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循环流化床锅炉风帽用稀土高铬镍氮系耐热钢的研制.doc

上传人:weiwoduzun 文档编号:1896189 上传时间:2018-08-29 格式:DOC 页数:58 大小:895KB
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资源描述

1、II_ J p “M * r1、-r* * . -M:VY!、 i/ 、 - H 、二, - =“# 入、:.、, - - 一-、_/ .条 V _ra- .I-1050737UDC“ “e“-/ W i J专 雜娥念指,号教师 . 广申,i 。工业上高温条件下工作的一部分构件的主要失效原因是高温氧化,而单位面积上承受 的载荷并不大。如炉底板、炉栅等。因而也就发展了一类热稳定钢或称抗氧化钢。另一种 情况是构件在高温下工作,承受较大载荷,失效的主要原因是由于高温下强度不够。如高 温螺栓、祸轮叶片等,因而以提高高温强度为目的的发展起来的一类钢称为热强钢,以上 这两种钢可统称为耐热钢。高温强度是指钢

2、在高温下能够长时间保持承受机械载荷的能力。钢在高温下承受机械 载荷一是软化,即强度随温度升高而降低。二是螺变,即在恒定应力的作用下,塑性变形 量随时间延长而缓慢增大,钢在髙温下的塑性变形是由晶内滑移和晶界滑移造成。提高钢 的高温强度,通常采用合金化方法。即向钢中加入合金元素,提高原子间的结合力及形成 有利的组织。加入络、错、鹤、机、钛等,可强化钢的基体,提高再结晶温度,还可形成 强化相碳化物或金属间化合物,如Cr23C6,WC, Tic等。这些强化相在高温下稳定,不分 解,不聚集长大,并保持其硬度。加入键元素,主要是为了得到奥氏体。奥氏体比铁素体 中的原子排列紧密,原子间结合力强,原子扩散较难

3、。所以奥氏体的高温强度较好。可见 耐热钢的高温强度不仅与化学成分有关,而且还与组织有关。材料的耐磨性是指某种材料在一定的摩擦条件下抵抗磨损的能力,它不是材料本身固 有的性质。当磨料与材料相互作用时,对材料耐磨性或磨损发生过程主要影响因素有两类, 一是材料本身,包括材料的成分、显微组织和机械性能。材料的显微组织对材料磨料磨损 过程有很大的影响,材料的成分和处理工艺决定了材料的组织和机械性能。另一是磨料特 性和磨料与材料相互作用时的接触应力、相对运动速度、环境、介质等外部参数同 一种组织的材料,在不同的工况条件下或不同的试验条件下也会表现出不同的耐磨性。在 一定外部条件下决定材料磨损的是材料本身的

4、特性。为了满足耐热钢的高温性能己经选择 了奥氏体基体组织,硬度对材料的耐磨性有很大影响,所以提高抗磨耐热钢的耐磨性的措 施就是加入合金元素,提高耐热钢的硬度。常用的合金元素有钦、银、鹤等。这些合金元 素与碳和氮的亲和力都比较强,加入合金中,在凝固过程中形成高度弥散分布的硬度极高 的碳化物和氮化物微粒,这些MC 型和MN型微粒稳定性很高,即使在 130(rC以下也不 会完全溶解,可以提高钢在高温下的耐磨性能所以耐热钢的耐磨性主要与硬度有关。高温抗氧化性是保证工件在高温下持久工作的重要条件。钢件在高温空气等氧化环境 中,氧与钢表面发生化学反应生成多种铁的氧化物层,该氧化物层很疏松,失去了钢的原 有

5、特性,极易脱落。为了提高钢的高温抗氧化性,向钢中加入合金元素,从而改变氧化物 的结构。常用的合金元素有铬、桂、绍等。它们与氧反应,在钢的表面上生成致密的、稳 1前言定的氧化物层,或者说钝化层Cr办,SiOz或者AI2O3等,以保 护钢不再继续氧化。铬、桂、 铅加入量多,钢的高温抗氧化好,但是若娃、招加入量太多,钢的力学性能和工艺性变差。 所以,耐热钢以铬为主要合金元素,以桂、锡为辅助元素。因此,钢的高温抗氧化性主要 与化学成分有关。现代工业设备上的许多构件在30(rc以上的温度下工作,有的高达1200C以上。这些 设备随工业的发展,使用温度还在逐渐地提高,而这些部门还常常是科技的尖端领域或工

