내열강의 파손 모드 및 보강 방법

I. 열 저항 강철의 주요 장애 방식

1산화 및 고온 부식 장애

• 메커니즘:
  높은 온도에서 금속 원자는 산소와 같은 활성 원소와 반응하여 산화물 필름 (예: FeO, Fe2O3) 을 형성합니다. 산화물 필름이 느슨하고 벗겨지기 쉽다면,그것은 매체의 지속적인 침입을 막을 수 없습니다., 재료의 지속적인 소비로 이어지고 벽 두께 감소 또는 강도 감소로 인한 최종 실패로 이어집니다.
  S와 Cl 같은 원소들이 환경에 존재한다면 (황을 함유한 연소 가스 및 염화 매체와 같이)고온성 부식생성 된 황화물 (FeS) 또는 염화물 (FeCl3) 은 낮은 녹는 지점을 가지고 있으며 휘발성으로 훼손 과정을 가속화합니다.
• 대표적 사례: 보일러 슈퍼 히터 튜브 가 황 을 함유 한 연소 가스를 공급 할 때, FeS 와 FeO 의 느슨 한 혼합 층 이 표면 에 형성 된다. 껍질 이 벗겨진 후, 튜브 벽 은 급속 히 희소화 되고 결국 찢어진다.

2- 비참한 실패

• 메커니즘:
  높은 온도에서는 원자의 확산 능력이 증가하고 물질 내부의 변이 현상이 느리게 움직이고 곡물 경계선이 미끄러지거나 구멍이 커집니다.거시적 변형 (장장과 팽창과 같은) 을 초래합니다.변형이 결정적 값 (일반적으로 1% ~ 5%) 을 초과하면 균열이 발생하고 골절으로 퍼집니다.
  크리프 실패의 특징은 골절 표면이자물질 간 골절(알 경계는 약한 링크이며 구멍이 형성되기 쉽다.) 그리고 변형은 돌이킬 수 없습니다.
• 대표적 사례: 증기 터빈 볼트는 높은 온도와 압력 하에서 오랫동안 작동 합니다. 이것은 릴링 때문에 과도한 연장으로 이어집니다. 이것은 밀폐를 보장하지 못하고 심지어 찢어집니다.

3열 피로 장애

• 메커니즘:
  온도 변화 중 내부 재료 또는 인접한 구성 요소 (껍질 및 파이프와 같은) 사이의 열 팽창 계수의 불일치로 주기적으로 교류되는 열 스트레스가 발생합니다..스트레스가 재료의 피로 한계를 초과하면 표면이나 결함에서 미세 균열이 발생하고 점차 침투 균열으로 확장됩니다.
  열 피로 균열은 대부분회로형 또는 방사형그리고 곡물을 따라 또는 곡물을 통해 확장 (물질의 강도에 따라).
• 대표적 사례: 내연기관의 배기가스 배기가스는 반복적인 시작-정지 및 심한 온도 변동으로 인해 표면에 많은 열 피로 균열을 발생시킵니다.그리고 결국 깨집니다..

4미시 구조적 붕괴 장애

• 전형적 인 사례:
  • 진주성 열 내성 강철 (예를 들어, 12Cr1MoV): 진주성 소재의 시멘타이트 (Fe3C) 는 고온에서 장기간 구형화, 합성, 심지어 그래피트로 변합니다.강도가 현저하게 감소하는.
  • 아우스테니틱 열 저항 강철: 강화 단계 (γ' 단계 Ni3Al와 같이) 는 장기간 높은 온도에서 거칠거나 녹습니다.강화 효과를 잃고 미끄러지기 저항을 감소시킵니다..

II. 열 저항 강철 강화 방법

1. 알로이 강화 (코어 방법)

