UHP气体管道材料介绍

UHP气体管道材料介绍UHP气体管线材料介绍超纯，洁净管道系什么？20多年前,半导体，集成电路,生物制药行业输送纯净介质(气体)的管路采用的管道还是普通的不锈钢管道，虽然管道的材料和安装成本较低，但良率(合格率)却很低.更严重的问题是:随着芯片集成度的提高，线宽的越来越小，对传输气体和介质的管路提出更高的要求，管路的质量成了制约芯片产量和集成度提高的瓶颈.就在那时,日本东北大学的一位教授就这些问题前往美国的一家芯片厂调研，针对这些问题,他联合日本的神户特殊刚厂共同研发适合传输高纯超高纯气体的不锈钢管道，经过多次研制，最后成功研制出精炼母材经过特殊冷轧的BA管(光亮退火不锈钢管)，后在此基础上,又发明了EP管。通过对管道系统的改进，芯片集成度，产量有了极大的提高，高科技产业在最近几年有了飞速发展。超纯，洁净管道系统的真正含义半导体，集成电路,生物制约行业输送纯净介质(气体)的高纯管路是一种综合考虑组织安定性,耐蚀性，加工性的最优化不锈钢管.要确保系统中立，我们要强调表面粗糙度Ra值和自身的洁净，使颗粒发生和堆积滞留得到有效抑止.为了确保可焊接性及焊接质量，要求保证尺寸公差，母材的化学成分.这样才能确保在焊接时降低烟气的发生，颗粒的产生及提高焊接部位的耐蚀性和平滑性。.总而言之，高纯管路既要有漂亮的外表(外在的纯净)，又要有货真价实的材质(内在的纯净).外在的纯净，有别于传统不锈钢管道内外表面灰蒙蒙，凹凸不平的感觉，现在的超纯，洁净管道不仅有锃亮的外表，同时也有较好的内表面粗糙度，以确保管道系统对传输的介质保持中立以及保证最佳的彻底吹扫及清洗性能，现在工程师及技术人员常常提及的表面粗糙度Ra值就是对管道系统内表面粗糙度的基本要求.为了确保自动轨道焊接的质量和效率,尺寸公差当然也是最基本的要求。inI■ummi内在的纯净指纯净的材质:真正意义上的超纯，洁净管道仅有漂亮的内外表面是远远不够的，对管道系统的材质也有非常苛刻严格的要求，无论对化学成分和机械性能都有一定的定义.所以我们提到的纯净管道是由纯净的316L制成，指不锈钢中的不纯物尽量降到一定范围内，非金属夹杂物以及气体成分控制在最小极限。c.超纯，洁净管道系统的制造1,母材的冶炼：常规的不锈钢是通过电炉溶解(EF)而成的。对化学成分有一定要求的话，还需要通过氢氧脱碳(AOD)或真空脱碳(VOD)，通过这种精炼方式的材料化学成分在规定的范围内,特别是C,Mn,Si,P,S等有害化学成分降到最低，才符合用来制造上述管道系统的母材(SINGLEMELT).采用真空脱碳(VOD)制造的不锈钢坯,又经过真空电弧再溶解(VAR)处理，使得材料纯度更高并且不出现偏析,其性能特性更为优异，这种材料又称316LVAR(V1).用VOD材料，先用真空感应熔炼(VIM)，然后再经过真空电弧再溶解(VAR)处理,通过这种特殊精炼方式使得材料的C,Mn,Si,P,S及H,O降到最低，这种材料又称VIM+VAR(V2).由于精炼和特殊精炼的技术难度大,目前仅有日本极少数工厂拥有这种技术，如KOBE(神户特钢),新日铁的山阳特钢(SANYO),住友钢铁(SUMITOMO)等，瑞典的SANDVIK有AOD和AOD+VAR冶炼.所以市面上真正的VIM+VAR的材料几乎全部都是由日本工厂生产的。由上述精炼和特殊精炼方法得到的母材（母管，棒材和板材）就是生产高纯管阀件的基础材料。目前市场上质量较高级的管阀件均由上述工厂提,■■11BA管的轧制：BA管是由日本工厂给出定义的，按这个定义:不锈钢管经过特殊冷轧表面粗糙度在特定值以下经光亮退火（BRIGHTANNEALED）而成。正宗的BA管表面形态是退火态，没有经过任何机械或其他方式处理。经过机械抛光和其他方式处理最后也光亮或表面粗糙度在特定值以下并非是真正意义上的BA管。