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碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究

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收稿日期:2008209207; 修订日期:2008212208基金项目:国家自然科学基金(50572087),中国博士后科学基金项目(200303)资助作者简介:鲍崇高(19662　),江苏泰州人,副教授.研究方向:耐磨复合材料制备与性能研究.Em ail :cgbao @Vol.30No.1Jan.2009铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY・试验研究　Research ・碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究鲍崇高1,付平安2(1.西安交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049;2.中国矿业大学机电学院,江苏徐州221008)摘要:通过对泵用过流部件材料55#碳钢和1Cr18Ni9Ti 不锈钢在不同冲蚀速度、不同浆料含砂量及不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损腐蚀试验,探索了材料的冲蚀失效规律及微观破坏机制。

结果表明,材料的冲蚀磨损失重率随冲蚀速度、浆料含砂量的增加而增加,且1Cr18Ni9Ti 的抗冲蚀性能优于55#钢;冲蚀角度对材料的冲蚀性能影响最为显著,在0°～45°时冲蚀失重率随着冲蚀角度的增大而增大,45°时出现极大值,450～600时材料冲蚀失重率随着冲蚀角度的增加而减小;腐蚀对材料冲蚀性能的影响不容忽视。

关键词:水轮机;碳钢;不锈钢;冲蚀磨损中图分类号:T G142;T G113.23 文献标识码:A 文章编号:100028365(2009)0120023203S t u d y o n Er os i o n 2We a r Re s is t a nc e of Ca r b o n S t e el a n d S t ai nl e s s S t e elBAO Chong 2gao 1,FU Ping 2an 2(1.School of Materials Science and E ngineering ,Xi πan Jiaotong U niversity ,Xi πan 710049,China ;2.School of Mechanical and Electrical E ngineering ,China U niversity of Mining and T echnology ,Xuzhou 221008,China)Abs t rac t :The propertie s of ero sion 2wear re sistance of 55#steel and 1Cr18Ni9Ti stainle ss steel used in pump were te sted at different ero sion velocitie s ,impact angle s and sediment slurry ,and the ero sion 2wear failure and micro 2damage mechanism of materials were discussed.The re sults show that the weight lo ss of ero sion 2wear of both materials increase s with increasing the ero sion velocity and slurry consistence ,and the ero sion 2wear re sistance of 1Cr18Ni9Ti steel stainle ss is better than that of the 55#carbon steel.The impact angle has the mo st significant effect on the ero sion 2wear re sistance.The weight lo ss of ero sion 2wear of materials increase s with the ero sive angle in the range of 0°～45°,and the weight lo ss decrease s with the ero sive angle in the range of 45°～60°,the in fluence of materials πcorro sion on ero sion 2wear re sistance should not ignored.Ke y w ords :Turbine ;Carbon steel ;Stainle ss steel ;Ero sion 2Wear 我国矿山、电力、化工等工业工程中普遍存在多相流失效工况,多相流环境包括含砂量大,且多为硬质颗粒组成,其流体特性包括液相、固相、气相等多相流体。

在该工况下服役的水轮机过流部件受到液态、固态和气态因素的影响,在冲蚀、气蚀、腐蚀及他们的交互作用下产生过早的失效,缩短了材料的使用寿命,设备的检修时间间隔变短,造成巨大的经济损失[1,2]。

据资料统计[3],由于泥沙的磨损全国大型水电站出现中等以上损害程度损害的容量达549.1万kW ,占大型水电站总容量的29.7%,黄河干流大中型水电站水轮机磨损容量占总容量的63.8%,宜昌以上长江中上游干支流大型水电站水轮机磨损容量占总容量的74.2%。

由此可见,我国水电站水轮机的泥沙磨损危害在长江中上游干支流和黄河干流水电站尤为突出[4～7]。

国内外学者对冲蚀磨损失效和机理研究也作了较多的工作[4～8]。

本文以过流部件材料失效问题为研究背景,通过对过流部件用55碳钢和1Cr18Ni9Ti 不锈钢在液固两相流中不同冲蚀速度、不同浆料含砂量及不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损试验,探索材料表面冲蚀磨损失效机理,为今后多相流介质中材料腐蚀疲劳、冲蚀、气蚀等综合性能的研究打下基础,进而为耐多相流腐蚀磨损工况下高性能材料的设计提供理论依据。

1　实验材料及实验方法1.1　实验材料碳钢材料由于其经济性仍在中小型水电站中广泛应用,因此本文以55钢作为碳钢材料的代表,以水轮机中常用的1Cr18Ni9Ti 不锈钢作为对比材料进行试验,两种材料的化学成分如表1,部分力学性能如表2所示。

