由于民用核電及超超臨界火電工業(yè)等工作環(huán)境溫度在600～850℃之間目前，所以，適合這種工作環(huán)境的金屬材料問題已成為提高民用核電、火力發(fā)電、燃氣發(fā)電及化工石油等工業(yè)能源效率的最大瓶頸，即需要研制出成本低、700～800℃用的新一代高性能耐熱不銹鋼。這種新型奧氏體耐熱不銹鋼的成功研制不但是節(jié)能減排有效策略之一，而且可緩解鎳金屬資源逐漸匱乏的困境。

傳統(tǒng)的不銹鋼因其表面形成Cr2O3膜而實現(xiàn)對基體的有效保護，但在超過600℃的工作環(huán)境下，碳化物將粗化，并且Cr2O3保護層會大量揮發(fā)，引起材料的災難性失效。而且，在含水蒸氣的環(huán)境中，Cr2O3易于和水蒸氣形成不穩(wěn)定的或揮發(fā)性的氫氧化物，嚴重惡化了Cr2O3層的穩(wěn)定性，導致傳統(tǒng)不銹鋼的最高工作溫度降低了幾百度，而燃燒性環(huán)境幾乎都含有水蒸氣，這就制約了傳統(tǒng)不銹鋼在許多能源轉換行業(yè)中的應用。

與Cr2O3相比，在高溫工作環(huán)境下，Al2O3更具有保護作用。Al2O3的生長速度比Cr2O3低1～2個數(shù)量級，而且從熱力學角度看，Al2O3具有更高的熱力學穩(wěn)定性。然而，以Al2O3為抗氧化層的鋼鐵材料研究一直沒有取得實質性進展，主要原因是Al是一種強鐵素體穩(wěn)定元素，而且需要添加較多的Cr才能促進Al2O3層的形成，而Cr也是一種穩(wěn)定鐵素體元素。這種鐵素體結構導致材料抗蠕變性能降低。由此面臨著如何在面心立方結構的奧氏體上建立具有優(yōu)良抗氧化性的Al2O3防護層的課題。

《Science》上報道了一種新型的奧氏體耐熱鋼，即以Al2O3為抗氧化層的新型奧氏體耐熱鋼(Alumina-FormingAustenitic，AFA)，這類合金與表面形成Cr2O3膜的傳統(tǒng)不銹鋼相比，在不增加成本以及不降低蠕變抗力和可焊性等其它性能的同時具有更高的使用溫度和更好的耐環(huán)境侵蝕能力。他們在高溫超細沉淀強化奧氏體不銹鋼的基礎上，加入2.5%Al，并且提高Ni和Nb含量，降低或消除Ti和V元素，并通過一定的冶煉和加工工藝獲得了AFA鋼。此合金在800℃空氣和水蒸氣的環(huán)境中連續(xù)循環(huán)氧化長時間而不失效。研究發(fā)現(xiàn)，此合金的表面在高溫氧化的過程中形成了連續(xù)、穩(wěn)定、致密的Al2O3層，從而大大提高了合金抗高溫氧化性能，特別是在含水蒸氣的復雜環(huán)境中。進一步的研發(fā)工作又對該材料進行了C，B，Nb的微合金化，在奧氏體耐熱鋼基體上形成穩(wěn)定的納米級沉淀相NbC，并在高溫時形成穩(wěn)定Fe2Nb和NiAl沉淀相，有力地改善了這種新型奧氏體耐熱鋼的抗蠕變性能。最新的AFA鋼在750℃高溫拉伸時，屈服強度和抗拉強度分別達到了310和480MPa。

新型奧氏體耐熱鋼為解決民用核電、火力發(fā)電、燃氣發(fā)電及化工石油等工業(yè)面臨的瓶頸——金屬材料問題提供了解決方案，應用前景十分廣闊。大力開展具有自主知識產(chǎn)權的新一代高性能奧氏體耐熱不銹鋼的研發(fā)工作是突破西方和日本在此領域壟斷地位的必要途徑，也是解決我國高端鋼鐵出口困境和推動國民經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展的保障。

?

以上資料由上海艾荔艾金屬材料有限公司提供，歡迎新老客戶來電洽購。