到目前为止，世界上有能力用特殊冷轧方式制造2”以上大口径薄壁BA管只有日本3家工厂（KOBE,SUMIKIN和KUZE）。2”以下批量制造BA管除日本上述3家外，还有日本的TSK,DAIDO.英国的FINETUBE,瑞典的SANDVIK,美国的PLYMOUTH.为了降低成本，现在市场上流通的1”以上大口径管道中的绝大部分并非由真正的BA管制成，一般都是由焊管经机械抛光或其他方式处理制成的“准BA管”。HII表面处理和清洗包装：BA管经过超声波清洗，包装后便成为BA管成品。为了更进一步提高管道内表面的粗糙度以及耐蚀性，用BA管经过内表面电解抛光方式得到的管道叫EP管。在细长管内要完成高质量的电解抛光需要有专门“Know-How”,目前拥有这种“Know-How”技术的厂商有欧洲的Dockweiler（Henkel）,Sandvik（Calmo）,日本的三爱ami）.?I■%超纯，洁净管道系统的制造商 ■真正有能力提供高纯母材的工厂全球也只有为数不多的几个工厂，而且几乎全在日本，有能力进行特殊冷轧制造BA管的工厂也不超过10家（绝大部分也在日本）。由此，我们会发现市面上的所有品牌中仅有KOBE和SUMIKIN是既有能力进行精炼和特殊精炼，也有能力进行特殊冷轧并制成成品BA管（具有一贯生产能力）的二家工厂。KUZE和PLYMOUTH等虽无母材精炼和特殊精炼能力（不生产母材），但有能力进行特殊冷轧。除此以外，其他所谓的厂牌最多是一个“表面处理”工厂或者是一个“库存商”。就像有能力加工制造芯片的厂商很多，但有能力制造芯片母机（例如光刻机）却不多。很多所谓的高纯管道厂商二头看人脸色，原材料（BA管）看母材生产厂的脸色，产品看客户和市场的脸色，担当着非常难堪的角色。二十年来，有些公司跌跌撞撞还在苦苦挣扎，有些公司訇然倒地早已无声无息（如AMI），还有些公司如昙花一现来去匆匆。半I.计mi.mi .Hinn..超纯，洁净管道系统的价格 ■由于在母材冶炼，管道轧制，表面处理方面的技术垄断及工艺的复杂性，造成真正的高纯管路系统价格成本的高居不下。10年前，最便宜的BA管至少在10USD/M，最便宜的EP管接近20USD/M，近几年由于生产规模的扩大，价格有所降低，但毕竟这方面的生产技术控制在少数工厂手中，正宗产品的价格下调是非常有限的。我们会发现目前大多数产品价格仅为10年前的一半左右，很多产品的价格接近甚至低于工业级产品，仔细去了解一下，我们发现很多产品并非正宗的产品（但是这些产品却是正宗的“著名”品牌），很多是偷工减料的，如有的原材料是普通的不锈钢，母管并非真正的BA管，加工和检测工艺也被简化了。超纯，洁净管道系统的神秘性在生物制约厂如果用镀锌管来输送介质是无法想象的，但事实上，我们目前每家每户每天生活用水都是用镀锌管来输送的。现在如果用一般的不锈钢管来输送气体介质也是无法想象的，但20多年前输送纯净介质（气体）的管路采用的管道还是普通的不锈钢管道。现实中的工程师们很多往往缺少理智，建一个芯片厂无论什么系统，都要用价格昂贵的高纯管路系统（很多都选用EP级，而且要选用最贵的品牌），似乎如果不这样用就无法生产出合格的芯片来。所以对那些象印钞厂一样的芯片厂，他们的设计往往是“尽善尽美”，用最好的高纯管路用于哪怕是用工业级都没有问题的系统，这样他们的预算就成了一个天文数字。这些善良的工程师们把这些管路系统神秘化了。由于神秘，他们也失去了独立的思考和判断，除了崇拜，就是迷信。现实毕竟是现实，“摩尔法则”使电子产品的价格（无论芯片还是LCD/TFT）每隔一段时间降低一半，如果善良的工程师们还是以美好的愿望用天价的高纯管路系统生产出天价的电子产品，那市场也会将他们的产品象供奉神仙一样将他们的产品束之高阁。终于，很多工程师开始觉醒了，发现原来的很多设计存在严重的“质量过剩”，他们开始优化科学地设计高纯管路系统：在合适的场合用合适的材料！