6、业技术开发的前沿部分,比如:火箭发动机、燃气祸轮机、石油化工、原子能、汽轮机、 电站锅炉等工业部门用的设备。耐热钢的发展和提高将直接影响这些部门,以至影响整个 工业现代化的水平。比如要制造超音速飞机,只有在镍基尼莫尼合金制成以后才能成为现 实。要提高动力工业的效率和水平,只有在耐热钢的耐热温度不断提髙,寿命不断延长时 才能成为可能。耐热钢面临上述的任务和工作条件,因而对它提出下列性能要求-1) 高温要引起表面的剧烈氧化、腐蚀,因此要有抗氧化性(耐热不起皮性);2) 髙温应力、高温强化机制的变化,材料会发生孺变。因此要有髙温下抗攝变性,长期和 短时的热强性,小的缺口敏感性,抗热松驰和热疲劳性等;

7、3) 由于高温会引起组织的不断变化,因此要有高温下的组织稳定性,以及强化机制在高温 下的有效性;4) 在高温温度场中要有大的热传导性,小的热膨胀性;5) 好的锻造性、祷造性、煌接性,良好的成批生产性和经济性。1.1. 2耐热钢的分类及应用常见的耐热钢有铁素体型耐热钢、珠光体型耐热钢、马氏体型耐热钢和奥氏体型耐热钢。铁素体型耐热钢属于抗氧化钢,由高络钢加入挂、锅等元素形成的钢。它是以aFe 为基、加入各种强化合金元素,一般在35065(rC温度范围内工作。主要用作炼油设备、 锅炉、蒸汽祸轮、燃汽润轮及内燃机中的耐热零部件。珠光体型耐热钢按含碳量和应用特点有可分为低碳珠光体耐热钢和中碳珠光体耐热

8、钢,其在55(rC以下具有良好的耐 热性,随着研究的深入,工作温度可达500“62(rC。低 碳珠光体耐热钢主要用于制造锅炉钢管如12CrlMoV:中碳珠光体耐热钢,对于强度要求 西安理工大学工租硕士学位论文更高,使用温度低于过热蒸汽管道的温度,工艺上采用热锻成形,较少要求冷弯、辉接的 耐热结构件,其主要用于汽轮机等耐热紧固件,汽轮机转子(主轴、叶轮)等。马氏体型耐热钢一般经过洋火加高温回火后使用,这类钢中一部分是在1 Crl3马氏 体不绣钢基础上发展起来的,使用状态是回火马氏体。主要在45062(rC用于汽轮机叶片; 在700850 C内燃机排气 阀4Cr9Si:2。珠光体、马氏体类耐热钢,

9、一般使用温度在6 5(rC以下,对于更高的温度则不能适应。 根据耐热钢合金化原理,奥氏体耐热钢分为固溶强化型、碳化物沉淀型和金属间化合物强 化型。固溶强化型的奥氏体耐热钢具有良好的耐烛性的奥氏体基体中添加铝、n 、 银等元 素.提高r 固溶体的原子间结合力,强化固溶体。这类钢具有良好的挥接性能,以及压力 热加工和冷冲压性能,能制管和乳成薄板,能通过薄板冲压和煌接制成零件。因为是固溶 强化。这类钢一般也配合以固溶萍火处理。由于r-Fe原子排列 较aFe 致密,原子间结合力强,再结晶温度高。因此,奥氏体 耐热钢具有高的螺变强度,良好的铺性、抗腐烛性和抗氧化性,并且其工作的温度也较高。 在更高温度下

