/L的废水）中，也可能引起缝隙腐蚀或应力腐蚀；此时,应选用钛－钯合金。因为，在高温下，某些离子(如F—、Cl—、S—等)对钛的缝隙腐蚀有加速作用，尤其是氟化物的危害性更大，故应避免与氟橡胶或聚四氟乙烯垫片配用。
钛-钯合金
这是添加了钯(0.12％~0.25％)的非合金化钛，因而明显改善了钛在酸类介质（尤其是条件不太苛刻的工况）中的耐蚀性。例如，对浓度达70％的硝酸、含氧化性离子（如Fe＋、Cu＋）的盐酸以及电镀液等均有良好的耐蚀性。此

外,尚可用于浓度≤10％、温度≤70℃的稀硫酸。
钛-钼-镍合金
这是添加了钼(0.3％)和镍(0.8％)的合金化钛,可用于非合金化钛不耐腐蚀的工况。
此外，由于钛及钛合金的抗拉强度低（σb≥240MPa）,对蠕变很敏感，故在板片夹紧力过大,或橡胶垫片产生溶涨的工况下，易使垫片槽变形；同时,其塑性较差（δ5≥18％或24％）、屈强比较高(σs /σb ≥0.71~1.92)，冲压成型时容易压裂, 故在板片和模具的结构设计方面应适当考虑。
Nickel 200
这是含镍99％以上的纯镍板。主要用于高浓度（50％~70％）、高温（可至沸点）的苛性碱溶液（NaOH、KOH等）。但是，对微咸水等氯化物引起的缝隙腐蚀很敏感。
Hastelloy C-276
这是一种昂贵的超低碳Ni（57％）- Cr（16％）- Mo（16％）合金— C族镍基合金中的主要品种。Hastelloy是the Cabot Co.公司的注册商标。国外，20世纪60年代开始生产，已有5.5万吨以上用于各种工业，具有良好的耐蚀性：在低PH介质中几乎不受Cl—的影响；对各种浓度的硫酸耐蚀性极好，是可用于热浓硫酸的少数几种材料之一；广泛用于有机酸（如甲酸、醋酸）、高温HF酸和一定浓度的盐酸（＜40％）、磷酸(≤50％)；氯化物、氟化物和有机溶剂（如甲醇、乙醇）。PRE为69。
Hastelloy C-22 
这是一种昂贵的超低碳Ni（57％）-Cr（22％）-Mo（13％）合金—也是C族镍基合金之一。国外，20世纪80年代开始生产。性能类似于C-276，但Cr含量更高，而Mo、Mn、S、P含量稍低。在强氧化性介质中，耐蚀性比C-276好；在低、中浓度的硫酸、硝酸中腐蚀率更低。PRE为65。

由于C-276含Mo量高，用途广泛，价格也相对较低,故实际效益超过C-22。C-22正被90年代几种新的C族合金（如C-59、C-2000等）逐步取代。
Monel 400
这是一种Ni(约70％ )-Cu(约30％ )镍基合金。在浓度80％以下、温度不高于50℃~100℃非充气的硫酸,浓度50％以下、温度100℃以下的HF酸,醋酸和苛性碱等介质中,耐蚀性良好。特别适用于酸性的氯化物溶液和某些工况下的微咸水和盐水；具有良好的耐高温性能。但是,不适用于浓硫酸、盐酸和硝酸，而且对汞（有时作为杂质存在）的侵蚀很敏感。
Inconel 625
这是一种Ni（62％）–Cr（23％）–Mo（9％）镍基合金。Inconel是the International Nickel Co.公司的注册商标。适用于含Cl—的各种溶液和酸类,以及浓度＜70％的苛性碱等许多介质。它的耐蚀性能与价格介于C-276和Inconel 825之间。但是,冲压性能不太好，故不是板片常用的材料。PRE为52。
⑸ 几种国外耐蚀合金的新品种
① 31合金 ：由904L改进后的（提高Mo、N含量）、标准的6％Mo高级不锈钢(31％Ni-27％Cr-6.5％Mo-32％Fe)。在许多介质中的耐蚀性比904L更好；在浓度20％~80％、温度60℃~100℃的硫酸中,耐蚀性能甚至超过 C-276。PRE为34。
② 33合金：一种完全奥氏体化的铬基高级不锈钢，其耐蚀性可与Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和 碱性介质(包括硝酸、硝酸与氢氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蚀和应力腐蚀开裂的性能；在浓硝酸中的耐蚀性比304L好得多。例如,适用于浓度大于96％~99％、温度≤150℃、氧化硫含量小于200 mg/L的硫酸；热的海水；浓度≤50％、沸腾的强腐蚀性溶液；浓度≤85％、温度≤150℃的磷酸等。但是,不适用于还原性介质(如稀硫酸等)。价格与C-276相差不多。PRE为50。
③ C-2000合金：一种二十世纪90年代研发的镍基合金,价格与C-276相近,是以上材料中耐腐蚀性能最好者之一。在中等浓度以下的硫酸、稀盐酸和沸腾温度下,浓度≤50％的磷酸,以及热的氯化物等介质中，其耐蚀性比C-276和 C-22更好, 有取代C-22合金的趋势。但是,对于浓度≥70％的硫酸,耐蚀性不如C-276。PRE为76。
④ 59合金：化学成分与C-2000比较,除了Ni含量稍高(59％),且低Fe,无Cu、W外,其余基本上相同。这是目前镍基合金中耐蚀性、热稳定性、可冲压性和可焊性最好的一种材料,自1990年商业化以来,已广泛用于硫酸、盐酸、氢氟酸以及含氯、含氧、低pH值的许多介质。PRE为76,与C-2000相同。
几种耐蚀合金在“绿色死液”(11.5％H2S04、1.2％HCl、1％FeCl3和1％CuCl2混合液)中试验的结果,见表1-32。其中, 59合金的耐蚀性最好。
表1-32 几种耐蚀合金的耐蚀性能比较
注: 1.CPT－临界点蚀温度 (the Critical Pitting Temperature),℃；
2.CCT－ 临界缝隙腐蚀温度(the Critical Crevice－Corrosion Temperature),℃；
3.CPT、CCT值越高,材料在氧化性、酸性（pH＜7）介质中,耐局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的性能越好。