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    不锈钢连接体的研究进展

    2019-04-24   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港发回的报道:国内外生产厂家为制造出优质不锈钢铸件,主要采用电弧炉+精炼(AOD、VOD、LF等)的方式进行生产,其中采用AOD冶炼不锈钢,已经成为不锈钢精炼的主导技术。目前,国内外厂家在生产该系列不锈钢材料时,在生产和后续加工过程中较易产生裂纹,在使用过程中偶尔也会出现裂纹。因此,要想提高该系列材料铸件的质量,就必须通过提高冶炼钢水内在质量来提升铸件整体性能。
      
      东方电气集团的技术人员针对公司不锈钢冶炼原有工艺存在脱碳时间长、耗氧量大、熔池温度高、高温停留时间长等问题,通过工艺改进和AOD精炼炉使用,提高了钢液质量。
      
      众所周知,吹氧脱碳的关键在于控制钢液中的氧与碳、铬、硅、锰等元素的反应。依据钢冶金原理、结合AOD的投入使用,技术人员对原不锈钢冶炼的主要工艺参数进行了改进和优化。
      
      AOD法是利用氩、氧气体对钢液进行吹炼,以混合气体的形式从炉底侧面向熔池吹入。在吹炼过程中,由于CO分压被氩气稀释而降低,这样就大大有利于冶炼不锈钢时的脱碳保铬。在AOD精炼的还原阶段,由于加入硅铁和石灰石炉渣脱氧,同时又有氩气的激烈搅拌,因此钢液可以深度脱硫;AOD精炼期氩气的激烈搅拌可促使钢液中的氧化物分离、上浮,钢水的清洁度提高,因此钢液中的夹杂物含量少,几乎不存在大颗粒夹杂,夹杂物的主要形态也由电炉法的锰硅酸盐变为钙硅酸盐。
      
      此外,AOD法还可以在吹炼过程中脱除钢中的铅。有研究表明,不锈钢中含有一定的铅会影响其热加工性能,而经过AOD吹炼,成品钢中的ω(Pb)≤10×10-6以下,完全不会影响钢的性能。
      
      通过工艺改进和AOD的使用,获得了高质量的钢水,采用Si-Ca、Si-Fe等复合脱氧,钢水ω(O)降至80×10-6;选用活性石灰强化脱硫,使ω(S)降至0.015%以下,大幅度提高了钢水清洁度,满足了熔炼成分及各项理化指标的要求;钢水中有害气体成分和球状氧化物夹杂(球状氧化物评级不超过2.0)的含量大大降低;钢水纯净度的提高,增强了铸件基体抗裂纹的能力。
      
      中国钢管信息港发回的报道:ZMG232L在工作环境中可形成致密的Cr2O3氧化层,因此在其拥有固有的良好导电性的同时,还具有突出的抗氧化性。虽然连接体的抗氧化性还可以通过形成Al2O3氧化层得到,但Al2O3在ZMG232L工作温度下无导电性,因此在高温下电阻较小的Cr2O3氧化层合金适宜于SOFC连接体金属材料。
      
      随着SOFC研发工作的不断深入,对连接体金属材料提出了更高的要求——进一步提高抗氧化性和降低金属材料产生的Cr蒸发量以减轻对发电元件性能的影响。日立金属公司以ZMG232L为基础,通过添加合金元素和优化成分,实现了由尖晶石层和氧化铬层组成的具有导电性的氧化膜薄膜化、致密化的合金设计,开发了抗氧化性、导电性提高约2倍的新合金ZMG232G10。
      
      以下对ZMG232G10的氧化层结构和合金设计作简要介绍。
      
      当ZMG232L在氧化气氛中进行热处理后,工件表面形成双层结构的氧化层,表层是(Mn,Cr)3O4氧化层,内层(基体)是Cr2O3氧化层。抗氧化能力取决于Cr2O3氧化层,但其含有的Cr元素的蒸发会导致发电元件性能恶化,虽然(Mn,Cr)3O4氧化层对Cr蒸发会产生一定的抑制作用,但(Mn,Cr)3O4的氧化速度过快使得保护效果有限。
      
      针对上述问题,在合金设计上采取了如下措施。
      
      1)提高抗氧化性:减少Mn含量,降低(Mn,Cr)3O4的氧化速度;
      
      2)抑制Cr的蒸发:添加Cu,Cu扩散到(Mn,Cr)3O4氧化层中,使(Mn,Cr)3O4氧化层致密化。
      
      由于采取了上述的成分设计措施,使ZMG232G10比ZMG232L具有更好的抗氧化性,减少了Cr的蒸发量。
      
      4、ZMG232G10与不锈钢件的比较
      
      为实现SOFC商业化,必须降低各元件的生产成本。近年来对铁素体不锈钢在SOFC连接体中的应用问题进行了研究。以日立金属公司开发的ZMG232G10连接体与不锈钢件就抗氧化性进行性能比较,试验采用10mm厚的试样。由于板厚越薄,合金的抗氧化性越差,所以将不锈钢用作SOFC连接体材料时,需要注意其厚度设计。而采用ZMG232G10作SOFC连接体材料时,可以使用比普通不锈钢更薄的材料。
      
      中国钢管信息港发回的报道:氧化增量随时间变化越小,表示抗氧化性越好,如ZMG232G10抗氧化性明显优于SUS430。通常情况下,生成氧化层的合金氧化增量随时间的增长按抛物线规则增加,但SUS430氧化增量在氧化处理初期随时间的增长急剧增加。在氧化时间为2500h之前,SUS444氧化增量变化趋势与ZMG232G10基本一致,但超出之后,SUS444氧化增量迅速减少,这是由于其具有抗氧化性的氧化层发生剥落的结果。上述对比说明,与ZMG232G10相比,SUS430、SUS444的抗氧化性都较差。
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