10、工作的零件需使用高温合金。最常使用的是银基合金,它是在Cr20Ni80合 金的基础上,加入合金强化元素发展起来的,可以在65(K115(rC温度范围内使用“I。我 国耐热钢推荐钢号及主要用途如表1-1所示:表1-1 我国耐热钢推荐钢号及主要用途 Tabl.l Commendatory steel grade and main use of the heat-resisting steel of ourff-i 钢号1 2Crl2NiWMoV 气轮机末级叶片3 2Crl2WMoVNbB 制作 570iOTCK时fflT 作的燃较机叶片,樣检 结构体寿命增加一倍;总成本降低;环境负担度减少。该项目

11、 的最终目标是确立一种具有均匀的多相组织,晶粒直径在lun以下,板厚在1mm 以上的超 细晶粒组织钢的生产技术。基于钢铁材料只有在变成了结构件或结构部件后才能实现目的 的这一认识,日本在进行该项目的研究时,不是只停留在单纯的材料开发上,而是同时研究 用揮接等方法将材料结合成结构体的技术,以及能实际证明该结构部件具有耐使用性能的 评价技术。在耐热钢方面,日本走在世界的前列。目前日本以将将铁素体系耐热钢的使用温度极 限从600C 提高到650C作为研究的目标,藉此可以使全日本的C02排放量减少3%。其 课题是如何大幅度地提高螺变强度、抗氧化性和焯接接头性能等。关于提高材料的螺变强 度问题,值得一提

12、的是发现以前的铁素体系耐热钢婦变强度低的原因,就在于晶界附近的马 氏体组织的优先回复,并且这一现象在60(rC以上时将变得更为显著。这样,就给65(rC级材 料的开发找到了方向,就是在进行材料设计时,一定要使晶界附近的强化组织能长时间维 持。基于这一认识,他们选择了两条路线,一条是利用B元素容易在晶界偏析的特点,用偏析 的B来稳定晶界附近的碳化物的方法;另一条则是利用在晶内和晶界附近都能均匀微细析 出的金属间化合物的方法。用B强化的9%Cr铁素体系耐热钢,其65(rC的竊变寿命竟达到 了原有钢的10倍以上。关于辉接接头性能,首先,他们找出了造成择接接头强度降低的原因 在于所谓的“4塑断裂”,而

13、这种“4型断裂“发生在捍接热影响区所形成的细晶粒组织区,因 此,要提高燥接接头的强度,就必须使该区域的晶界附近的组织的长时间稳定性比母材更 高。并且在煌接技术方面,也幵展了研究,通过缩小煌接热影响区的宽度,预计可以使寿命提 高1倍。至于在高温水蒸汽中的抗氧化性问题,采取经预处理使钢能预先形成一层很薄的 C r氧化膜的方法,使抗氧化性得到飞跃性的提高。这样,在实验室规模的研究中,就己大体 弄清了 6506级钢所需要解决的提高攝变强度、抗氧化性和彈接接头性能等的指导原理。1.2研究目的我国在耐磨、耐热材料的科研方面具有国际先进水平,但在耐磨件、耐热件的生产方 面,因人才、管理、工艺等因素的影响,产

14、品质量和国外产品尚有差距。过去每个省都有一 家电力修造企业生产耐磨件,因管理体制和市场竞争力弱等原因,目前电力修造企业生产耐 磨件、耐热件的已不多。通过体制改革,各电厂纷纷在自已的三产企业生产耐磨件、耐热 件,但因缺乏技术人才、缺乏管理经验,造成在生产工艺、产品质量、产品的技术含量方面 都存在一些问题,有能力参与国内市场竞争的厂家更少。当前,我国稀土资源丰富,而金 属银价格昂贵,在耐热钢的生产过程中镍又是一种大量使用的合金元素,本文正是以传统 材料为基础,通过理论分析和现场生产实验,寻找能满足不低于i20(rc条件下、抗氧化、 耐磨蚀以功能材料为主导的稀土高络低镍耐热钢新型材料。西安理工大学工