这并非简单地“从终点又回到起点”，重复20多年前的原始工作（采用原始的普通不锈钢管道系统），这是市场竞争法则的结果。在高纯管路系统方面，也印证了“摩尔法则”，总体性能上升了，但价格成本却下来了。■!■■ ■.造工艺制BIBBIII..llllll超纯，洁净管道系统的市场新格局就像伟人走下神坛是凡人一样，随着我们对高纯管路系统了解的不断加深，超纯，洁净管道系统不再象以前那样神秘。市场也永远遵循竞争法则：适者生存！那些拥有核心、技术的厂商，因为在关键的重要的场合非要使用他们的产品，尽管他们价高和寡，但他们仍然可以勉强生存。他们要提高市场占有率，关键要在不降低产品质量的前提下，通过优化和改进工艺来降低生产成本，同时降低利润率。那些没有核心技术的厂商，因为没有资格价高，所以只好不断地用降价来维持生计。他们的“准BA管”滩EP管”还有市场，只不过要不断地削减成本，因为他们的产品面临当地产品的竞争（事实上，他们的产品与当地产品相比除了LOGO不一样之外没有太多的区别）。在上月美国旧金山举行的SEMICOM展上，有很多来自美国一家洁净管道,管件生产厂的职员前往日本，韩国厂商的展台寻找就业机会，原因是美国半导体业非常不景气及公司在全球的业绩不佳，为了降低成本，削减美国的业务，所以大规模地栽减美国当地员工.据说，该公司在韩国的生产业务（韩国工厂的EP旧生产线系早已倒闭的AMI生产线）已大于美国本土的业务，该公司仅是名义上的美国公司.该公司不生产母管，只做后道处理（清洗和包装等），原来的母管从SANDVIK,PLYMOUTH,KOBE,RATH等工厂采购，现为了降低成本，很多母管改从韩国，台湾等地厂商采购（母管不再强调要用纯净的316L材料）。据了解,前段时间，该公司还派人前往中国国内考察不锈钢管道工厂，希望能尽可能地降低采购成本.基于适者生存的市场竞争法则，很多市场上耳熟能详的品牌有的偃旗息鼓，悄然退出竞争，如美国的AMI,有的被其他公司收购，如BENKAN被KITZ收购，CARTEN被FUJIKIN收购，EVAL和VERIFLO被PARKER收购，MOTOYAMA被HAMLET收购，当然还有不少仍在苦苦挣扎。还有一些以前我们没有听说过的品牌，如韩国的TK，他们凭籍着在阀门管件方面的生产经验，生产规模以及对高纯管路系统产品的准确理解，努力扩大生产规模，降低生产成本，在最近的几年中成了这个行业中的一匹黑马，脱颖而出，无论在产品销售规模还是销售额方面都遥遥领先于同行。常见化学成分对不锈钢管道性能的影响碳（C）:熔点为3540摄氏度碳是合金钢成分中最重要的合金成分。除了碳以外合金钢中还含有因生产过程中所产生的其他杂质如硅、锰、磷以及硫等。随着碳含量的增加，钢材的硬度以及强度会有明显的提高。而延伸性、锻造性、焊接性以及加工性则有明显的减弱。钢材中的碳含量不会影响其对水、酸以及高温气体的耐腐蚀性。铬（Cr）:熔点为1920摄氏度因有铬的存在所以钢材才有淬火的可能（在油或空气中）。通过对生成马氏体结构所最低要求的淬火速度之降低，可提高钢材的硬度以及冶炼性能。而钢材的抗撞击性能则会减弱，延伸性能所受到的影响不大。纯铬钢的焊接性能随着铬成分的提高将会减弱。每增加1%的铬成分将会提高材料的抗拉强度80-100%N/mm2。铬对合金的耐腐蚀性能有着决定性的影响。铬极易氧化，可在合金钢表面形成一层氧化铬表面，从而阻止或延迟氧分子的侵入，使得合金钢体耐腐蚀的性能得以加强。若合金中铬的成分大于12.5%，则此合金钢被称为不锈合金钢。因不锈钢耐腐蚀的性能主要是通过表面所形成的氧化铬层实现的，故此类不锈合金钢的耐腐蚀性能主要是针对氧化类的腐蚀而言的。铬还可以提高合金钢的耐腐蚀性能以及表面钝化层的稳定性。铜（Cu）:熔点为1048摄氏度铜只在少数合金钢中可以找到。