耐锌液腐蚀合金的制备及应用

【摘要】： 本文针对热镀锌行业中熔融锌液对材料产生强烈腐蚀的问题，对耐锌液腐蚀合金的制备及应用进行研究。 通过向合金中添加合金元素，并比较其耐锌液腐蚀性能，发现B元素能显著提高材料的耐锌液腐蚀性能。含硼量为7％左右时，合金耐锌液腐蚀性能提高近10倍，锌液腐蚀速率仅为15.6g／m~2·h。当硼含量超过8.83wt％时，合金几乎不受锌液腐蚀。与此同时材料脆性增大。通过对Fe-B合金的微观分析，发现合金中存在大量的脆硬相Fe_2B、FeB，有效的抵御了锌液的腐蚀。Fe-B合金在锌液中的腐蚀是晶间腐蚀，为此本文提出了“短路腐蚀”模型，即在锌液腐蚀过程中，锌液优先对晶间组织中的α-Fe相产生腐蚀，使锌液能够沿晶间区域绕过Fe_2B晶粒向材料内部侵入，并相互贯通形成“短路”，在相变应力的作用下使Fe_2B晶粒脱落，使Fe_2B耐锌液腐蚀性能不能充分发挥，造成合金腐蚀。 通过向Fe-B合金添加其它合金元素，发现用Mo、W等元素对Fe-B合金多组元合金化，可以强烈抑制晶间腐蚀，显著改善合金的耐锌液腐蚀性能。经Mo、W合金化的合金，耐锌液腐蚀性能提高近10倍。锌液腐蚀速率仅为1.42g／m~2·h。通过对材料的微观分析发现，Fe_2B晶粒之间弥散的分布着团絮状的高Mo、W金属间化合物Mo_2FeB_2相，抑制了锌液对晶间组织的腐蚀。关于含钼钨高硼合金在锌液中的腐蚀，本文提出了“塞积腐蚀”模型。即锌液会穿过团絮状的Mo_2FeB_2相进入晶间与残留的α-Fe发生反应，大量的反应产物会在Mo_2FeB_2相堵塞的晶间区域塞积，使两侧Fe_2B晶粒在应力作用下碎裂、脱离基体。因此通过加入稀土元素改善组织、韧化Fe_2B晶粒，使合金的锌液腐蚀速率降低到0.667g／m~2·h左右。 在此基础上，通过测试含钼钨高硼合金的各项性能，摸索出了合金的熔炼和铸造成型的各项工艺参数，制定了完善的铸造工艺，实现了材料的铸造成型。 将该材料制成的热镀锌内加热器外套管直接应用于热镀锌的内加热设备上进行工业试验，元件在工作50天左右时出现意外断裂。分析认为是材料的高温蠕变断裂。因此除了保证材料耐锌液腐蚀性能外，还需考虑材料的高温性能。