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船舶排气歧管00Cr19NbTi不锈钢的成分设计及其组织与性能

发布人:上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间:2016-01-12
研究了稀土元素对排气歧管不锈钢在连续氧化环境下的高温氧化性能,并探讨了其作用机理,研究结果可为抗高温氧化性能的排气歧管不锈钢的开发提供必要的参考。

 随着近年来船舶工业的快速发展,中国船舶业在全球市场上所占的比重正在逐年上升,中国已经成为全球重要的造船中心,而国际制造业的产业转移是中国船舶制造业发展面临的最大机遇,但是设计能力落后、配套产业发展滞后是制约行业发展的主要瓶颈。其中,船舶排气系统高温端由于性能升级的需要在服役过程中将会经受1050℃的高温考验,出现高温氧化腐蚀现象,这就要求排气歧管用不锈钢具有高温抗氧化的功能。本工作研究了稀土元素对排气歧管不锈钢在连续氧化环境下的高温氧化性能,并探讨了其作用机理,研究结果可为抗高温氧化性能的排气歧管不锈钢的开发提供必要的参考。

以Nb、Ti双稳定不锈钢00Cr19NbTi为基础,通过添加稀土元素Ce的方法制备了Ce微合金化排气歧管热端用不锈钢,具体化学成分采用等离子发射光谱法测得,见表1。
表1  试验用钢的化学成分(质量分数,%)
序号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Nb
Ti
N
Ce
0.010
0.32
0.35
0.008
0.004
18.14
0.27
0.16
0.006
-
0.009
0.34
0.32
0.007
0.003
18.19
0.27
0.15
0.006
0.06
0.010
0.33
0.33
0.008
0.004
18.19
0.28
0.14
0.003
0.10
 
船舶排气歧管用钢采用300kg真空熔炼炉进行冶炼,浇铸温度为1540℃,铸锭经过切头、去尾后锻造成500mm×200mm×60mm扁坯(锻造加热温度为1080℃,始锻温度1040℃,终锻温度840℃,空冷),随后进行热轧和退火热处理,热轧加热温度为1100℃,保温1h后轧制成4.5mm热轧板,热轧退火温度为1020℃,保温10min。
金相试样经过打磨和机械抛光后,在LIM-2000金相图像分析仪上进行金相观察;在JSM-6010型扫描电镜下观察排气歧管不锈钢的表面和截面形貌;X射线衍射图谱分析采用D8 ADVANCE衍射仪进行观察;采用Leco GDS 850A型辉光光谱仪进行氧化膜层元素深度分布的定量测定。结果表明:
(1)在排气歧管用不锈钢中加入稀土元素Ce可以起到晶粒细化的作用,且晶粒尺寸随着Ce元素含量的增加而减小。
(2)稀土Ce的添加可以促进合金元素Cr和Mn在不锈钢表面聚集形成平整、致密的氧化膜层,且稀土Ce含量的增加提高了氧化膜层的平整度,这些富含Cr和Mn的氧化物层可以有效抑制高温氧化反应的发生。
 (3)稀土Ce微合金化的不锈钢在980℃高温不同氧化时间下的氧化物层的物相稳定性表明稀土Ce的添加提高了不锈钢的抗氧化性能,而未添加Ce的不锈钢中存在一定含量的Fe的氧化物表明其抗氧化性能较差。

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