15、租硕士学位论文1.3研究意义科技高速发展的今天,许多行业对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求,特别是在 高温条件下对材料苟刻的性能要求,己成为制约某些行业发展的瓶颈。现代卫星、飞机以 及核反应堆中的高速运转精密偶合件,其中的高温精密轴承,燃油栗中的分油活门、变压 差活门、柱塞,消音器中的轴套式往复阀,伺服阀中的阀芯套等,均在较高温(20050(rc) 下高速运转,使用条件苟刻,会因表面磨损、腐蚀剥落、疲劳断裂以及由髙温软化与粘结 引起卡死而使零件不能长期稳定而可靠地工作;供高温熟料冷却用的大中型筒式水泥回转 苗冷却机,其机内左右盖板、下料溜子、衬板等部件均承受900“丨00(rc高温水泥熟料的

16、 氧化、磨损、冲刷和冲击,服役条件十分恶劣,常因氧化磨损开裂和变形而失效;冶金矿 山机械的工件对象主要是各种岩石和矿物,硬度高而坚硬,在研磨和输送矿菜时经常是在 有水或含硫等湿态和腐蚀介质条件下工作,工作条件更加恶劣,常因磨损而失效;模具在 工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力,要求材料有较高的硬度、强度、初度、抗高 温氧化性、抗热疲劳性及耐磨性,以保证零件的精度、质量和外观性能。另外在燃煤电厂 及建材厂用的球磨机衬板和磨球,中速磨磨辊和磨盘瓦,风扇磨冲击板和护甲,煤粉和除 灰管道,灰装粟和阔门过流配件及锅炉的火嘴等都要求长期使用不变形、耐磨损、抗氧化。 所有的这些都对材料的高温性能提出特殊

17、的要求,因此大力发展耐热耐磨钢材料对我国现 代化进程及提高我国综合实力具有重大的现实意义。主要研究内容及技术路残122000年以来,我国工业经济快速发展,特别是化工、钢铁工处产值大幅度提髙。特 别是2001年后大型的基础建设项目不断上马,带来了电力供应严重不足,特别是广东、 上海、江苏等东部经济发达地区,供电日趋紧张,虽然国家来取了一系列的调控政策,三 峡电站已开始运行供电,但仍不能解决当前电力紧张的局面,拉闹限电现象时有发生。在 电力供应紧张的条件下,一些企业为了保证生产正常进行,纷纷上马中小型电厂,以保证 本企业的正常供电。可见,中小型火电厂在我国能源结构中在今后一个时期内仍然占有重要的地

18、位。这种 中小型现在大部分以煤为燃料,釆用4a500t/h 的循环流化床 锅炉为主。在循环流化床锅 炉中,高压风通过布风板上的风帽均勾的进入炉膛,吹动进入炉腫的燃料煤上下窜动,流 动燃烧。燃料煤在炉膛内流动燃烧过程中,不断对布风板上的风帽在髙温下进行磨损和烧 蚀。一旦风帽烧坏磨穿,就会导致炉腾内局部风压过高,局部过热,炉内结焦,水冷壁磨 损等不安全因素。20世纪90年代初,我国循环流化床锅炉曾釆用普通高桂耐热铸铁和RQTSi5.5制造 风帽,该种风帽易烧毁寿命很短。为了保证锅炉运行安全,提高风帽寿命,减轻工人维修 的劳动强度,改善其劳动条件、减少维修工时,保证发电效率,一些电厂釆用lCrl8N

19、丨9Ti、 Cr25Nil4Si2、2C25Ni20材质来制造风帽。因为使用RQTSi5,5制造的风帽寿命很低,一 般在200a3000小时左右,有时 不足1500小时就烧穿。而用lCrl8Ni9Ti 、Cr25Nil4Si2 材质的风帽,有的电厂寿命达到6000小时到8000小时,有的在4000小时左右,个别电 厂及锅炉的出渔口附近的风帽使用时间不足3000小时,所以仍不理想,不能保证电厂锅 炉的安全运行,大大降低发电效率。分析其主要原因是虽然提高了材质的热强度,但没有 很好的抗磨性能。兖矿集团自89年开始建设全国第一个煤泥循环流化床锅炉,90年开始投产发电,到 现在己建成以煤泥煤矸石燃料为