铜极易在材料的表层下面聚集并向分子间隙渗漏，从而使得材料表面在热成型处理过程中变得极为敏感。铜一般是作为有害成分来对待的。铜可以提高材料延伸性能以及扩张性与材料强度之比率。超过0.30%的铜的含量可以稳定合金材料的淬火性能。对焊接性能尤其影响。在非合金钢以及低量合金钢中铜的成分可明显增加材料对气候类侵蚀的抵抗性能。在耐酸型合金钢中铜的成分若超过1%可使材料对盐酸以及硫酸的耐腐蚀性能得到提高。mumiiinHmuniiiiiiiiiiiiiiiiiiiHii锰（Mn）:熔点为1221摄氏度锰具有抗氧性能。遇到硫极易生成亚硫酸锰，从而减少合金中生成亚硫酸锰的机会，这在工具钢中极为重要。锰可大幅度降低合金钢的临界冷却速度，从而提高材料的硬度。材料的延伸性能以及强度也随之得到一定程度上的提高。锰也可提高合金钢材料的锻造性能以及焊接性能，材料的硬度性能在深度方面也将得到较大的提高。若锰的成分含量超过4%，在非淬火类冷却过程中会导致难以处理马氏体结构的产生。钥（Mo）:熔点为2622摄氏度钥一般是同其他合金成分一起投入的。钥同锰在降低合金钢的临界冷却速度方面有着相似的作用，从而间接提高材料的硬度。钥可减少合金在非淬火冷却过程中产生难以处理的马氏体的机会，促使合金材料内部形成细微颗粒结构，并对材料的焊接性能产生正面影响。钥可以提高材料的伸展性能，从而提高材料的强度。但较高的钥的含量会对材料锻造性能产生负面影响。钥属于可以提高合金耐腐蚀性能的成分。在高铬以及铬镍合金钢中常常得到应用，提高钥的含量可以降低合金材料产生孔状腐蚀的机会。■体...■造工艺...an■n镍（Ni）:熔点为1453摄氏度镍不易碳化。镍只有在奥氏体铬镍合金钢中才会提高合金钢材料的耐腐蚀性能，其耐腐蚀性能主要表现在对还原类化学物质的侵袭方面。其在对氧化类侵蚀的不足则通过铬得到补充。磷（P）:熔点为44摄氏度磷为合金钢材料中的有害物质，因磷的熔析点极低，所以磷在合金材料中分布很不均匀。磷不易清除，在高品质合金钢中磷的含量力争控制在0.05%以下。磷即使在合金材料中所占的成分比例很小也会促使合金材料出现不易处理的趋势。此所谓“磷造成的不易处理性"会随着合金材料中碳成分的提高、淬火温度的提高、材料分子体积的增大以及锻造程度的减少而进一步加强。其表现形式为冷轧断裂以及不易锻造。在含碳量为0.1%的低合金类建筑用钢中磷可以提高材料的强度以及对环境类侵蚀的抵抗性能。适当加入铜的成分则效果更佳。■■■■■■硫（S）:熔点为118摄氏度硫是影响合金钢材料各种性能的有害杂质中危害最大的成分。遇铁分子会氧化成亚硫酸铁，因亚硫酸铁的熔点很低，绝大部分均分布在材料分子的间隙中，从而形成对合金材料分子的网状包围，因而减弱了合金材料分子间的有效连接，使合金材料在热处理成型时易于断裂。硫对锰有着极强的亲和力，故而在冶金实践中用锰来牵制硫，以减少硫对合金材料性能的影响。硫的成分达到一定程度会使焊缝出现裂缝。硅（Si）:熔点为1414摄氏度硅同锰一样在任何一种合金钢材料中都可以找到。除了铁矿石中带有硅以外，炉水从炼钢炉壁的耐火层中也会摄取相当部分的硅成分。只有在硅的含量超过0.4%时，合金钢才成为硅合金钢。硅具有脱氧性，有助于石墨的熔析。硅可以提高合金材料的强度以及耐耗损性能。合金材料的弹性极限通过硅也可以得到明显的提高，是弹簧钢合金的首要成分。硅可以大幅度提高耐高温合金材料的鳞层强度，从而提高耐高温材料的冶炼性能。但因它同时对材料的冷成型以及热成型性能有着很大的影响，所以硅的成分在合金材料中一般都控制在较小的范围内。硅的成分若提高到12%以上，则合金材料会呈现出极强的耐酸腐蚀性，但此时的合金钢只能用打磨的方式进行处理了。