Co對新型奧氏體不銹鋼熱腐蝕性能的影響

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

發(fā)電和艦船工業(yè)中使用的燃氣輪機在其高溫工作過程中，含硫燃料燃燒和海洋含鹽的環(huán)境會在其葉片上沉積硫酸鹽，氧和其他腐蝕性氣體同時作用從而導(dǎo)致葉片加速腐蝕，發(fā)生熱腐蝕現(xiàn)象。為了使AFA耐熱不銹鋼能夠更廣泛應(yīng)用，研究其熱腐蝕性能和機理顯得尤為必要，目前關(guān)于這方面的研究較少。新型AFA不銹鋼與鎳基K417高溫合金、316L不銹鋼相比，具有優(yōu)良的抗硫酸鈉熔鹽熱腐蝕性能。限制S元素在合金內(nèi)的擴散有益于提高合金抗熱腐蝕性能。在1273K條件下S在Co內(nèi)的擴散系數(shù)只有S在Ni內(nèi)的一半，說明Co對合金的抗熱腐蝕性能是有益的。因此，為了更好地提高新型AFA不銹鋼的抗熱腐蝕性能，有必要研究合金元素Co對其抗熱腐蝕性能的影響。

某研究機構(gòu)選用新型AFA不銹鋼，其化學(xué)成分（質(zhì)量分數(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、密度、熱膨脹率等物理性能參數(shù)相差較大，在熔煉過程中需先熔煉預(yù)合金：1）將熔點較高的Mo、Nb、C、B以及一部分Ni、Fe放在一個坩堝中；2）熔點較低的Al、Si及Cr、Co、Fe-P及另一部分Ni、Fe放在另一個坩堝中，由于Al的沸點較低，熔煉時應(yīng)防止過熱以免Al的燒損。以上預(yù)合金各熔煉4次，之后合成一個合金熔煉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行熱腐蝕試驗，結(jié)果表明：

（1）在新型AFA不銹鋼中添加Co元素，能在一定程度上改善其抗硫酸鈉熔鹽熱腐蝕性能。

（2）Co元素可以增加氧化膜中Cr的相對含量，促進合金生成連續(xù)的保護性氧化膜，同時可以增強氧化膜的黏附性和致密性，推遲氧化膜的破裂時間，延長熱腐蝕孕育期。

（3）Co元素也可以有效延緩S元素在AFA不銹鋼中的擴散，降低熱腐蝕過程中的硫化-氧化速度，從而提高合金的抗熱腐蝕性能。