20、主的电厂6座,总装机容量已达30万千瓦。从循环流化 床锅炉的形式看,大部分采用布风板与风帽结合的供风形式,风帽是处于捕环流化床锅炉 炉腫内的长期受热件,环境温度为900100(rC, 并且长期受到煤澄或者石英砂的 长期磨损。 从90年开始我们就不断寻找能适合风帽产品的耐热耐磨材料来提高风帽的使用寿命。先 后使用过 RQTA14Si4、ZG40Cr5M ZG40Cr9Si2. ZG40Cr25Ni20 等多种材质,但均未取 得良好的效果,有的使用仅三到四个月即要更换。为了提高电厂的经济效益,有必有找到 使用寿命更长的适合风帽产品的耐热材料,以满足当前的形式要求。在这些锅炉运行当中, 均存在着不同

21、程度的风帽使用寿命短的现象,严重制约着电厂的发电效率。为了解决电厂 锅炉风帽的性能和使用寿命,应研制满足循环流化床锅炉风帽使用条件的耐热、耐磨蚀材 料,以解决制约电厂锅炉正常运行问题。因此,通过对稀土高络镍氮120(rC耐热钢的研制,提高材料的耐热、耐磨性,从而 提高材料的使用寿命,节约成本,提髙工效。主要研究内容及技术路残132主要研究内容及技术路线2.1主要研究内容循环流化床锅炉是最近几年开始大量使用的燃料在流化状态下进行燃烧的一种锅炉。 流态化时固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的一种现象。固体颗粒、流体以及完 成流态化的设备称为流化床。流体作为流化介质,一般有气体和液体两大类,在锅

22、炉燃烧 中,流化介质为气体,固体煤颗粒以及煤燃烧的灰澄被流化,称为气固流态化。流化床锅 炉与其他类型燃烧锅炉的根本区别在于燃料处于流态化运动状态,并在流态化过程中进行 燃烧。布风装置是流化床锅炉实现流态化燃烧的关键部件,目前流化床锅炉采用的布风装置 主要有两种形式:即风帽式和密孔板式。风帽式布风装置由风室、布风板、风帽和隔热层 组成。密孔板式布风装置由风室和密孔板组成。我国流化床锅炉中使用最广泛的是风帽式 布风板。由风机送入的空气从位于布风板下部的风室通过风帽底部的通道,从风帽上部径向分 布的小孔流出,由于小孔的总截面积远小于布风板面积,因此从风帽小孔中喷出的气流具 有较高的速度和动能,进入床

23、层底部,将底部颗粒吹动,使风帽周围和帽头顶部产生强烈 的扰动,强化了气固之间的混合,进而建立了良好的流化床工作状态。风帽是流化床锅炉实现均匀布风以及维持炉内气固两相流动和锅炉安全经济运行的 关键部件。随着循环流化床锅炉的发展,出现了多种结构形式的风帽,主要有小孔径风帽, 大孔径风帽及定向风帽。目前循环流化床锅炉趋向于采用小直径大孔径风帽或大直径大孔 径风帽。小直径风帽约为4&50mm,大直径风帽约为9(K100mnu风帽式布风板的优点是布风均勾,当负荷变化时,流化质量稳定。但普遍存在问题是 风帽帽顶容易烧坏,磨损也较严重。循环流化床锅炉中,风帽的帽头直接浸埋在高温床料 中,在正常运行中风帽中有

24、空气流通,可以得到冷却,但在压火时,因为没有空气通过, 容易烧损。当风帽因烧损和磨损出现穿孔时,就会造成局部床压过高而影响到整台循环流 化床运行工况不稳,过高的流速会吹动大颗粒床料对周围水冷壁的磨损。每当风帽出现主要研究内容及技术路残14一 定量的损坏时,不得不停炉进行更换,风帽质量的好坏、寿命长短是制约整台流化床锅炉 运行效率的关键部件。因此,研究能耐高温、耐磨蚀、价格合理的高性能材料是提高循环 流化床锅炉运行效率、降低工人劳动强度乃至提高电厂发电效率和效益至关重要的内容, 具有非常重要的意义。西安理工大学工租硕士学位论文通过对电厂锅炉运行的考察,对大量退役风帽状况的分析,了解到风帽报废的主