■MHIHHH^HBII程■■UBIIIIBIHIIIIHIIIIIIIHIIIIIIIIIIHIII钛（Ti）:熔点为1727摄氏度钛对氧、氮、硫以及碳有着极强的亲和力。在耐腐蚀类合金不锈钢材料中钛常常被用来作为稳定剂使用，以提高合金材料对分子间类腐蚀的抵抗能力。不锈钢管道系统的表面若是要接触载体应具有下列特征：耐腐蚀性、载体中立、易于吹扫清洗等。基于此，项目规划设计应该选择合适的材料，以便用户的最终要求能在最大程度上得到满足。以所规定的检测技术去评判设备各个部分表面质量，即使依用户的最终要求已选择了合适的材料，也还是常常会发现一些另人难以满意的技术空白之地。除了用肉眼进行视觉上的检测以及根据一些常用的企业自定标准进行检测外，作为快捷、相对便宜的检测手段通常是采用现时通行的同步点触粗糙度检测仪（如豪摩尔检测仪、百盾检测仪等）对粗糙度进行检测。这种检测方法是通过仪器所提供的二维几何比较数据进行分析。但由于管道表面情况复杂，以及这类测试仪的性能有着极大的局限性，所以对由其所提供的数据作出正确的分析是相当困难的。为此有必要对此进行一下探讨。为了能正确地分析这些数据，现将评判的视野分成以下三个部分：表面结构；形态结构；能量水平。不同的表面处理方法也将予以充分的考虑。表面结构分析是以三维的形式来描述表面以及表面相连的细微孔穴的具体结构。为了能准确地把握表面的具体结构，在释义表面结构分析所提供的信息时，应将具体的环境因素（比如静力、动力等）以及因涡流而形成的介层及其自然扩散效应考虑在内。按表面结构分析的标准来评判管道的表面，用前面提高的检测方法无疑是无法达到的。基于此，以一孤立的、通过上述检测仪器测得的粗糙度Ra值来作为评判管道表面结构的唯一依据是不可信的。另外，还可用扫描电镜（SEM）来辅助分析表面缺陷。需要特别说明的是，由于欧美、日本粗糙度检测手段和测试距离的不一致（如欧洲的测试距离是4.8mm，美国的测试距离是3.81mm，日本的测试距离是1.25mm）使得测试的结果就不一样，在这种情况下Ra值也缺乏可比性。一般来说，测试距离越长，可信性越高。作为对处理过的管道表面结构评判的一个重要辅助手段可采用比如无离子水析法，用这种方法可测定液体及气体范围内离子自然扩散的效应，藉此推定表面结构。通过形态结构分析可以发现管道表面的奥氏体结构因选用的表面处理方式之缘故而受到负面影响。这种影响通过特殊的检验（包括ESCA钝化膜铬氧比例分析、俄歇电子能谱（AES）分析钝化膜层厚度测试）可以毫无困难地深入到表层以下30微米处进行。通过这样的检测可以发现，接触载体的管道表面已非拥有原来精确定义出来的物质结构。通过形态结构分析还可以发现，管道表层内随着表面处理的方法不同而残留了不同的杂质（比如研磨残屑等），物质成分结构也被改变（比如铁素体的成分）。总的说来，管道表面的结构因处理方式而引起的改变除了对清洁度有着负影响外对耐腐蚀性也有着十分不利的影响。而用光能量色散分析（EDX）可以分析表面夹杂物。管道表面整体能量水平的提高将对管道表面的所有性能（比如耐腐蚀性、附着性、过滤性等）产生不利的影响。由此也可以得到，上述三个方面是互相影响的，没有一项可以孤立地存在。所以，有关通过前面得到的检测方法得到的粗糙度数据只有同其他的信息（比如通过产品附带文件确定表面处理的方式）结合起来才会有说服力。只有在质量保证体系下使用非标准化一系列附加的检测方式，用户的要求才会得到完全的满足。钝化层的产生及作用■.高科技业界诸如半导体、光电子、生物制药等的敏感、腐蚀性强的介质对输送的管道提出了更高的要求。如：管道在传输过程中必须保持中立和有极好的耐腐蚀性。而传统的拉、磨、羽布抛光等机械处理尽管可以使管道表面的粗糙度Ra值做得很好，但这些机械抛光手段无法从根本上改善表面质量，尤其是形态结构和能量水平。而具有所谓铬氧化物钝化层的高纯不锈钢管道正符合现代高科技业界的技术要求。LIubruiiii■