Co对新型奥氏体耐磨板耐磨性能的影响

  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耐腐蚀耐磨板能够更广泛应用,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。