25、要原 因,无论是在正常温度区段还是高温区段都表现为严重烧烛和磨损。因此制作高温区段工 作的风帽,其材质一定要具备耐热材料通常所具备条件:(1)良好的高温表面稳定性,即 有良好的耐腐烛性;(2)有足够的高温强度,特别是攝变极限和持久强度;(3)高温状态 组织稳定,即高温下,不易脆化同时还要具有高温下抗混燃煤粉气流的磨损、抗渗碳、 在含S 气氛中耐烛。在风帽的制作和安装时,还需要一定的机械加工性和一定的加工性。 在综合分析奥氏体不诱钢和耐热钢、铁热体耐热钢、马氏体耐热钢的基础上,尤其是 对ZGCr2s 、ZGCr32、HD、HE 、HI 的剖析,对各合金元素在耐热钢中作用的分析,以及 对已用于风帽

26、的各类高温耐热钢中的化学成分的含量(它们分别可较好地用于1000。C温 度下工作的风帽)研制及所制风帽的使用情况的分析,明确了要以尽量少的合金组元、保 证一定量络、一定量碳及适当的铬碳比,获得以奥氏体为主的基体,就可得到使用于 120(rC的风帽材质。我们对大量退役风帽状况分析其报废原因,主要是在高温段表现为严重变形和磨损。 通过与现场工程技术人员座谈,风帽使用过程中,风帽所处的环境温度一般不会超过 lOOOC,但当其它事故原因炉膛处于压火停炉状态时,正在流化的燃料全部集于风帽之上, 这时风 帽所处的环境温度可能要 处于iicxrc到i20(rc 之间,因此课题的目标要将材料的 耐热温度提髙到

27、1200C,同时具有良好的防变形和抗磨性能a 根据课题要求与目的,我们的工作内容包括以下几个方面:(1) 根据各元素在钢中的作用机理,设计目标成分;(2) 依据期望的基体组织,确定培炼工艺;(3) 根据磨损的情况,设计合理的风帽结构;(4) 规范风帽的制成工艺。通过本次试验制备的新型耐热风帽,要达到以下预期效果:1) 高温表面稳定性,即具有良好的耐腐蚀性;2) 有足够的高温强度,特别是竊变极限和持久强度;3) 高温状态组织稳定,高温下不易脆化;4) 具有一定的机械加工性;5) 寿命达到2年至3年:6) 良好的经济性。在对现场实际情况大量分析的基础上,我们对风帽的耐热机理进行了理论上的分析, 提

28、出了研制新风帽的思路:要想获得耐热温度高于iiocrc、寿命达到6000小时的风帽, 金属材料的微观组织结构应该是以奥氏体为主,为了降低风帽的制造成本,应尽量降低贵 重金属镍的使用量,可以使用当前以戮代镍的新技术,通过对各类元素在耐热钢中的作用 主要研究内容及技术路线以及对微观结构的影响分析,确定合金元素的加入量,以确保获得良好的基体组织。通过 培炼试验,固化培炼工艺,同时根据钢种的不同制定合理的祷造工艺。材料成分和焰炼工艺是本课题的关键所在,也是研究的重点,课题可以从两种渠道寻 求优良的高温耐热钢:一条渠道采用传统Cr-N丨系高合金奥氏体钢,但这种办法生产成本较高;另一种渠道是加入稀土及多元