• 산화 저항성 향상:
  Cr (12%-30%), Al (2%-5%) 및 Si (1%-3%) 와 같은 원소를 추가하여밀도가 높은 산화물 필름예를 들어, Cr 함량이 ≥ 12%일 때 강철 표면에 연속 Cr2O3 필름이 형성 될 수 있습니다.산화 저항성을 현저히 향상시킵니다..
• 고온 강도 향상:
  • 고체 용액 강화: W와 Mo를 추가하여 매트릭스 원자 사이의 결합 힘을 향상시키고 굴절 운동을 억제합니다.,Mo는 철 매트릭스의 크립 활성화 에너지를 30% 이상 증가시킬 수 있습니다.)
  • 침수 강화: V, Nb, Ti, Ta 등을 추가하여 형성고온 안정적 탄화물/산화물(예를 들어, VC, NbC) C/N, 핑닝 굴절 및 곡물 경계, 그리고 스크립 변형을 방해 (예를 들어, 12Cr1MoV의 V는 크립 강도를 크게 향상시키는 VC를 형성합니다).
  • 단계 안정화: 아우스테니트 매트릭스를 형성하기 위해 Ni (8%-20%) 를 첨가합니다 (저분산 계수와 함께 페리트보다 안정적입니다).예를 들어 310S 아우스테니틱 스틸 (25%Cr-20%Ni) 은 1000°C 이상에서 오랫동안 사용할 수 있습니다..
• 열 피로 성능 개선:
  열 확장 계수를 줄이기 위해 Mn 및 Ni를 추가합니다 (예를 들어, Incoloy 800H는 30% Ni를 함유하기 때문에 페리틱 스틸보다 20% 낮은 열 확장 계수를 가지고 있습니다.)또는 Cu와 Nb를 첨가하여 재료의 강도를 향상시킵니다 (열열 확산을 억제합니다).

2. 열 처리 강화

• 용액 치료 + 노화 치료:
  아우스테니틱 열 내성 강철 (예를 들어, GH4169) 에 적합합니다: 용액 처리 (1000-1100 °C) 는 합금 원소 (Nb, Ti) 를 균일하게 녹게합니다.노화 처리 (700-800°C) 는 γ'' 단계 (Ni3Nb) 와 γ' 단계 (Ni3Al) 를 침착시킵니다., 비 강화를 통해 크립 저항을 크게 향상시킵니다.
• 정상화 + 완화:
  진주성 열 내성 철강 (예를 들어, 12Cr1MoV) 에 적합합니다: 정상화 (950-1050 ° C) 는 미세한 진주성 구조를 얻으며, 탄화 (750-800 ° C) 는 스트레스를 제거하고 탄화물을 안정시킵니다.장기간 높은 온도에서 진주석 구형화를 방지합니다 (구형화는 강도를 50% 이상 감소시킵니다).
• 앙일링 치료:
  그것은 가열 후 열에 영향을받는 구역과 같은 가공 스트레스를 제거하고 곡물을 정제하고 열 피로 균열의 시작을 피하는 데 사용됩니다.

3표면 강화

• 표면 합금:
  알루미네이징 및 크로미제 (알루미네이징 처리와 같이): 강철 표면에 Al2O3 또는 Cr2O3로 농축된 층 (50-200μm 두께) 을 형성합니다.이는 산화 저항 온도를 매트릭스 (예를 들어, 알루미늄화 20G 강철은 800°C 이상으로 작동 할 수 있습니다.)
• 코팅 기술:
  고온 세라믹 코팅 (Al2O3, ZrO2) 또는 물리적 증기 퇴적 (PVD) 또는 플라스마 분사로 준비된 인터메탈 복합 코팅 (NiAl) 을 사용하여,열 절연성 및 염증 저항성 (부연의 열 전도성은 강철의 열 전도성의 1/10-1/20에 불과하다).
• 레이저 표면 녹음:
  레이저로 표면을 빠르게 가열하고 냉각하여 얇은 곡물 또는 무형 층을 형성하여 표면 경화와 마모 저항을 향상시키고 산화질소 스케일 껍질을 줄입니다.

4미시 구조 제어

• 곡물 크기 최적화:
  거친 곡물 (작은 곡물 경계 면적) 은 곡물 경계 미끄러짐을 줄이고 미끄러짐 강도를 향상시킬 수 있습니다.거친 곡물 아우스테니틱 스틸을 사용하는 터빈 블레이드 크리프 수명이 30% 증가합니다.); 얇은 곡물은 강도와 열 피로 성능을 향상시킬 수 있습니다 (그 곡물의 경계는 예를 들어 균열 확산을 방해합니다.얇은 곡물 페리틱 스틸을 사용하는 열 교환 튜브의 열 피로 수명은 50% 증가합니다.).
• 듀플렉스 구조 설계:
  페리트-오스텐이트 듀플렉스 스틸 (예: 2205) 처럼, 페리트는 좋은 산화 저항을 제공합니다. 오스텐이트는 높은 강도를 제공합니다.그리고 그것은 부패 저항과 미끄러지기 저항을 모두 가지고 있습니다 (응용되는 온도 범위는 단일 단계의 강철보다 100-150°C 더 넓습니다).

요약