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      新型奧氏體不銹鋼熱腐蝕性能的影響

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      新型奧氏體不銹鋼熱腐蝕性能的影響

      2021/02/23 07:50:03

      目前各國都在積極研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保護膜的奧氏體不銹鋼(AFA耐熱鋼),其以Al2O3為保護層,能夠承受650~900℃的高溫,同時成本比Ni基高溫合金低。

      目前各國都在積極研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保護膜的奧氏體不銹鋼(AFA耐熱鋼),其以Al2O3為保護層,能夠承受650~900℃的高溫,同時成本比Ni基高溫合金低。隨后,2010年國內成功地在傳統奧氏體不銹鋼NF709的基礎成分上通過成分優化,開發出另外一種AFA不銹鋼,該鋼在800℃含水蒸汽的條件下能夠生成連續致密的Al2O3保護層。

      發電和艦船工業中使用的燃氣輪機在其高溫工作過程中,含硫燃料燃燒和海洋含鹽的環境會在其葉片上沉積硫酸鹽,氧和其他腐蝕性氣體同時作用從而導致葉片加速腐蝕,發生熱腐蝕現象。為了使AFA耐熱不銹鋼能夠更廣泛應用,研究其熱腐蝕性能和機理顯得尤為必要,目前關于這方面的研究較少。新型AFA不銹鋼與鎳基K417高溫合金、316L不銹鋼相比,具有優良的抗硫酸鈉熔鹽熱腐蝕性能。限制S元素在合金內的擴散有益于提高合金抗熱腐蝕性能。在1273K條件下S在Co內的擴散系數只有S在Ni內的一半,說明Co對合金的抗熱腐蝕性能是有益的。因此,為了更好地提高新型AFA不銹鋼的抗熱腐蝕性能,有必要研究合金元素Co對其抗熱腐蝕性能的影響。

      某研究機構選用新型AFA不銹鋼,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。

      合金的熔煉采用非自耗型真空電弧爐,熔煉前將電弧爐抽真空至5×10-3Pa以下,充入高純氬氣,并先熔煉高純鈦錠以吸附殘余的O。由于本合金中元素種類多,并且各元素的熔點、密度、熱膨脹率等物理性能參數相差較大,在熔煉過程中需先熔煉預合金:1)將熔點較高的Mo、Nb、C、B以及一部分Ni、Fe放在一個坩堝中;2)熔點較低的Al、Si及Cr、Co、Fe-P及另一部分Ni、Fe放在另一個坩堝中,由于Al的沸點較低,熔煉時應防止過熱以免Al的燒損。以上預合金各熔煉4次,之后合成一個合金熔煉10次。將合金熔煉好后鑄造成型,經熱處理、切割加工成試樣后進行熱腐蝕試驗,結果表明:

      (1)在新型AFA不銹鋼中添加Co元素,能在一定程度上改善其抗硫酸鈉熔鹽熱腐蝕性能。

      (2)Co元素可以增加氧化膜中Cr的相對含量,促進合金生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不銹鋼中的擴散,降低熱腐蝕過程中的硫化-氧化速度,從而提高合金的抗熱腐蝕性能。


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