熱浸鍍鋁鋼抗高溫氧化腐蝕性能研究.pdf

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1、32化工機(jī)械2012年熱浸鍍鋁鋼抗高溫氧化腐蝕性能研究吳笛‘(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系)摘要在實(shí)驗(yàn)室條件下通過(guò)900℃、100h的不連續(xù)氧化增重試驗(yàn)研究了熱浸鍍鋁鋼的抗高溫氧化腐蝕性能。結(jié)果表明，熱浸鍍鋁鋼單位面積氧化增重量為普通碳鋼的I“。其中浸鍍層由表面的氧化膜、母體和擴(kuò)散區(qū)組成，氧化膜具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能。關(guān)鍵詞熱浸鍍鋁鋼鍍層抗氧化性中圖分類(lèi)號(hào)TQ050．4+l文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0254—6094(2012)0l_0032J04熱浸鍍鋁鋼表面光潔，具有耐腐蝕(可耐H：S、Na：s等強(qiáng)腐蝕劑的腐蝕)、抗高溫氧化、耐磨及對(duì)光和熱的反射等特性。因此，被看作一種集綜

2、合性能和特殊性能于一體的復(fù)合金屬材料。由于其具有抗高溫氧化的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)，特別是石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如熱處理設(shè)備中的耐熱元件、熱交換元件；鍋爐中的耐熱抗蝕元件；化工反應(yīng)器管道、換熱器管、在705℃高溫下使用的抗SO：腐蝕的生產(chǎn)硫酸的轉(zhuǎn)換器；化工和鍋爐管道通用緊固件，煉油廠(chǎng)、工業(yè)爐用緊固螺栓、銷(xiāo)子等。筆者主要研究Q235低碳鋼優(yōu)化工藝參數(shù)熱浸鍍鋁后的高溫、長(zhǎng)時(shí)間(100h)抗氧化性能，并對(duì)鍍層在抗氧化過(guò)程中的作用及熱浸鍍鋁鋼抗高溫氧化機(jī)理進(jìn)行了探討。1試驗(yàn)1．1試樣與試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)用Q235鋼最優(yōu)化工藝參數(shù)(770℃、13min)?浸鍍鋁試樣與同尺寸的未浸鍍?cè)嚇?原材)進(jìn)

3、行相同條件的高溫氧化腐蝕試驗(yàn)對(duì)比。選擇熱浸鍍鋁試樣時(shí)，要求鍍面質(zhì)量好，表面無(wú)氣孔、疏松及裂紋等缺陷。所有試樣經(jīng)精確測(cè)量尺寸后，用酒精和丙酮擦洗表面的油污，放入150℃的烤箱內(nèi)保溫2h，然后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱(chēng)重待用。為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)中所用的坩堝需在高溫下(1000℃)進(jìn)行焙燒以除去其中的水分和雜質(zhì)。要求坩堝在同一溫度下燒3次，每次都必須用分析天平測(cè)量，直到測(cè)量結(jié)果達(dá)到恒重為止(先后兩次稱(chēng)重相差不超過(guò)0．1mg)，然后放入干燥器內(nèi)待用。試驗(yàn)用加熱爐為RJx-8-13電阻加熱爐，裝有調(diào)溫裝置，爐內(nèi)保證有足夠的氣流，爐溫及試驗(yàn)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)溫度波動(dòng)范圍為±5℃。1．2

4、試驗(yàn)溫度及保溫時(shí)間筆者確定的高溫氧化試驗(yàn)溫度為900℃，在這一溫度下，進(jìn)行相同材料、不同狀態(tài)試樣的對(duì)比試驗(yàn)。根據(jù)YB48．64規(guī)定，將浸鍍件和未浸鍍件兩種試樣用坩堝盛裝，放入RJx-8—13型箱式電阻爐中進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)，為了減小試驗(yàn)誤差，每種試樣放置3個(gè)，每個(gè)試樣單獨(dú)放置在坩堝內(nèi)。氧化溫度900℃，氧化時(shí)間分別為22、47、73、100h。到時(shí)間后，取出試樣，空冷一段時(shí)間，用分析天平采用不連續(xù)稱(chēng)重法稱(chēng)重，同時(shí)將浸鍍件和未浸鍍件進(jìn)行比較，計(jì)算各自單位面積、單位時(shí)間的氧化增重量K，并求每種試樣K值的平均值。1．3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表l為優(yōu)化工藝參數(shù)熱浸鍍鋁試樣和原始試樣在22、47、