・32・FOUNDR Y TECHNOLO GYVol.30No.1J an.2009表1　55钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢材料化学成分　w(%)Tab.1　Chemical compositions of55#steel and1Cr18Ni9Ti stainless steel w(%)实验材料C Si Mn S P Cr Ni Ti55钢0.550.320.650.0240.027---1Cr18Ni9Ti0.070.54 1.360.010.02617.509.840.74表2　55钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢的力学性能和显微组织Tab.2　Mechanical properties and microstructure of55#steeland1Cr18Ni9Ti stainless steel实验材料σb/(N/mm2)σs/(N/mm2)HB组织55钢645380210F+P1Cr18Ni9Ti530210163A1.2　实验设备仪器与实验方法本文中冲蚀磨损实验采用仪器为浆罐式冲刷腐蚀实验机[9],试样装夹在旋转圆盘上。

试样称重用感量精度为0.1的电光天平。

动态腐蚀试验用动态电化学测试系统。

用失重法测量试样失重,单位时间、单位面积的材料失重表示材料的冲蚀磨损失重率。

冲蚀磨损实验浆料为自来水与原黄河砂(三门峡黄河段)配制,实验温度为20℃,实验时间180min。

2　实验结果及分析2.1　冲蚀速度对材料冲蚀磨损性能的影响图1是材料在浆料含砂量为60kg/m3(自来水+黄河砂),冲蚀角度为0°时不同冲蚀速度(试样在浆料中的线速度)下的冲蚀磨损实验结果。

可以看出,55#钢,1Cr18Ni9Ti钢的冲蚀失重率均随冲蚀速度的增加而增加,在相同的冲蚀速度和含砂量下1Cr18Ni9Ti不锈钢的冲蚀失重率均小于55#钢,反映为其抗冲蚀性能优于55#钢。

图1　冲蚀速度对材料冲蚀磨损率的影响Fig.1　Effect of erosion velocity on the erosion2wear of thematerials2.2　浆料含砂量对材料冲蚀磨损性能的影响图2是冲蚀速度为10m/s,冲蚀角度为0°时不同浆料含砂量下材料的冲蚀磨损失重率比较。

从图中可以看出,两种材料冲蚀磨损失重率随含砂量的增加而增加,主要是由于随含砂量的增加在某一瞬冲击材料表面的颗粒数增加,材料表面被反复冲刷和切削的次数增多,因而材料失去增多。

图2　浆料含砂量对材料冲蚀磨损性能的影响Fig.2　Effect of different sediment slurry on the erosion2wear of the materials2.3　冲蚀角度对材料冲蚀磨损性能的影响图3是材料在浆料含砂量为60kg/m3,冲蚀速度为10m/s时不同冲蚀角度下的冲蚀磨损实验结果。

从图中可以看出,55钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢的冲蚀磨损失重率在0°～45°内随角度的增加而增大,45°处取得极大值,45°～60°内随角度的增加两种材料的冲蚀磨损失重率减小。

在相同的角度下55钢的冲蚀磨损失重率大于1Cr18Ni9Ti不锈钢。

图3　冲蚀角度对材料冲蚀磨损性能的影响Fig.3　Effect of impact angle on the erosion2wear of thematerials2.4　材料的腐蚀性能图4是材料在浆料含砂量为60kg/m3,冲蚀角度为0°时不同冲蚀速度下的腐蚀失重率实验结果。

从图中可以看出,55钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢的腐蚀失重率随冲蚀速度的增加而增大,且55钢的腐蚀失重率比1Cr18Ni9Ti不锈钢的腐蚀失重率高的多,55钢的显微组织为珠光体+铁素体,在介质中易形成腐蚀原电池,因而腐蚀严重,1Cr18Ni9Ti不锈钢的显微组织为单一的奥氏体,较难形成腐蚀原电池,因而耐腐蚀性・42・《铸造技术》01/2009　鲍崇高等:碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究较55钢强。

图4　不同冲蚀速度下材料的腐蚀性能Fig.4　Corrosion resistance at different erosion velocities 图5是55钢和1Cr18Ni9Ti 不锈钢在低、高冲蚀角度下冲刷腐蚀、磨损SEM 形貌。

