在石化、電力、半導體、食品及各類工業設備中，金屬墊片是確保管路、法蘭及壓力容器穩定運作的重要元件。金屬墊片是什麼？有哪些種類和材質？跟橡膠、鐵氟龍或非石棉墊片的特性和應用有什麼差別？如何選擇金屬墊片和墊片供應商？

有關金屬墊片規格、選購重點，請參考：金屬墊片完整指南（下）：金屬墊片規格、選購重點一次掌握

 

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金屬墊片是什麼？

金屬墊片是由單一金屬、合金或金屬與非金屬複合材料組成的工業密封元件。與一般橡膠或鐵氟龍墊片相比，金屬墊片有高機械強度、耐高溫、耐高壓、抗輻射等特性，所以常用在工業管路、壓力容器或承受極端工況的環境。

 

金屬墊片的作用與原理

金屬墊片的作用是防止流體或氣體在高溫、高壓環境下發生洩漏。由於金屬材料本身具有高強度與耐熱特性，所以特別適合用在嚴苛工況的工業系統。

 

金屬墊片在螺栓鎖緊後會產生變形、填補法蘭接觸面細微的不平整處而形成密封。部分結構設計（如纏繞式或波齒墊片）則會利用金屬的彈性與回彈力，在壓力變化時能持續維持密封，降低熱脹冷縮或振動帶來的洩漏風險。

 

整體來說，金屬墊片不是單純的填縫材料，而是一種能壓縮變形達到高度密封的工業元件，常見於石化管線、壓力容器與高溫蒸氣系統等關鍵設備中。

 

金屬墊片種類有哪些？

平墊片（Flat Metal Gasket）

最基礎的實心金屬墊片，由金屬板材經由沖壓、車削或雷射切割而成，應用於閥門蓋、高壓泵浦或特殊的窄面法蘭。

 

金屬包覆墊片（Metal Jacketed Gasket）

金屬包覆墊片內層為柔軟的耐熱材料（如膨脹石墨、陶瓷纖維或非石棉板），外層再用金屬包覆，兼具金屬剛性和柔軟壓縮性。

 

波齒墊片（Corrugated Metal Gasket）

利用機械加工將金屬薄板壓製成同心圓的波浪狀齒形（波紋狀），波浪狀的設計減少了墊片與法蘭的初始接觸面積，在較低的螺栓預緊力下就能達到高度密封效果。

 

金屬環型墊片（RTJ Gasket）

金屬環型墊片是由實心金屬經過精密機械加工製成的鍛件，斷面常見有八角形和橢圓形，是耐壓強度最高的金屬墊片，能符合美國機械工程師學會發布的 「ASME B16.20」標準和美國石油協會的「API 6A」指標，廣泛用在石化煉油廠、上游採油井口設備、高壓電廠管路。

 

金屬渦卷墊片（Spiral Wound Gasket）

由不鏽鋼帶和非金屬填料交替連續纏繞而成，並依工況加裝內襯環或外定位環，是應用很廣泛的半金屬墊片。網站 Hex Technology 指出，不鏽鋼帶纏繞層呈「V」形，有回彈能力，能吸收管路因為熱脹冷縮、壓力波動或機械震動帶來的微幅位移。

 

金屬墊片常見材質有哪些？

不鏽鋼墊片

不鏽鋼是最常見的墊片材質，根據美國流體密封協會（Fluid Sealing Association）的說法，不鏽鋼墊片又可細分成 5 種材質：

 

304 不鏽鋼

304 不鏽鋼是最常見的工業級材料，有良好的耐腐蝕性與成本優勢，廣泛用在一般工業墊片與設備密封。耐溫最高約為 760°C，適合多數中低腐蝕環境。

 

316 不鏽鋼

316 不鏽鋼在 304 基礎上加入鉬元素，有更強的抗腐蝕能力，特別適用於海水、化學溶液等嚴苛環境。雖然耐溫同樣約為 760°C，但耐點蝕與耐化學性更好。

 

321 不鏽鋼

321 不鏽鋼加了鈦元素，可提升抗腐蝕能力，特別適合高溫與腐蝕並存的工況，例如熱交換器與排氣系統。耐溫最高約為 760°C。

 

347 不鏽鋼

347 不鏽鋼加入鈮與鈦元素，在高溫、腐蝕環境中很穩定，適合長時間高溫運作環境。347 不鏽鋼的耐溫最高可達 870°C，是高溫作業環境中較穩定的選擇之一。

 

410 不鏽鋼

410 不鏽鋼含有 12% 的鉻，兼具耐腐蝕性與耐高溫特性，雖然耐蝕性和耐高溫不如 300 系列，但可以透過淬火、回火等方式改變組織結構、增加硬度和耐磨性，常用於高強度的機械結構。

 

銅墊片

銅墊片用純銅或黃銅製成，有延展性、導熱性與導電性。 網站 South Eastern Gaskets 分析，銅墊片非常適合用在高溫系統，而黃銅墊片則兼具強度和耐腐蝕性，常用於管件、閥門和儀表板。

