抗磨耐热钢组织和性能的研究

论文摘要

随着循环流化床锅炉在我国的广泛应用,其高温工况条件下工件的腐蚀磨损问题表现越来越突出,成为亟待解决的问题。在这种高温氧化性气氛及磨料磨损的工况下工作的抗磨耐热钢件,不仅要求材质具有高的高温强度和一定的耐磨性,还要有良好的抗氧化性,才能满足其使用性能的要求。本文根据循环流化床热抗磨耐热钢件的工况条件,采用正交试验法合理设计了10组抗磨耐磨钢成分,它们的C、Cr、Ni、Si、Mn、N、Re、S和P含量基本相同,Ti和W含量不同。运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜等现代分析手段研究材料的微观结构,并进行抗高温氧化性、硬度、高温磨损等性能测试。试验结果如下:抗磨耐热钢铸态的组织为奥氏体+少量铁素体+碳化物,退火后基体中的少量铁素体消失,Cr7C3碳化物转化成了Cr23C6碳化物,且组织明显细化和均匀化。Cr23C6和Cr7C3碳化物分布在晶界上,能有效地阻碍晶界滑移,MC型碳化物弥散分布在晶内和晶界上,提高了钢的强度。抗磨耐热钢在900℃下完全抗氧化,在1100℃下抗氧化,表面形成了保护性氧化膜,提高了材料在高温工况下的使用寿命;而1Cr18Ni9在900℃和1100℃下都是弱抗氧化的,表面没有形成保护性氧化膜,抗磨耐热钢的抗氧化性能明显优于1Cr18Ni9的抗氧化性能。抗磨耐热钢在900℃下氧化后,氧化膜主要有Cr2O3、尖晶石结构（FeCr2O4,NiCr2O4）及少量的Fe2O3和Fe3O4;在1100℃下氧化后,氧化膜主要有Cr2O3、尖晶石结构（FeCr2O4,NiCr2O4）和Fe3O4。随着Ti,W元素含量的增加,抗磨耐热钢的硬度和耐磨性明显增加,这是因为Ti、W与C结合形成一定数量性能稳定的TiC和WC硬质点,尤其TiC,提高了抗磨耐热钢的硬度和耐磨性,故在抗磨耐热钢中加入适量的Ti元素具有较大的意义。用抗磨耐热钢材质试生产的循环流化床热电偶保护套管和风帽等产品在山东华聚能源公司各个电厂获得良好的应用效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 耐热钢的分类
• 1.2 抗磨耐热钢的应用
• 1.3 抗磨耐热钢的发展
• 1.4 抗磨耐热钢的研究进展
• 1.5 抗磨耐热钢的发展趋势
• 1.6 技术路线
• 2 实验材料和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 3 显微组织观察及分析
• 3.1 组织形貌分析
• 3.2 相组成分析
• 4 高温抗氧化性实验结果与分析
• 4.1 金属的高温氧化原理
• 4.2 高温抗氧化性实验结果
• 4.3 氧化动力学分析
• 4.4 氧化膜物相分析
• 4.5 抗氧化性实验后基体的显微组织
• 4.6 抗氧化性实验后基体的X衍射分析
• 5 硬度和耐磨性实验结果及分析
• 5.1 硬度实验
• 5.2 耐磨性实验
• 6 抗磨耐热钢的工业应用
• 7 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文