高溫?zé)峤粨Q器用耐熱不銹鋼板“nar—ah-7”的開發(fā)

1、太 鋼譯 文 · 3 3·高溫?zé)峤粨Q器用耐熱不銹鋼板 “ N A R — A H 一 7 ” 的開發(fā) 張志仁 譯 王 中倫 校 1緒 言 從 解決地球 溫室化采 取 C O減 排和能 量穩(wěn)定供給的觀點(diǎn)來看 ， 盛行新能源技術(shù) 和 節(jié)能技術(shù)的研究。其中天然氣為燃料的中小 型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料 電池 以及它們的復(fù)合系統(tǒng) 就是其 中的一個(gè) ， 它是高效率化和熱電并給 提高綜合效率 的研究。有效利用排熱是高效 率化技術(shù)之一 ，

2、 尤其是通過燃燒 的空氣和燃 料與燃燒排氣進(jìn)行 熱交換進(jìn)行 預(yù)熱是一項(xiàng) 重要技術(shù)。但是都使在 8 0 0 ~ C 以上 的燃燒排 氣 的高溫?zé)峤粨Q 器用材料 由于以下三個(gè)原 因 ： ( 1 )在天然氣 的燃燒氣 中含有大量 的水 蒸 氣 ， 材料氧化 比在大氣中快 ； ( 2 ) 因是薄板 結(jié)構(gòu)會 出現(xiàn)燒損這一高溫氧化問題 ， 特別是 做為 分散 型 電源使用 時(shí)這種 現(xiàn) 象將 加劇 ；( 3 ) 由于 D S S ( 運(yùn)行 和停止 )

3、 方式的頻繁加熱 一 冷卻加 速 了材料 表面形 成氧化鐵 皮 的剝 離。所以過去使用 的耐熱不銹鋼板不能適應(yīng) 如此嚴(yán)酷 的環(huán)境 ， 在通常高溫氣體氣霧下材 料被氧化 。由于表 面都被氧化鐵覆蓋 ， 所 以燒損是材料板厚總體被氧化 的現(xiàn)象 ( 圖 1 ) 。這樣 的加速氧化行 為不僅材料的壽命短 ， 而 且 大大地?fù)p害了設(shè)備的安全性 。下面介紹筆 者們這次開發(fā)的可在高溫?zé)峤粨Q器使用 的耐 圖 1在 0 ． 1 m m厚的 S U S 3

4、 1 0 S 鋼板上看見的 燒損 ( 3 ％0 2 — 9 ％C 0 2 - 1 6 ％H 2 0 一 N2中 1 0 0 0 ％ ×5 0 0 h加熱 )熱不銹鋼板 的概要。2 以往的技術(shù) 毗 輜 黑 燒損是在薄鋼板上發(fā)生的一種獨(dú)特的現(xiàn) 象 。如圖 2 所示 ， 材料經(jīng)高溫加熱會在表面 形成氧化鐵 。對含 c r 的不銹鋼來說 ， 主體氧 化物主要是鋼 中 c r 向外 擴(kuò)散 與氧結(jié)合生成 的 C r 2 0 ， ，緊接

5、氧化鐵皮下方有相 當(dāng)?shù)?c r 量 因形成氧化物而被消耗 ， 使該處 的 c r 濃度 降 低形成 了貧 C r 層 。當(dāng)板厚足夠厚時(shí) ， 母材可 能維持 c r 的供給( 圖 2 左 ) 。當(dāng)薄板材時(shí) ， 母 材供給的 c r 量受到了限制 ， 若長時(shí)問使用會 太鋼譯 文 · 3 5·。 E1 5E1 0^ 刪 粵 輯 50皮 L 7 面 8 0 09 0 01 0 0 0試 驗(yàn)溫度，T ／ ℃圖 3

6、開發(fā)鋼和以往鋼氧化 比較 ， C在 3 ％0一 9 ％C 0 2 - 1 6 ％ H 2 0 一 N 2 中 ， 各溫度 5 0 0 h 試驗(yàn) 圖 4用“ I n — s i r e” A E法對 冷卻 時(shí)氧化鐵剝離 的測定 ( 在氣中 ， 9 0 0 ％ × 2 0 h 加熱后爐冷 )在 板 厚 為 0 ． 2 m m 的情 況 下 有望 被 用 于 約 9 5 0 ％的環(huán)境。圖 4 所示為對抑制 氧化鐵成 長速度 同時(shí)所產(chǎn)

7、生的氧化鐵剝離行為的評價(jià) 結(jié)果。聲學(xué)發(fā)射( A E ) 是用“ I n - s i t u ” 檢測 出材 料局部變化所產(chǎn)生的彈性波 的方法。可 以微 觀觀測氧化鐵 的剝離的發(fā)生 。對加 R E和不 加 R E的鋼在 9 0 0 o C ， 2 0 h 氧化后 的冷卻過程 進(jìn)行 了測定 。未 加 R E鋼 冷卻 溫度 的差從 3 0 0 ℃( 相當(dāng) 6 0 0 c I 二 )以上 ， A E所測彈性波數(shù) 急劇增加 ， 而加 R E鋼 的

8、彈性波數(shù)小 ， 說 明已有效地抑制 了剝離發(fā)生 。因?yàn)殚_發(fā)鋼是在 8 0 0 — 1 0 0 0o C 的高溫下 使用 ， 不僅上 述特性很重要 ， 而且 高溫蠕變 強(qiáng)度 、 高溫疲勞強(qiáng)度 以及加熱過程的組織穩(wěn) 籟 鯔 壬 驀 差甲口 圖 5用現(xiàn)場拉曼光譜測定的 C r 2 0 ， 氧化鐵皮中 的成 長應(yīng)力 盯( 大氣 中 9 0 0 ％~ I 熱 )定性和焊接性也很重要。S U S 3 1 0 S 的高溫強(qiáng) 度并不能充分滿足 ，

9、 當(dāng)薄壁設(shè)計(jì)時(shí)在高溫使 用時(shí)易發(fā)生變形。因此 ，本開發(fā)鋼使用了 N和 N b以提高高溫強(qiáng)度。N除了固溶強(qiáng)化提 高高溫強(qiáng)度外 ，部分 N與 N b 、 C r 結(jié)合成 了 N b C r N ， 在鋼中呈彌散分布。 這種氮化物有助 于析出強(qiáng)化 ， 特別是在進(jìn)行高強(qiáng)加熱過程中 組織穩(wěn)定性和焊接性 的冶金設(shè)計(jì) 時(shí) ， 成分要 最佳化。4R E元素對氧化鐵成長的作用機(jī)理 R E元素使 C r 2 0 。 氧化鐵成 長進(jìn)度減 慢 的原 因認(rèn) 為是

10、 由于在氧化物 粒界附近形 成 了結(jié) 晶構(gòu)造的不均勻場。為了使該機(jī)理更加 明確 ， 采用拉曼光譜法測定了在高溫加熱時(shí) 在氧化鐵 中產(chǎn)生的應(yīng)力。圖 5是對加 R E鋼 和不加 R E鋼在大氣下 9 0 0 ％~ I 熱時(shí) ，現(xiàn)場 光譜 的測定結(jié)果 ?？v軸表示 由拉曼光譜測定 的 C r 2 0 。 峰值 中心波數(shù) 的變化及換算 的應(yīng)力 ( 右軸 ) 。一般不銹鋼上的氧化鐵在成長的同時(shí)會在壓縮方向產(chǎn)生應(yīng)力 。 測定表明， 2 4 h 加 熱