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冲蚀磨损

冲蚀磨损

摘要冲蚀磨损是指液体或固体以松散的小颗粒按一定的速度或角度对材料表面进行冲击所造成的一种材料损耗现象或过程。

它广泛存在于多种工业生产之中，造成的设备损坏给生产带来了巨大损失。

由于我国电站锅炉和工业锅炉以燃煤为主，冲蚀磨损对锅炉管壁的磨损尤为严重。

为控制损失的产生及加剧，近年来国内外专家学者对此进行了多方面的研究。

热喷涂技术对锅炉管道进行表面强化处理已被广泛采用。

但是现有的涂层还不能满足需要，开发性能优良的涂层，需要更好测试方法来对其进行检测。

常温下冲蚀磨损的测试方法并不适用于高温环境，而在我国尚缺少一种科学的高温冲蚀磨损测试方法，从而严重影响了高性能耐磨蚀涂层的测试与研发。

本文的目的便是设计并制造出一种与燃煤锅炉工况相符的新型高温冲蚀磨损试验装置，并对其进行调试，以便用其对热喷涂涂层的耐高温冲蚀性能进行测试。

试验结果表明，自行研制的高温磨粒磨损试验装置操作方便，运行稳定，数据可靠；涂层高温磨粒磨损试验中，关键词高温冲蚀磨损；热喷涂涂层；离心式磨损试验机ABSTRACT Key words1. 绪论1.1课题背景冲蚀磨损是指液体或固体以松散的小颗粒按一定的速度或角度对材料表面进行冲击所造成的一种材料损耗现象或过程。

它广泛存在于机械、冶金、能源、建材、航空、航天等许多工业部门,已成为材料破坏或设备失效的重要原因之一[1] 。

据有关资料统计：在所有发生事故的锅炉管道中约有1/3是由于冲蚀磨损造成的；在用管道输送物料的气动运输装置中, 弯头处的冲蚀磨损比直通部分的磨损大约严重50倍；泥浆泵、杂质泵的过流部件损坏约有50%以上是由冲蚀磨损引起的[2]。

我国电站锅炉和工业锅炉以燃煤为主。

动力用煤质量低劣，含灰量和含硫量均较高,特别是燃煤电厂的高温高压燃煤锅炉的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管(简称锅炉“四管”)因受高温氧化、热腐蚀和冲蚀的影响，壁厚减薄严重，极易造成泄漏和爆管事故,给锅炉的运行带来了多方面的损失。

不锈钢材料的腐蚀与耐久性研究

不锈钢材料的腐蚀与耐久性研究

不锈钢材料的腐蚀与耐久性研究不锈钢是一种具有高强度、高韧性和耐蚀性的金属材料。

它被广泛应用于建筑、化工、制药、食品加工、航空航天、船舶制造等众多领域。

其中，耐腐蚀性是不锈钢最重要的特性之一。

在实际运用中，不锈钢材料是否具有良好的耐蚀性对其使用寿命和性能有很大的影响。

不锈钢腐蚀的原因不锈钢腐蚀是由于所处环境的氧化还原电位在不锈钢材料的自蚀电位和保护电位之间，导致材料发生失去金属的过程。

因此，改善不锈钢耐蚀性的策略通常是通过加强阳极保护以及制造更具均匀和更加致密的钢材来实现。

不锈钢材料的耐久性1.物理和化学制造方法：不锈钢的耐久性与其有效的制造流程有很大的关系。

制造过程中需要采用适当的化学和物理工艺来生产更高质量的不锈钢材料。

例如，在制造过程中添加合适的合金元素来增强不锈钢的抗腐蚀性能，生产耐久性更好的产品。

2.环境因素：不锈钢材料在不同环境条件下的耐久性也有显著差异。

例如，在地震、腐蚀、化学浸泡和其他条件下，不锈钢材料的耐久性可能会受到影响。

因此，科学家们需要关注这些环境条件，并采取措施来增强不锈钢材料的抗蚀性。

3.材料设计：不锈钢材料的设计是影响其耐久性的另一个因素。

材料生产商可以采用不同的结构和设计来改善不锈钢的性能，以满足特定的应用需求。

例如，通过降低不锈钢的晶粒大小来增强其强度和硬度，同时提高材料的耐蚀性。

4.维护和保养：在使用不锈钢材料时，定期维护和保养很重要，以确保其长期的耐久性。

例如，要在使用不锈钢产品后进行彻底的清洁和干燥工作，以避免材料表面上的腐蚀物聚集和凝结。

不锈钢材料在不同行业中的应用1.建筑业：不锈钢材料在建筑领域中广泛应用，例如制造扶手、阳台、门窗等。

这些产品需要具有耐腐蚀性和美观性，以便提供长期的使用寿命和价值。

2.医药行业：在医药生产行业，不锈钢承担很重要的生产任务，例如制造压缩机、反应器等设备。

这些产品需要耐腐蚀性和质量可靠，以确保生产过程的稳定和安全。

3.食品加工行业：在食品加工行业，不锈钢材料被广泛应用于储存和加工食品。

不锈钢与碳钢材料的接触腐蚀解析

不锈钢与碳钢材料的接触腐蚀解析

不锈钢与碳钢材料的接触腐蚀解析下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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不锈钢材料抗腐蚀性能及耐各种酸碱大全