5、73、100h的氧化增重量及K值的對(duì)比·吳笛，男，1978年2月生，講師。甘肅省蘭州市，730060。第39卷第l期化工機(jī)械33數(shù)據(jù)，其中編號(hào)01、02、03的試樣為未浸鍍鋁試樣．編號(hào)21、22、23的試樣為按照優(yōu)化工藝參數(shù)浸鍍的試樣。表1不同時(shí)問(wèn)兩種試樣K值的對(duì)比×lO。g／(cm2·h)由表1可知，經(jīng)過(guò)100h高溫氧化腐蝕，未浸鍍?cè)嚇訂挝幻娣e平均氧化增重量為1．577×lo。7g／(cm2“)，優(yōu)化工藝參數(shù)浸鍍鋁試樣單位面積平均氧化增重量為4．453×lO“∥(cm2·h)，優(yōu)化參數(shù)后試樣的單位面積氧化增重量約為未縵鍍?cè)嚇拥?／4。圖l為未浸鍍?cè)嚇优c浸鍍?cè)嚇觴值對(duì)比曲線(xiàn)，

6、由圖1可以看出，未浸鍍?cè)嚇虞^浸鍍?cè)嚇又弥底兓黠@，浸鍍?cè)嚇訂挝粫r(shí)間、單位面積的氧化增重量明顯低于未浸鍍?cè)嚇樱M(jìn)一步分析可以看出，未浸鍍?cè)嚇拥腒值變化曲線(xiàn)從氧化開(kāi)始基本保持了比較均勻的氧化增重趨勢(shì)，而浸鍍?cè)嚇釉谘趸跗谧兓^大，后期曲線(xiàn)變化較小，趨于平穩(wěn)，說(shuō)明浸鍍?cè)嚇友趸跗谘趸俾史浅４?，屬于氧化反?yīng)的活躍期。上o2X■蚓磬圍1未浸鍍?cè)嚇优c漫鍍?cè)嚇觴值對(duì)比圖2為未浸鍍?cè)嚇优c浸鍍?cè)嚇咏^對(duì)氧化增重量對(duì)比曲線(xiàn)，可以看出未浸鍍?cè)嚇咏^對(duì)增重量持續(xù)增加，趨勢(shì)明顯；而浸鍍?cè)嚇釉谘趸跗谧兓黠@，20h后變得比較平緩，同樣說(shuō)明浸鍍?cè)嚇釉谘趸跗诘难趸俾瘦^大，而中后期則較小，與上面的分析基本

7、一致，說(shuō)明高溫氧化的初期在整個(gè)氧化過(guò)程中起著極其重要的作用。掣刪唧磬芑耳智鼎圖2未浸鍍?cè)嚇优c浸鍍?cè)嚇咏^對(duì)氧化增重量對(duì)比由圖2可見(jiàn)，氧化初期的氧化速度較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化速度逐漸減慢，這是由金屬的氧化機(jī)制所決定。金屬的氧化機(jī)制十分復(fù)雜，可分為兩大階段，首先金屬氧化膜不能完全覆蓋金屬表面，金屬氧化動(dòng)力學(xué)的控制環(huán)節(jié)為金屬與氣體的界面反應(yīng)，這種反應(yīng)速率較快，使得氧化初期的氧化增重變化較快；接著由于金屬氧化膜具有將金屬與氣體介質(zhì)隔離的阻擋層作用，氧化膜長(zhǎng)大需要反應(yīng)物質(zhì)，經(jīng)由氧化膜擴(kuò)散傳質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，AI和O：在