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    不銹鋼連接體的研究進展

    2019-04-24   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港發回的報道:國內外生產廠家為制造出優質不銹鋼鑄件,主要采用電弧爐+精煉(AOD、VOD、LF等)的方式進行生產,其中采用AOD冶煉不銹鋼,已經成為不銹鋼精煉的主導技術。目前,國內外廠家在生產該系列不銹鋼材料時,在生產和后續加工過程中較易產生裂紋,在使用過程中偶爾也會出現裂紋。因此,要想提高該系列材料鑄件的質量,就必須通過提高冶煉鋼水內在質量來提升鑄件整體性能。
      
      東方電氣集團的技術人員針對公司不銹鋼冶煉原有工藝存在脫碳時間長、耗氧量大、熔池溫度高、高溫停留時間長等問題,通過工藝改進和AOD精煉爐使用,提高了鋼液質量。
      
      眾所周知,吹氧脫碳的關鍵在于控制鋼液中的氧與碳、鉻、硅、錳等元素的反應。依據鋼冶金原理、結合AOD的投入使用,技術人員對原不銹鋼冶煉的主要工藝參數進行了改進和優化。
      
      AOD法是利用氬、氧氣體對鋼液進行吹煉,以混合氣體的形式從爐底側面向熔池吹入。在吹煉過程中,由于CO分壓被氬氣稀釋而降低,這樣就大大有利于冶煉不銹鋼時的脫碳保鉻。在AOD精煉的還原階段,由于加入硅鐵和石灰石爐渣脫氧,同時又有氬氣的激烈攪拌,因此鋼液可以深度脫硫;AOD精煉期氬氣的激烈攪拌可促使鋼液中的氧化物分離、上浮,鋼水的清潔度提高,因此鋼液中的夾雜物含量少,幾乎不存在大顆粒夾雜,夾雜物的主要形態也由電爐法的錳硅酸鹽變為鈣硅酸鹽。
      
      此外,AOD法還可以在吹煉過程中脫除鋼中的鉛。有研究表明,不銹鋼中含有一定的鉛會影響其熱加工性能,而經過AOD吹煉,成品鋼中的ω(Pb)≤10×10-6以下,完全不會影響鋼的性能。
      
      通過工藝改進和AOD的使用,獲得了高質量的鋼水,采用Si-Ca、Si-Fe等復合脫氧,鋼水ω(O)降至80×10-6;選用活性石灰強化脫硫,使ω(S)降至0.015%以下,大幅度提高了鋼水清潔度,滿足了熔煉成分及各項理化指標的要求;鋼水中有害氣體成分和球狀氧化物夾雜(球狀氧化物評級不超過2.0)的含量大大降低;鋼水純凈度的提高,增強了鑄件基體抗裂紋的能力。
      
      中國鋼管信息港發回的報道:ZMG232L在工作環境中可形成致密的Cr2O3氧化層,因此在其擁有固有的良好導電性的同時,還具有突出的抗氧化性。雖然連接體的抗氧化性還可以通過形成Al2O3氧化層得到,但Al2O3在ZMG232L工作溫度下無導電性,因此在高溫下電阻較小的Cr2O3氧化層合金適宜于SOFC連接體金屬材料。
      
      隨著SOFC研發工作的不斷深入,對連接體金屬材料提出了更高的要求——進一步提高抗氧化性和降低金屬材料產生的Cr蒸發量以減輕對發電元件性能的影響。日立金屬公司以ZMG232L為基礎,通過添加合金元素和優化成分,實現了由尖晶石層和氧化鉻層組成的具有導電性的氧化膜薄膜化、致密化的合金設計,開發了抗氧化性、導電性提高約2倍的新合金ZMG232G10。
      
      以下對ZMG232G10的氧化層結構和合金設計作簡要介紹。
      
      當ZMG232L在氧化氣氛中進行熱處理后,工件表面形成雙層結構的氧化層,表層是(Mn,Cr)3O4氧化層,內層(基體)是Cr2O3氧化層。抗氧化能力取決于Cr2O3氧化層,但其含有的Cr元素的蒸發會導致發電元件性能惡化,雖然(Mn,Cr)3O4氧化層對Cr蒸發會產生一定的抑制作用,但(Mn,Cr)3O4的氧化速度過快使得保護效果有限。
      
      針對上述問題,在合金設計上采取了如下措施。
      
      1)提高抗氧化性:減少Mn含量,降低(Mn,Cr)3O4的氧化速度;
      
      2)抑制Cr的蒸發:添加Cu,Cu擴散到(Mn,Cr)3O4氧化層中,使(Mn,Cr)3O4氧化層致密化。
      
      由于采取了上述的成分設計措施,使ZMG232G10比ZMG232L具有更好的抗氧化性,減少了Cr的蒸發量。
      
      4、ZMG232G10與不銹鋼件的比較
      
      為實現SOFC商業化,必須降低各元件的生產成本。近年來對鐵素體不銹鋼在SOFC連接體中的應用問題進行了研究。以日立金屬公司開發的ZMG232G10連接體與不銹鋼件就抗氧化性進行性能比較,試驗采用10mm厚的試樣。由于板厚越薄,合金的抗氧化性越差,所以將不銹鋼用作SOFC連接體材料時,需要注意其厚度設計。而采用ZMG232G10作SOFC連接體材料時,可以使用比普通不銹鋼更薄的材料。
      
      中國鋼管信息港發回的報道:氧化增量隨時間變化越小,表示抗氧化性越好,如ZMG232G10抗氧化性明顯優于SUS430。通常情況下,生成氧化層的合金氧化增量隨時間的增長按拋物線規則增加,但SUS430氧化增量在氧化處理初期隨時間的增長急劇增加。在氧化時間為2500h之前,SUS444氧化增量變化趨勢與ZMG232G10基本一致,但超出之后,SUS444氧化增量迅速減少,這是由于其具有抗氧化性的氧化層發生剝落的結果。上述對比說明,與ZMG232G10相比,SUS430、SUS444的抗氧化性都較差。
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