1 概 况
某转炉炼钢厂处理高炉烟气用的电除尘器,其主要的除尘元件扁钢芒刺线极丝,选用的材料是1Cr18Ni9 Ti 奥氏体不锈钢,在使用了近一年时间就发生了断裂。断裂区域极丝表面分布有红褐色疏松状的氧化铁腐蚀层,断口圆钝,并向断点逐渐变细变
薄(极丝断口处的厚度是远离断口处厚度的1/ 5) ,断裂极丝宏观形貌见图1 。
图1 断裂极丝形貌
Fig. 1 Morphology of the cracked pole thread
2 理化检验
2. 1 化学成分分析
用ARL4460 光电直读光谱仪对极丝材质进行化学成分分析, 其结果符合GB/ T123721984 中1Cr18Ni9 Ti 的标准要求,见表1 。
2. 2 金相组织分析
在极丝断口处取纵截面金相试样,断口处的金相组织为:奥氏体+ 沿晶分布的颗粒状碳化物,在极丝上下表面均存在一层较厚的淡灰色氧化铁,与氧化层接触的金属表面呈沿晶腐蚀,并存在沿晶界开裂的裂缝,有些晶界腐蚀严重的区域晶粒已脱落,见图2 、3 、4 、5 。
2. 3 极丝表面氧化层形貌及成分分析
对极丝表面氧化层进行扫描电镜形貌观察及能谱成分分析,表层疏松多细孔,其所含成分经能谱仪定性分析主要含有: O、Fe 、Ca 、Cl 、K、Pb 、Ni 、Zn 、
Mg、Cr 、Mn ,形貌及成分谱线见图6 、7 。
用扫描电镜对纵截面金相样的氧化层进行形貌
表1 化学成分分析结果
Table 1 Composition of the material %
C Si Cr Ni Ti
极丝 0. 07 0. 50 18. 20 8. 8 0. 07
标准值≤0. 12 ≤1. 0 17. 0/ 19 8. 0/ 11. 0 0. 02～0. 80
图2 极丝断口处的组织
Fig. 2 Microstructure near the fracture surface
图3 极丝表层的氧化铁及组织
Fig. 3 Cross2section morphology of the surface oxide and microstructure
图4 断裂极丝的基体组织
Fig. 4 Matrix microstructure
图5 极丝表面氧化层的高倍形貌
Fig. 5 High magnif ication morphology of the surface oxide
图6 极丝表面氧化层形貌
Fig. 6 Surface morphology of the oxide
图7 极丝氧化层表面成分谱线图
Fig. 7 EDS spectrum of the surface oxide
观察和成分分析,氧化层中主要含有元素O、Fe 、Cl 、K、Ca 、Cr 、Ni 、Pb ,形貌及成分谱线见图8 、9 。
2. 4 极丝表面氧化层的物相分析
对极丝表面的氧化层进行衍射仪物相分析,氧化层中的主量相是KCl , 次量相是( Cr , Fe ) 3O4 、
Fe2O3 ,谱线见图10 。
3 分析讨论
电除尘器中的扁钢芒刺线极丝,其正常工作温度
图8 极丝纵截面氧化层的形貌
Fig. 8 Longitudinal section morphology of the oxide
图9 极丝纵截面氧化层成分谱线图
Fig. 9 EDS spectrum of the surface oxide
约200 ℃。由于极丝在除尘过程中局部区域积灰,使极丝打弧放电,造成局部尖端部位工作温度达到400～850 ℃,这时组织中过饱和碳就要从奥氏体中析出,并快速向晶界扩散,在晶界处与铬和铁化合成(Cr ,Fe) 23 C6 的碳化物,碳化铬的析出使周围晶界区消耗大量铬,加之碳在奥氏体中的扩散速度远大于铬的扩散速度,而晶界上铬的扩散速度远大于晶粒内铬的扩散速度,从而造成晶界消耗的铬不能从晶粒中得到补充,因而形成贫铬区。由于晶界钝态
图10 极丝表面氧化层衍射谱线图
Fig. 10 XRD prof ile of the surface oxide
受到破坏,在晶界上析出的碳化铬周围贫铬区就成为活化的阳极区,而碳化铬和晶粒处于钝态而成为钝化的阴极区。在烟气的腐蚀介质中(含Cl 离子)晶界与晶粒构成活化- 钝化微电池,该电池具有大阴极- 小阳极的面积比加速了晶界的腐蚀。晶间腐
蚀沿着晶界进行,使晶粒的连续性遭到破坏,金属机械性能急剧降低。连续的氧化腐蚀使工件变细变薄,同时在工作中的振动和摆动的作用下导致工件
4 结 论
(1) 极丝在电器除尘器中局部区域受高温作用,沿奥氏体晶界析出颗粒状碳化物,产生晶间腐蚀。
(2) 烟气中腐蚀性的Cl 离子加快了极丝的腐蚀和减薄。
(3) 极丝在电器除尘工作中的振动和摆动亦是促成减薄部位断裂的因素。
参考文献:
[ 1 ] 陈鸿海. 金属腐蚀学[M] . 北京:北京理工大学出版社, 1995.
[ 2 ] 肖纪美,曹楚南. 材料腐蚀学原理[M] . 北京:化学工业出版社,
2002.
[ 3 ] 上海机械制造工艺研究所. 金相分析技术[M] . 上海:上海科学
技术出版社, 1987.