29、合金,通过调整基本元素的质量成分等综合措施,改 善晶界状态,强化基体,以获得高温耐热钢。该工艺可节省贵重的Cr-Ni合金,在大幅度 降低成本的基础上,提高风帽的使用寿命。本课题采用后一种渠道进行研究。西安理工大学工租硕士学位论文图2-1实验技术路线图 Fig2.1 The technology route of experiment2.2技术路线图实验内容及方法173实验内容及方法 3.1材料成分的设定煤泥锅炉一般床温9501050“C,稳定床压的石英砂不断沸腾,对风帽和埋管进行冲 击和磨损。由于煤中硫的存在使炉内气氛呈酸性,对风帽及埋管有一定的腐蚀作用。一般 煤奸石电站锅炉的床温略低于煤泥锅

30、炉,但炉内气体酸性成分髙。根据分析可知,风帽和 埋管护瓦应具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性和一定的高温强度。当温度低于60(rC 时 ,最早采用lCrl8Nil9Ti,但当温度在900lOOCTC时,最早大多采用的是Cr25Ni20Si2, 但由于镍的价格太高,成本难以控制,使用者也很难接受。课题研究的总体思路是降低 M元素的含量 ,提高Cr元素的含量,用其他 经济型的元素代替Ni元素,期望用该材料 制作的风帽其性能达到或优于Cr25Ni20Si2材料性能。根据分析,需要的是一种抗氧化、耐高温、具有耐磨和耐腐烛的材料,而同时又要尽 量降低贵金属合金材料的含量,从而在满足材料性能的条件下降低

31、成本。采用的方法是加 大材料成份中Cr、A1、Si的含量, 该材料在高温下表层可以 产生AI2O3、CrzOj、SiCh的 致密复合氧化层。一般情况下A I2O3、 Cr203、 Si02的氧化层 在高温下均有阻止材料继续 氧化的功能,但AI2O3和Cr203 氧化层对于减性或中性气分具有良好的抗氧化性,却不能 有效的阻止硫的腐烛;Si02氧化 层对酸性气分具有良好的抗蚀性。三种成分的复合氧化 层共同作用可以较好的解决煤泥、煤轩石锅炉酸性气分对风帽和埋管的腐烛和氧化。对于抗磨性的考虑,主要是在金属材料的溶炼过程中加入一种稀土复合元素,在金属 焰液中化合生成具有较高培点、细小的金属间化合物(培点

32、300(rC),即陶瓷。生成的这 种细小陶瓷颗粒,可以均匀的弥散在金属液中,当金属溶液结晶后,在金属材料的基体上均 勾的分布着,硬度非常高,可以有效的阻止沸腾的石英砂对基体的磨损,从而达到提髙风帽 和埋管寿命的目的。3.1.1铬含量的确定实验内容及方法18铬:铬主要用来提高钢的抗氧化性及耐腐烛性。铬在钢中可强化铁素体,其强化作用 随其含量而变化,2%时效果显 著,继续反而有害,直至12%以上时又有突变,所以12%Cr 的耐瑪钢具有相当的强度。在氧化性气氛中必须含有高于16%的铬,才会有较高的纯化 能力而获得较好的抗氧化性和耐腐蚀性。当铬提髙时,其抗氧化性能提高,但是也促成铁 素体的形成与稳定。

33、铬还是强的稳定碳化物元素,使碳化物不分解成石墨。铬有很强的吸 碳性,并形成铬碳化物。高铬钢中碳化物相的结构随含络量与Cr同C的比(Cr/C)的提 高而按:M3CMAM23C6的顺 序发展。络量太低(28.%, Cr/C10)则形成M23Q 形碳化物。碳化物的含量通常可按 下式进行计算:实验内容及方法19西安理工大学工租硕士学位论文碳化物 =12.33C+0.55Cr“ 丨 5,2%碳化物对合金的硬度、脆性有很大的影响,这是因为络碳化物都很硬、很脆:斜方晶系(FejCrsCj) 三角晶系M23C6 (FesCnsCft)立方晶系 HV1200因而,合适的碳、络含量,对形成的碳化物组成(如表3丨所

