Co對(duì)新型奧氏體耐磨板耐磨性能的影響

  目前各國(guó)都在積極研究和開發(fā)超超臨界耐熱鋼,2007年美國(guó)開發(fā)出一種可以自發(fā)形成Al2O3保護(hù)膜的奧氏體耐磨板,其以Al2O3為保護(hù)層,能夠承受650~900℃的高溫,同時(shí)成本比Ni基高溫合金低。隨后,2010年國(guó)內(nèi)成功地在傳統(tǒng)奧氏體耐磨板NF709的基礎(chǔ)成分上通過(guò)成分優(yōu)化,開發(fā)出另外一種AFA耐磨板,該鋼在800℃含水蒸汽的條件下能夠生成連續(xù)致密的Al2O3保護(hù)層。

  發(fā)電和艦船工業(yè)中使用的燃?xì)廨啓C(jī)在其高溫工作過(guò)程中,含硫燃料燃燒和海洋含鹽的環(huán)境會(huì)在其葉片上沉積硫酸鹽,氧和其他腐蝕性氣體同時(shí)作用從而導(dǎo)致葉片加速腐蝕,發(fā)生磨損現(xiàn)象。為了使AFA耐腐蝕耐磨板能夠更廣泛應(yīng)用,研究其耐磨性能和機(jī)理顯得尤為必要,目前關(guān)于這方面的研究較少。新型AFA耐磨板與鎳基K417高溫合金、316L耐磨板相比,具有優(yōu)良的抗硫酸鈉熔鹽耐磨性能。限制S元素在合金內(nèi)的擴(kuò)散有益于提高合金抗耐磨性能。在1273K條件下S在Co內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)只有S在Ni內(nèi)的一半,說(shuō)明Co對(duì)合金的抗耐磨性能是有益的。因此,為了更好地提高新型AFA耐磨板的抗耐磨性能,有必要研究合金元素Co對(duì)其抗耐磨性能的影響。

  某研究機(jī)構(gòu)選用新型AFA耐磨板,其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為Ni25.00,Cr18.00,Al3.00,Mo1.50,Nb1.50,Si0.15,C0.08,B0.01,P0.04,Hf0.15,Y0.01,F(xiàn)e50.56。

  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(diǎn)、密度、熱膨脹率等物理性能參數(shù)相差較大,在熔煉過(guò)程中需先熔煉預(yù)合金:1)將熔點(diǎn)較高的Mo、Nb、C、B以及一部分Ni、Fe放在一個(gè)坩堝中;2)熔點(diǎn)較低的Al、Si及Cr、Co、Fe-P及另一部分Ni、Fe放在另一個(gè)坩堝中,由于Al的沸點(diǎn)較低,熔煉時(shí)應(yīng)防止過(guò)熱以免Al的燒損。以上預(yù)合金各熔煉4次,之后合成一個(gè)合金熔煉10次。將合金熔煉好后鑄造成型,經(jīng)熱處理、切割加工成試樣后進(jìn)行耐磨試驗(yàn),結(jié)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鈉熔鹽耐磨性能。
  (2)Co元素可以增加氧化膜中Cr的相對(duì)含量,促進(jìn)合金生成連續(xù)的保護(hù)性氧化膜,同時(shí)可以增強(qiáng)氧化膜的黏附性和致密性,推遲氧化膜的破裂時(shí)間,延長(zhǎng)耐磨孕育期。
  (3)Co元素也可以有效延緩S元素在AFA耐磨板中的擴(kuò)散,降低耐磨過(guò)程中的硫化-氧化速度,從而提高合金的抗耐磨性能。