不锈钢材料抗腐蚀性能及耐各种酸碱大全

之南宫帮珍创作30117Cr-7Ni-低碳与304钢相比, Cr、Ni含量少, 冷加工时抗拉强度和硬度增高, 无磁性, 但冷加工后有磁性. 列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、螺母、弹簧、筛网301L17Cr-7Ni-0.1N-低碳是在301钢基础上, 降低C含量, 改善焊口的抗晶界腐蚀性；通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度缺乏, 保证钢的强度. 铁道车辆构架及外部装饰资料30418Cr-8Ni 作为一种用途广泛的钢, 具有良好的耐蚀性、耐热性, 高温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好, 无热处置硬化现象（无磁性, 使用温度-196℃~800℃）. 家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸）, 汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品）, 医疗器具, 建材, 化学, 食品工业, 农业, 船舶部件304L18Cr-8Ni-低碳作为低C的304钢, 在一般状态下, 其耐蚀性与304刚相似, 但在焊接后或者消除应力后, 其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处置的情况下, 亦能坚持良好的耐蚀性, 使用温度-196℃~800℃. 应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油财富的野外露天机器, 建材耐热零件及热处置有困难的零件304Cu13Cr-7.7Ni-2Cu 因添加Cu其成型性, 特别是拔丝性和抗时效裂纹性好, 故可进行复杂形状的产物成形；其耐腐蚀性与304相同. 保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒、门把手、纺织加工机器. 304N118Cr-8Ni-N 在304钢的基础上, 减少了S、Mn含量, 添加N元素, 防止塑性降低, 提高强度, 减少钢材厚度. 构件、路灯、贮水罐、水管304N218Cr-8Ni-N 与304相比, 添加了N、Nb, 为结构件用的高强度钢.构件、路灯、贮水罐31618Cr-12Ni-2.5Mo 因添加Mo, 故其耐蚀性、耐年夜气腐蚀性和高温强度特别好, 可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）.海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地域设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母316L18Cr-12Ni-2.5Mo 低碳作为316钢种的低C系列, 除与316钢有相同的特性外, 其抗晶界腐蚀性优. 316钢的用途中, 对立晶界腐蚀性有特别要求的产物.316L不锈钢不耐盐酸, 因为盐酸中的氯离子会和316中的镍发生化学反应, 反应变动慢, 可是时间长了还是有问题的.如果是用在化工方便, 不防考虑内衬塑料一类的资料另外, 腐蚀是多样的, 硝酸是强氧化腐蚀, 316L对硝酸和硫酸是没有问题的32118Cr-9Ni-Ti 在304钢中添加Ti元素来防止晶界腐蚀；适合于在430℃-900℃温度下使用. 航空器、排气管、锅炉汽包409L11.3Cr-0.17Ti-低C、N 因添加了Ti元素, 故其高温耐蚀性及高温强度较好. 汽车排气管、热交换机、集装箱等在焊接后不热处置的产物.410L13Cr-低C 在410钢的基础上, 降低了含C量, 其加工性, 抗焊接变形, 耐高温氧化性优秀. 机械构造用件, 发念头排气管, 锅炉燃烧室, 燃烧器.43016Cr 作为铁素体钢的代表钢种, 热膨胀率抵, 成形性及耐氧化性优. 耐热器具、燃烧器、家电产物、2类餐具、厨房洗涤槽、外部装饰资料、螺栓、螺母、CD杆、筛网430J1L18-Cr0.5Cu-Nb-低C.N 在430钢中, 添加了Cu、Nb等元素；其耐蚀性、成形性、焊接性及耐高温氧化性良好. 建筑外部装饰资料, 汽车零件, 冷热水供给设备.436L18Cr-1Mo-Ti、Nb、Zr低C、N 耐热性、耐磨蚀性良好, 因含有Nb、Zr元素, 故其加工性, 焊接性优秀. 洗衣机、汽车排气管、电子产物、3层底的锅.41013Cr-低碳作为马氏体钢的代表钢, 虽然强度高, 但不适合于苛酷的腐蚀环境下使用；其加工性好, 依热处置面硬化（有磁性）. 刀刃、机械零件、石油精练装置、螺栓、螺母、泵杆、1类餐具（刀叉）.420J113Cr-0.2C 淬火后硬度高, 耐蚀性好（有磁性）. 餐具（刀）、涡轮机叶片.420J213Cr-0.3C 淬火后, 比420J1钢硬度升高（有磁性）. 刀刃、管。