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为了解决石油短缺的状况,国内出现了大量以煤的深加工为特征的新型煤化工产业—即煤变油技术。在其最关键的煤液化反应中,最高工作温度在470℃左右,工作压力最高可达20MPa,物料含固体颗粒、硫化物气体、水蒸气、液化油等,设备材料处在高温临氢的强腐蚀环境条件,即需要良好的高温强度,又要有优良的耐腐蚀性能。目前能够满足这样性能要求而又相对经济的材料只有渗铝的耐热不锈钢,因此,研究不锈钢渗铝具有重要现实意义。
本文的主要目的是以煤液化反应器用不锈钢螺栓、螺母渗铝的技术要求为指标来研究不锈钢粉末包埋渗铝的工艺条件。由于原热浸渗铝工艺存在渗铝层较厚、螺纹处容易残留铝液导致渗铝层厚度不均等缺陷,需要二次机械加工,加工不当会破坏渗铝层的完整性。为此,进行了粉末包埋渗铝工艺的研究,以期替代热浸渗铝工艺。
对316L不锈钢采用粉末包埋法进行渗铝,首先研究了低温渗铝工艺(20%Al+2%NHCl<,4>+78%Al<,2>O<,3>、650℃、48小时),所得渗铝层的致密性、连续性稍差,厚度薄而达不到技术要求。进而进行了高温粉末包埋渗铝试验,研究了渗铝剂配方及渗铝工艺参数对渗层的影响。借助金相显微镜、X射线衍射仪和电子探针分析了渗铝层的微观组织、相及成分。结果表明:渗铝层厚度与加热温度的关系近似呈直线规律。渗铝层厚度和保温时间的关系呈抛物线规律。使用由10%Al粉、1%NH<,4>Cl和89%Al<,2>O<,3>组成的渗剂,经过900℃、3h保温渗铝后,获得了符合要求的渗铝层。渗铝层与基体间结合良好、界限明显、齐整。渗铝层厚度约为50μm,满足了螺栓螺母配合的要求。渗铝层呈多层结构:外渗层(FeAl)、过渡层(FeAl,Fe<,3>Al,NiAl)、内渗层(Fe<,3>Al,NiAl)。在渗层中未发现含铝量较高的FeAl<,3>,Fe<,2>Al<,5>,FeAl<,2>等脆性相成分,这有利于改善渗铝层的力学性能。
高温腐蚀试验表明,316L不锈钢渗铝后,其抗高温静态氧化、抗高温循环氧化、耐高温硫腐蚀性能均大大提高。而且渗铝层厚度50 μ m的渗铝试样和渗铝层厚度100 μ m的渗铝试样同样有着良好的耐腐蚀性。