一、耐磨性
ZDTL-1(超低碳双相不锈钢)和ZDTL-2(高Cr-Ni-Mo合金)材料是我厂最新研制的脱硫泵专用材料 。使用这种材质的浆液泵在平顶山热电厂(200MW)、鹤壁同力电厂(300MW)的脱硫系统中安装运行,运行非常平稳,节电明显,各项相指标已达到国外浆液泵的水平。我们对这种泵的材料做过多次的机械性能试验,相关数据如下表:
ZDTL-1机械性能数据
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试样 |
σb/MPa |
ak/J/cm2 |
HRC |
|
1 |
600 |
3.8 |
31.1 |
|
2 |
680 |
4.1 |
32.1 |
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3 |
710 |
4.5 |
32.5 |
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4 |
660 |
4.3 |
31.5 |
ZDTL-2机械性能数据
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试样 |
σb/MPa |
ak/J/cm2 |
HRC |
|
1 |
480 |
6.8 |
42.1 |
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2 |
510 |
6.1 |
41.3 |
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3 |
490 |
6.5 |
43.5 |
|
4 |
500 |
6.3 |
42.5 |
以上可表明,该材料能满足脱硫泵输送脱硫剂耐磨的要求。
ZDTL-1材料的主要成份是C:≤0.03%、Cr:24~28%、Ni:4.5~6.5%、Mo:2.5~5%、Cu:0.5~1.5%、N:0.2~0.3%。
ZDTL-2材料的主要成份是C:≤0.03%、Cr:19~22%、Ni:22~26%、Mo:4~5%、Cu:0.5~1.5%、N:0.2~0.3%
二、耐腐蚀性
1、不锈钢的点腐蚀机理
在金属表面局部地方出现向深处发展的腐蚀小孔,其余表面不腐蚀或腐蚀很轻微,这种形态成为小孔腐蚀,简称点蚀。金属腐蚀按机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。点腐蚀属于电化学腐蚀中的局部腐蚀。一种点蚀是由局部充气电池产生,类似于金属的缝隙腐蚀。另一种更常见的点蚀发生在有钝化表现或被高耐蚀性氧化物覆盖的金属上。 电化学腐蚀的基本原理: 通过原电池原理可以更好地说明电化学腐蚀机理。当2种活泼性不同的金属(如铜和锌)浸入电解质溶液,2种金属间将产生电位差,用导线连接将会有电流通过,在此过程中活泼金属(锌)将被消耗掉, 也就是被电化学腐蚀。不同于化学腐蚀(如金属在空气中的氧化,锌在酸溶液中的析氢),电化学腐蚀一定有电流产生,并且电流量的大小直接与腐蚀物的生成量相关,即电流密度越大腐蚀速度越快。各种金属在电解质溶液中的活泼程度可用其标准电极电位表示,即金属与含有单位活度(活度与浓度正相关,在浓度小于10-3mol/L时认为两者值相同)的金属离子,在温度298K(25℃),气体分压1.01MPa下的平衡电极电位。 标准电极电位越低,金属或合金越活泼,在与高电位金属组成电偶对时更易被腐蚀。由此可见,决定金属标准电极电位的因素除了金属的本质外还有:溶液金属离子活度(浓度)、温度、气体分压。另外一个重要影响因素是金属表面覆盖着的薄膜。除了金、铂等极少数贵金属外,绝大多数金属在空气中或水中可以形成具有一定保护作用的氧化膜,否则大部分金属在自然界就无法存在。金属表面膜的性质对其腐蚀发生及腐蚀速度都有着重要影响。 2、不锈钢的耐腐蚀原理 不锈钢的重要因素在于其保护性氧化膜是自愈性的(例如它不象选择性氧化而形成的那些保护性薄膜),致使这些材料能够进行加工而不失去抗氧化性。合金必须含有足够量的铬以形成基本上由Cr2O3组成的表皮,以便当薄膜弄破时有足够数目的铬(Cr3+)阳离子重新形成薄膜。如果铬的比例低于完全保护所需要的比例,铬就溶解在铁表面形成的氧化物中而无法形成有效保护膜。起完全保护作用所需的铬的比例取决于使用条件。在水溶液中,需要12%的铬产生自钝化作用形成包含大量Cr2O3的很薄的保护膜。在气态氧化条件下,低于1000℃时,12%的铬有很好的抗氧化性,在高于1000℃时,17%的铬也有很好的抗氧化性。当金属含铬量不够或某些原因造成不锈钢晶界出现贫铬区的时候,就不能形成有效的保护性膜。
3、氯离子对不锈钢钝化膜的破坏 处于钝态的金属仍有一定的反应能力,即钝化膜的溶解和修复(再钝化)处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)时,平衡便受到破坏,溶解占优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑(孔径多在20~30μm),这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔生成的活性中心。氯离子的存在对不锈钢的钝态起到直接的破环作用。 4、ZDTL-1和ZDTL-2材料是如何抗击氯离子的侵蚀
由以上的说明可知,不锈钢材料要能抵挡氯离子的侵蚀,就必须有很强的抗还原能力。我们研制的ZDTL-1和ZDTL-2材料,是通过以下控制方式来提高抗击氯离子的性能:
(1)C含量控制在0.03%以下,降低C元素对材料耐孔蚀性能的不利影响,同时也减少碳化物的析出,提高材料耐晶间腐蚀能力。
(2)提高的Mo含量,Mo元素富集于靠近基体的钝化膜中,提高膜的稳定性,显著提高双相不锈钢耐孔蚀性能,特别是钝化膜中MoO2,对钢在低PH值的高浓度氯化物中有良好的保护性。
(3)加入了N元素,Cr和Mo元素更多地分布于铁素体中,所以铁素体的孔蚀抗力高,而N元素则分布于奥氏体中,显著提高奥氏体的孔蚀抗力,从而提高整个材料的孔蚀抗力。而且,N元素能显著改善材料的力学性能,促进相平衡,消除因Mo含量提高造成材料脆性倾向增大的不利影响。
(4)加入了Cu元素,较高的铜含量对材料在酸性环境中高流速介质条件下的耐磨损腐蚀性能有利。
这些元素是按最适合的比例加入的,能很大度上提高ZDTL-1和ZDTL-2材料的抗点蚀性。另外适合的Cr、Ni、Mo含量可保证ZDTL-1和ZDTL-2材料中铁素体和奥氏体的稳定性,并能生成足够的钝化层,以抵抗各种形式的侵蚀。按双相不锈钢的点蚀当量(Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N)数计算,ZDTL-1和ZDTL-2材料的PREN>39,可完全满足在输送含有高浓氯离子(20000~60000ppm)的浆液中,耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的要求。 |