 

鋁墊片

鋁墊片是所有金屬墊片當中最輕、質地最軟的選擇。Holley Performance 指出，鋁墊片的可壓縮高達 50%，能密合各種管路或法蘭，甚至是已經變形或彎曲的管路也可以充分密合，而且鋁墊片有良好的抗大氣腐蝕能力，不過在強酸、強鹼環境或高溫下（超過 200°C）容易蠕變與劣化。

 

碳鋼墊片

碳鋼墊片可分成低、中、高碳鋼墊片，根據 Denver Rubber Company 的描述，這三種碳鋼墊片的特色如下：

  • 低碳鋼：碳含量低於 0.25 wt.％，是最常見的碳鋼類型，跟其他鋼材相比強度相對軟、高延展性，適合加工和焊接，比普通鋼材更耐腐蝕。
  • 中碳鋼：碳含量約 0.25～0.60 wt.％，強度比低碳鋼高，但延展性下降，但能耐壓、承重和耐磨。
  • 高碳鋼：碳含量約 0.60～1.25 wt.％，有些高碳鋼當中會加入鉻、釩、鉬和鎢等金屬。高碳鋼是各類碳鋼中硬度和韌性最高的，耐磨、延展性中等。

 

蒙乃爾合金

 工程材料網站 Ulmaforge 指出，蒙乃爾合金是有優異耐久性與耐腐蝕性的金屬合金，主要由鎳（約 63%～70%）與銅（約 20%～30%）組成，並有少量的鐵、錳、碳及矽等元素，能在海水、化學腐蝕及高溫環境下保持良好的機械性能。

 

因科鎳合金

因科鎳合金（Inconel®）是用鎳（Nickel）和鉻（Chromium）為主要成分的合金，有優異的耐腐蝕性與耐高溫性能。網站 NeoNickel 指出，因科鎳合金高溫環境中，其表面會形成一層穩定的鈍化保護膜，防止材料受到進一步的傷害。

 

另外，因科鎳合金能在廣泛的溫度範圍內維持高強度，因此特別適合用在高溫環境。鋁合金及一般鋼材在高溫下容易因蠕變而逐漸變形，相較之下，因科鎳合金卻能保持良好的機械性能。

 

哈氏合金 

哈氏合金（Hastelloy）是由美國海恩斯國際公司（Haynes International）研發製造的超低碳型鎳基耐蝕合金，主要由鎳、鉬、鉻等元素組成，在極端惡劣的環境下能耐腐蝕、耐高溫。

 

中鋼的資訊指出，哈氏合金是鎳基合金中耐蝕性最好，也是應用領域最廣泛的材料，尤其在化工、石化領域、有強酸及海水腐蝕的環境。

 

金屬墊片、橡膠墊片、鐵氟龍墊片、非石棉墊片的比較

差異 金屬墊片 橡膠墊片 鐵氟龍墊片 非石棉墊片
材質 不鏽鋼、
碳鋼、
紅銅、
蒙乃爾合金等等		 NBR(丁腈橡膠)、
EPDM(三元乙丙膠)、
Viton(氟橡膠)、
矽膠		 純聚四氟乙烯(PTFE)、
改性鐵氟龍、
膨體鐵氟龍(ePTFE) 		 芳綸纖維、
無機纖維、
耐熱礦物纖維
耐溫範圍 極高，
最高可達800°C		 中低，
約 -40°C ~120°C
(Viton 可達 200°C)		 中，
約 -180°C ~260°C		 中高，
約 -100°C ~ 250°C
耐壓 極高 低 中 中高
耐化學腐蝕性 依金屬而定，
316鋼材抗鹽害，
特殊強酸要用哈氏合金
或蒙乃爾		 中低，
不耐強酸鹼與有機溶劑		 高，
幾乎能抵抗所有化學藥劑		 中等，
能抵抗一般水、油、中性氣體，
但強酸鹼需特殊規格
密封柔軟度／回彈性  柔軟度、回彈性都低 柔軟度、回彈性都高 柔軟度中等／回彈性差 中等
常見應用 石化廠高溫高壓管路、
熱交換器、
蒸汽系統、
API／ASME 法蘭設備 		 自來水管路、
一般低壓水幫浦 		 化工廠強酸鹼管路、
半導體高純度流體、
食品業、醫藥設備 		 工業鍋爐、
蒸汽管路、
油管路
相對成本 高  中低  中至高  中等

 

一般來說，挑選墊片材質可以掌握以下 4 個原則：

  • 高溫、高壓環境：選擇金屬墊片，能耐壓與耐熱。
  • 一般水管或低壓設備：橡膠墊片價格低、密封效果好，是最常見的選擇。
  • 酸鹼或化學藥品環境：鐵氟龍墊片能耐腐蝕，適合化工及食品產業。
  • 兼顧耐溫、耐壓與經濟性：非石棉墊片用途廣，是工業管路常見的密封材料。

 

有關金屬墊片規格、選購重點，請參考：金屬墊片完整指南（下）：金屬墊片規格、選購重點一次掌握

 

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