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高耐蚀不锈钢QSX5的开发
发表时间:[2007-11-01]  作者:  编辑录入:admin  点击数:1848
 
  近年,为了从根本上解决垃圾处理问题,利用垃圾燃烧发电这种兼顾能源和环境的方法已发展成为一种有力措施。然而,垃圾燃烧废气中的氯化氢(即HCl)气体和烟尘中的氯化系共晶化合物等会快速腐蚀锅炉过热器 (BoilerSuperHeader简称SH),如过去日本的垃圾处理厂就因此发生过锅炉的350℃ SH爆裂事故,从而被迫将蒸汽温度限制在 300℃以下。
  为了提高发电效率,日本山阳特钢公司开发了蒸汽温度400-450℃级的高耐蚀性锅炉SH用新型不锈钢QSX5,以满足高耐蚀性高效垃圾发电锅炉SH的要求。
  开发时以原曾用于锅炉的高耐蚀性的不锈钢20Cr系的SUSXMl5J1和25Cr系的 SUS310作为基础,调查了系统改变Si、Mo等元素含量对钢性能的影响。结果表明,无论在哪个合金系中,Si都能显著提高钢的耐蚀性,如将SUS310钢中的Si含量从0.5%以下提高到3.0%以上,钢在锅炉内的腐蚀性气体(含HCI、H20、SO。等)和粉尘(含Ca、K、S、 CI等)环境中的减重速度就会从0.4mg/cm2.h大幅度减至0.03mg/cm2.h以下即减少90%以上。而且,根据钢的晶间腐蚀深度测定得知, Mo元素能有效抑制钢的晶间腐蚀。根据上述结果,决定以SUS310钢的成分为基础,除复合加人3%Si和1%Mo之外,还将碳含量从原来的0.02%-0.05%)范围降至≤0.03%;且加入微量Nb(0.10%-0.30%)以稳定钢中碳,适当增加了钢中Ni含量(从20.3%-22.8%提高到22.0%-25.0%)以稳定奥氏体。因此,将开发钢 QSX5的化学成分(%)确定为:C≤0.03、Si 2. 50~3.50、Mn≤1.00、P《0.040、S《0.030、Ni 22.00~25.00、Cr 24.00~26.00、Mo 1.00 ~ 2.00、Nb 0.10~0.30。
  为了查明QSX5钢的耐蚀性,将其与高 Ni—Cr合金Alloy 625(62%Ni—22%Cr)等材料进行了相同环境下的高温耐腐蚀试验:试验温度为550、600、650℃三个水平;腐蚀环境中的废气成分为8%02+8%C02+18%H20 +0.1%HEl(其余为N:)、废气流量为760mL/分;涂敷于钢试样上的锅炉灰含有Na、K、S、 C1等腐蚀性成分。结果表明,在以氯化—氧化反应为主的上述腐蚀环境中,QSX5钢与高耐蚀mloy625合金的耐蚀性相同(但前者的Cr、Ni含量之和大约仅为后者的1/2多一点)。另外,还在东京都的垃圾燃烧锅炉内废气含HCI高达300-400ppm,粉尘含氯化物达15%的强腐蚀环境中进行了2年实炉试验,结果证明Qsx5钢的耐蚀性优于现行的 sus310等不锈钢。
  从开发钢断面的EPMA(electron prode microanalyser)即电子探针显微分析器的分析得知,开发钢QSX5的耐蚀性之所以特别优良,是因为加入钢中的Cr和Si所形成的Cr氧化物和Si氧化物双重保护膜抑制了C1离子等腐蚀性物质向其内部扩散的结果。
  开发钢的常温机械性能(Ts=695N/mm2、 YS=351N/mm2、δ=55%),明显高于原用钢 SUS310的性能(Ts=606、YS=283、δ=49)和标准要求(TS≥520、YS≥205、δ≥35),而且实用加工性(含扁平性与扩孔性)与sUS310钢一样好。
  为了查明开发钢的时效冲击特性,将之在大气中进行500℃X 1000小时的时效后,钢的冲击值无明显降低(复比冲击值仍高300J/cm2以上)。从钢的耐蚀性和焊接性的角度出发,在接头焊接中,最理想的是采用相当于JIS Z3334YNiCrMo—3的Alloy625共晶系填充金属材料,从而可获得良好的焊缝性能。日本山阳特殊钢公司开发的高耐蚀性、蒸汽温度400-450℃级垃圾发电锅炉用QSX5钢,已获得主管部门认可,并决定实际用作东京都垃圾处理厂的400℃级蒸汽锅炉用SH材料,以实现发电高效化。在垃圾处理燃烧发电业刚起步的我国,这种钢也有极大的推广应用空间。
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