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Co對新(xīn)型奧氏體不(bú)鏽鋼熱腐蝕性能的影響有多大
時間:2016-11-11 來(lái)源(yuán):www.hbcxblg.com

目(mù)前(qián)各國都在積極研(yán)究和開發超超臨界耐熱鋼,2007年美國開發出一種可以自發形成Al2O3保護膜的奧(ào)氏體不鏽鋼(AFA耐熱鋼),其(qí)以Al2O3為保護層,能夠承受650~900℃的高溫,同時成本比Ni基(jī)高溫合金低。隨後,2010年國內(nèi)成功地在傳統(tǒng)奧氏體不鏽鋼NF709的基礎成分上通過成分優化,開發出另外一種(zhǒng)AFA不鏽鋼,該鋼在800℃含(hán)水蒸汽的條件下能夠生成連續(xù)致密的Al2O3保(bǎo)護層。

發電和艦(jiàn)船工業中使(shǐ)用的燃氣輪機在其高溫工(gōng)作過程中,含硫燃料燃(rán)燒和海洋含鹽的(de)環境會在其(qí)葉(yè)片(piàn)上沉積硫酸鹽,氧和其他腐蝕性氣(qì)體同時(shí)作用從而導致葉片加速腐蝕,發生熱腐蝕現象。為了使AFA耐熱不鏽鋼能夠更廣泛應(yīng)用,研究其(qí)熱腐蝕性能和機理顯得尤為必要,目前關於這方麵的研究較少。新型AFA不鏽鋼與鎳基(jī)K417高溫合金(jīn)、316L不鏽鋼相比,具有(yǒu)優良的抗硫酸鈉熔鹽熱腐蝕性能。限製S元素在合金內的擴散有益於提高合金抗熱(rè)腐(fǔ)蝕性能。在1273K條件下S在Co內的擴散係數隻有(yǒu)S在Ni內的一半,說明Co對合金的(de)抗熱腐蝕性能是(shì)有益的。因此(cǐ),為了更好地提高新型AFA不鏽鋼的抗熱腐蝕性能,有必要研究合金元素Co對其抗熱腐蝕性能的影響。

某研究機構選用新(xīn)型(xíng)AFA不鏽鋼,其化學成分(質量分數,%)為Ni25.00,Cr18.00,Al3.00,Mo1.50,Nb1.50,Si0.15,C0.08,B0.01,P0.04,Hf0.15,Y0.01,Fe50.56。

合金的熔煉采用(yòng)非自耗型真空電弧爐,熔煉前將電弧爐抽真空至5×10-3Pa以(yǐ)下,充入高純氬氣,並(bìng)先熔煉高純(chún)鈦錠以吸附(fù)殘餘的O。由於(yú)本合金(jīn)中元素種類多,並且各元素的熔點、密度、熱膨(péng)脹率等物理性能參數相差較大,在熔煉過程(chéng)中需先熔煉預合金:1)將熔點較高的Mo、Nb、C、B以(yǐ)及一部分(fèn)Ni、Fe放在一個坩堝中;2)熔點較(jiào)低的(de)Al、Si及Cr、Co、Fe-P及另一部分Ni、Fe放在另一個坩堝中,由於Al的沸點較低,熔煉時應防止過熱(rè)以免(miǎn)Al的燒損。以上預合金各熔煉4次,之後合成(chéng)一個合金熔煉10次。將合金熔煉好後鑄造成型,經熱處理、切割加(jiā)工成試樣後進行熱腐蝕(shí)試驗,結果表明:

(1)在新型AFA不鏽鋼中添加(jiā)Co元素(sù),能在一定程度上改善其抗硫酸鈉熔(róng)鹽熱(rè)腐蝕性能。

(2)Co元素可以增加(jiā)氧化膜中Cr的相對含量,促進合金生(shēng)成連續的保護性氧化膜,同時可以增強氧化膜的黏附性和致密性,推遲氧化膜的破裂時間,延長熱腐蝕孕育期。

(3)Co元素也可以有效延緩S元素在AFA不鏽鋼中的擴散,降低熱腐蝕過程中的硫化-氧化速度,從而提高合金的抗熱(rè)腐蝕性能。


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