材料高温失效.pdf

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1、耐高温合金-如何选择合适的合金及避免失效耐高温不锈钢及镍基合金广泛的应用于石油化工，冶金及热处理，能源，垃圾焚烧等工业领域的设备部件上。由于在使用过程中受各种因素影响，这些设备部件不可避免的需要周期性的更换。通过了解一些造成这些设备材料失效的原因，我们完全可以通过改进设计，工艺操作及合理选材等措施来延长其使用寿命。尤其是在近些年来，合金材料的价格的升高，延长设备的寿命会大大的减少维护成本。表格1-主要高温合金化学成分锻轧材对应铸造镍铬铁硅碳其它料牌号牌号446-25730.50.05304818700.50.05309HH1323620.

2、80.05310HK2025520.50.051.4841HK2025512.20.1(314)253MA®1121651.70.08铈,氮RA330®HT3519431.250.05RA333®22H45251810.05钼,钴,钨Alloy6121140.20.05601632590.030.22.2铝,602CA®锆,钛AlloyHX761580.20.04600材料选材高温合金设备及部件的失效及报废一般是由于高温腐蚀或者材料机械性能的失效等引起的。下面是几种常见的高温失效模式。腐蚀因素-氧化-硫化-氯化/熔融盐-金属尘化及碳蚀机械

3、力学性能因素-蠕变-变形-脆化-高温疲劳-热冲击-熔融金属脆性了解材料的极限选材首先需要考虑两个要素：1．最高的工作温度极限。2．高温工作时具有符合工况需要的力学强度。罗莱合金根据多年来其各种高温合金在不同行业应用的经验及数据总结，将各高温合金的建议极限工作温度在下表中列出。此建议极限工作温度是根据氧化速度满足在一定范围内来界定的，而不是根据其熔融温度来决定的。大多数耐高温合金的耐氧化极限温度比材料熔点低数百度。高温合金的耐高温腐蚀特性很重要的一点是因为其表面形成的紧密附着的致密氧化膜。这层具有保护性的氧化膜主要是由合金中的铬元素形成的，

4、也有些合金是通过添加硅，铝和稀土元素来生成保护性的氧化膜。当材料在建议的极限温度以上工作时，材料表面会急剧氧化并且伴随着氧化皮脱落从而导致金属的不断损耗。各种高温合金在空气气氛下的建议工作温度极限。红色为不锈钢，蓝色为镍基合金。材料的熔化区间一般在1300-1400°C之间。316L在982°C，空气气氛下严重氧化掉皮。（316L建议工作温度在816°C内，尽管其熔点为1343°C）。我们需要认识到马弗炉或者是煅烧炉炉体通常比其加热的零件或者粉末温度要高。当工厂要求更高的产量及生产率时，各种高温工作设备如马弗炉或者是煅烧炉等其工况也随之改

5、变，尽管需加热的物件温度不变，但是，由于需加热材料的重量增加，需要通过炉壁给炉内提供更多的热量。尽管加热温度没有变化，马弗炉或者辐射管却需要承受更苛刻的工况从而使其使用寿命缩短。即使是很小的温度提高也有可能急剧的影响高温合金的使用性能及工作寿命。当材料在高出其建议最高工作温度近100°F(56°C)的温度工作时，会发现在这种超出其极限工作温度的情况下材料氧化起皮速度急剧加快。下表是氧化起皮增重的数据对比。循环高温-冷却氧化增重（毫克/平方厘米）对比，样品每周循环高温-冷却，总测试时间3000小时。注意：310在2000°F(1093°C)

6、，其氧化增重的速度比较低，但是在2100°F（1149°C)时氧化增重急加快，增重率超过下表中的极限值。600和602CA样品在2150°F(1177°C)，3000小时后的材料氧化情况对比。（同为6.3毫米厚度）除了高温氧化外，材料在高温工作时的另一个重要的性能是是高温蠕变-开裂强度。高温蠕变-开裂强度会随着工作温度的升高而急剧降低，同时材料在高温下长期服役就必须考虑材料的高温蠕变-开裂强度。当材料在1000°F(538°C)以上，高温蠕变-开裂强度相比于短期的抗拉力学数据更能体现材料的使用性能。表格2显示1700-2000°F(927

7、-1093°C)温度之间的平均应力开裂强度。当温度升高100°F(56°C)，平均应力开裂强度减少30-40%。表格2–10000小时，平均应力开裂强度；psi(MPa)1700°F1800°F1900°F2000°F合金牌号(927°C)(982°C)1038°C)(1093°C)310940(6.5)660(4.6)--1,6501,150253MA860(5.9)680(4.7)(11.4)(7.9)1,9001,200800H--(13.1)(8.3)1,050RA330630(4.3)400(2.8)280(1.9)(7.2)1

8、,650600450(3.1)(11.4)1,200601--620(4.3)(8.3)2,1801,490602CA990(6.8)670(4.6)(15.0)(10.3)技术的革新带来具有