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保护膜的奥氏体耐磨板,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耐磨板nf709的基础成分上通过成分优化,开发出另外一种afa耐磨板,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,发生磨损现象。为了使afa耐腐蚀凯发体育官网-凯发体育入口能够更广泛应用,研究其耐磨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耐磨板与镍基k417高温合金、316l耐磨板相比,具有优良的抗硫酸钠熔盐耐磨性能。限制s元素在合金内的扩散有益于提高合金抗耐磨性能。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对合金的抗耐磨性能是有益的。因此,为了更好地提高新型afa耐磨板的抗耐磨性能,有必要研究合金元素co对其抗耐磨性能的影响。
某研究机构选用新型afa耐磨板,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耐磨试验,结果表明:
(1)在新型afa耐磨板中添加co元素,能在一定程度上改善其抗硫酸钠熔盐耐磨性能。
(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,延长耐磨孕育期。
(3)co元素也可以有效延缓s元素在afa耐磨板中的扩散,降低耐磨过程中的硫化-氧化速度,从而提高合金的抗耐磨性能。