34、示)以及耐热钢的性 能都有很大的影响(如表3 2所示)。通常高络钢中可固溶13% n%Cr,形成碳化物可 能需要34%Cr 。 在耐蚀钢中,合金的含碳量 为0.30.4%时,含 铬量达到15.6%时,对各 种浓度的稍酸就已有足够的耐烛性。如果含络量过低则会产生贫铬区,而且在脱溶沉淀时 Cr23C6在y/a 界面上析出。不仅 使临近晶界有贫铬,还会致使晶界上碳化物颗粒之间也 有贫络现象。为了消除贫铬区,前人在如下成分中已得到稳定效果:0.20.3%C与1720 %CT; 切.35C与2023%Cr,同时证明了继续提高络量是无益的。在新钢种设计中拟增加 含碳量,以促进奥氏体及碳化物的生成,同时势必

35、造成碳的过饱和,易于产生脱溶沉淀; 而新钢种拟加入激,并用稀土合金处理,故又可减慢MaCs的脱溶沉淀,但新钢种拟定为 长期在高温下工作,所以M23C6 的沉淀必定产生的。一般 认为当含铬量超过28%时,碳 化物会急剧增加,而使钢种变脆,但要使钢在120(rC下有一定的抗氧化性,其含络量必 须高于m 。 故新材料拟含格量为3036%。表3_1 C、Cr含量与碳化物的组成 Tab3,l Content of carbon and chromium and constitution of carbonizationMtC (CrjC) HV840MtCJ HV18001%C 2%C 3%cCi% C

36、r/C Cr% Cr/C Cr% Cr/C碳化物5 5 6 3 9 3 MjC5-6 5-6 68 3-4 9-12 3-4 M3C+K7C36-12 6-12 8-18 4-9 12-24 4-8 M7C312-16 12-16 18-26 9-13 24-32 8-10 M7C3+M23C616 16 26 13 32 10.67 M23C6实验内容及方法表 32 AGI(ASTM)标准部分耐热钢的主要成分和特点 Tab3.1 Composition and characteristic of standard heat-resistant steelACI、 ASTM规格类似钢种 JIS

37、规 格主要成分 C-Cr-Ni 等特 点(U09C 卜 IM。 600TC抗氧化性良好,加M。可改善强度HASCH1 0.4C-13Cr2Si 700r抗氧化性良好。SCH2 0.4028Cr 110010抗氧化性良好。特别适用于高硫气氛。HCSCH-3 0.4C13Cr 70010抗载化性良好。HD SCH11 0.4C28Cr5Ni 为改进HC类型钢的强度加入Ni,在1000C 的高硫气氛下具有麻烛性。HE SCH17 0.4C28Cr10Ni 作为改善HC类型钢的强度和靭性的材料,与 HD同样是在1000“C耐蚀性好。HF SCH12 0.3C20Cr10Ni 属于奥氏体类型,适用于90

38、0*C以下要求强度 和耐蚀性的铸件。HH SCH13 0.4C2SCr12Ni 有两种类型:混于部分铁素体型和完全奥氏体 型。1100TC作耐热钢用途很广,HI SCH-18 0,4C28CrI6Ni Cr、 Ni含量比HH 髙,故改善了强度和抗氧化 性,使用温度1180TCHK 30 SCH21 0.3C25Cr20Ni 属于典型的奥氏体耐热钢,高温强度和抗氧化 性都高。UK40 SCH22 0.4C25Cr20Ni 使用温度115010,尤其是高强 度类型的HK40 广泛用于离心铸管。HL 0.4C30Cr20Ni 性能与HK类似,适用于高硫气氛,可是容易 引起5脆性。HN SCH 19 0.4C21Cr25Ni 高温强度好,没有8脆性,使用温度1150*C。HP 0.5026Cr-35Ni 高温强度好,抗渗碳性也好,性能超过HICHT SCH-15 0.5C15Cr35Ni 耐热冲击、抗渗碳性良好,适于制作IISOC以 下急冷急热的零件。HT30 SCH16 0.3C15Cr35NiHU 0.5C19Cr39Ni 性能与HT相当,耐烛性特别好。HW 0.5C12Cr-60Ni 耐渗碳性特别好,适于制作1150“C以下抗渗 碳、耐热疲劳的材料。HX 0.5C17Cr66Ni

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