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钴对新型奥氏体不锈钢热腐蚀性能的影响

  • 发表时间:2020-03-30 21:11:14
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目前各国都在积极研究和开发超超临界耐热钢,2007年美国开发出一种可以自发形成Al2O3保护膜的奥氏体不锈钢(AFA耐热钢),其以Al2O3为保护层,能够承受650~900℃的高温,同时成本比Ni基高温合金低。随后,2010年国内成功地在传统奥氏体不锈钢NF709的基础成分上通过成分优化,开发出另外一种AFA不锈钢,该钢在800℃含水蒸汽的条件下能够生成连续致密的Al2O3保护层。


发电和舰船工业中使用的燃气轮机在其高温工作过程中,含硫燃料燃烧和海洋含盐的环境会在其叶片上沉积硫酸盐,氧和其他腐蚀性气体同时作用从而导致叶片加速腐蚀,发生热腐蚀现象。为了使AFA耐热不锈钢能够更广泛应用,研究其热腐蚀性能和机理显得尤为必要,目前关于这方面的研究较少。新型AFA不锈钢与镍基K417高温合金、316L不锈钢相比,具有优良的抗硫酸钠熔盐热腐蚀性能。限制S元素在合金内的扩散有益于提高合金抗热腐蚀性能。在1273K条件下S在Co内的扩散系数只有S在Ni内的一半,说明Co对合金的抗热腐蚀性能是有益的。因此,为了更好地提高新型AFA不锈钢的抗热腐蚀性能,有必要研究合金元素Co对其抗热腐蚀性能的影响。


某研究机构选用新型AFA不锈钢,其化学成分(质量分数,%)为Ni25.00,Cr18.00,Al3.00,Mo1.50,Nb1.50,Si0.15,C0.08,B0.01,P0.04,Hf0.15,Y0.01,Fe50.56。


合金的熔炼采用非自耗型真空电弧炉,熔炼前将电弧炉抽真空至5×10-3Pa以下,充入高纯氩气,并先熔炼高纯钛锭以吸附残余的O。由于本合金中元素种类多,并且各元素的熔点、密度、热膨胀率等物理性能参数相差较大,在熔炼过程中需先熔炼预合金:1)将熔点较高的Mo、Nb、C、B以及一部分Ni、Fe放在一个坩埚中;2)熔点较低的Al、Si及Cr、Co、Fe-P及另一部分Ni、Fe放在另一个坩埚中,由于Al的沸点较低,熔炼时应防止过热以免Al的烧损。以上预合金各熔炼4次,之后合成一个合金熔炼10次。将合金熔炼好后铸造成型,经热处理、切割加工成试样后进行热腐蚀试验,结果表明:


(1)在新型AFA不锈钢中添加Co元素,能在一定程度上改善其抗硫酸钠熔盐热腐蚀性能。


(2)Co元素可以增加氧化膜中Cr的相对含量,促进合金生成连续的保护性氧化膜,同时可以增强氧化膜的黏附性和致密性,推迟氧化膜的破裂时间,延长热腐蚀孕育期。


(3)Co元素也可以有效延缓S元素在AFA不锈钢中的扩散,降低热腐蚀过程中的硫化-氧化速度,从而提高合金的抗热腐蚀性能。


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