热浸铝技术.doc

渗铝钢及其在硫酸装置中的应用
常州市武进阳光渗铝钢有限公司张宏伟
中石化南京设计院
摘要：本文叙述了渗铝钢的组织结构特点，重点论述了其机械性能和抗高温氧化、耐腐蚀的性能，并说明了其加工工艺性能。实践证明，渗铝钢在硫酸装置中的应用是成功的，并且具有良好的推广价值。
关键词：渗铝；机械性能；抗高温氧化；耐腐蚀；硫酸装置；应用
1、概述随着硫酸技术的不断进步，生产硫酸的装置向着多样化（如硫磺制酸、冶炼气制酸等）、大型化发展，新设备、新材料的应用使硫酸生产装备上了一个新台阶，为降低成本、节约投资打下了良好的基础。渗铝钢的应用就是一个例子。渗铝钢是将金属（包括低碳钢、不锈钢、铸铁等）进行表面化学热处理，使钢材表面形成0.1-0.3mm厚的铝--铁合金层，从而使其使用温度比原母材提高200-300℃，对于低碳钢还可显著提高其抗氧化耐腐蚀性能，延长使用寿命，在某些场合甚至可代替耐热钢或不锈钢使用。
2、渗铝钢的组织结构和性能2．1组织结构热浸渗铝是指在融熔铝液中，使钢材表面形成铝--铁合金镀层的一种表面化学热处理方法。热浸铝层按其生产方法可分为浸渍型的扩散型两种。工件经热浸后直接从熔融铝液中取出经空冷凝固即为浸渍型，其表面不光滑，常有铝吸附和过剩的铝液凝固，且厚度不均匀。典型的浸渍型渗铝组织大致可分为两层：外层为纯铝，化学成分与原铝液成分相近，在纯铝层的下面是铝--铁相互扩散而形成的化合物层，呈不整齐齿状的钢基分布。扩散型则是把经过热浸铝后的工件放入空气电炉中，加热到850-920℃，保温3-4小时，然后取出空冷，在这种扩散退火处理过程中，表层的铝熔化并向金属基体内扩散渗透，纯铝层消失，齿状特征也不存在，从而形成铝--铁化合物和固熔体结晶组织的表面，这种表面具有耐高温、抗氧化和防腐蚀的性能。国内外的多次实验及实践均证明：只要渗铝层表面具有不低于7%的含铝量，就能保护金属基体，减慢以至阻止氧化和腐蚀。浸渍型热浸铝层工艺流程：除油--除锈--预镀--热浸铝--校正--清理--检验。扩散型热浸铝层工艺流程：除油--除锈--预镀--热浸铝--校正--清理--检验--扩散处理--校正--清理--检验。渗铝层的厚度和浓度是评价渗铝工件渗铝质量的两个主要指标，但更关键的是渗铝工件表面铝的浓度而不是厚度，渗铝层薄而铝浓度高的比渗铝层厚而铝浓度低的更能耐高温氧化和腐蚀。
2．2机械性能工件渗铝后，其机械性能变化不大，对于低碳钢由于采用高温扩散退火，其抗拉强度略有下降（约下降0.2-0.3MPa），渗铝层的硬度很高，耐磨性也较好。高温短时强度通过渗铝后有所改善，而且蠕变值有较大的提高。
2．3抗高温氧化性能我们知道，铝是一种较活泼的金属，在大气中其表层极易与氧结合形成氧化铝薄膜，这种氧化铝薄膜是稳定、致密、无孔和连续的。它能阻止金属基体和高温或腐蚀介质的直接接触，避免其受到氧化。但是，由于铝的熔点较低，仅600多度，如果金属表面喷铝，由于铝层是喷镀上去的，没有形成铝--铁化合物，在高温下铝层易融化或脱落，使用效果不好。而渗铝后形成的铝--铁合金熔点高达1135-1200℃，当渗铝工件渗铝层表面含铝量大于7%时，其致密的结构就能阻止氧和其它有害介质的侵蚀，把钢基体与介质隔离开，抑制了金属元素和介质通过它的扩散和界面反应。试验表明，钢材渗铝后，其使用温度可提高200-300℃。但是，随着工件使用温度的升高，高温氧化加剧，高温氧化的发展取决于渗层/氧化膜/气体两个界面上化学反应的进行，而这两个界面的化学反应则受氧化膜结构的组成所控制。在高温下，由于扩散的化时生成的氧化铝消耗了部分的铝，同时还有部分的铝原子蒸发，导致渗层表面的铝浓度降低，从而产生表面铝的贫化现象，致使氧化介质通过氧化膜的速度加剧，界面反应加速，造成渗层的铝--铁合金氧化消耗率大于其生成增长率，最终导致铝--铁合金的减少乃至消失，所以，工件的使用温度越高，其使用寿命越短。因此，在不同的使用环境下应使用不同成分的基材，才能形成不同结构的氧化膜，以期得到最好的使用效果。某些钢材在渗铝前后开始氧化的温度如表1所示，如果使用时间在1000-1500小时以内，可按表列温度乘以00.9-0.85的系数，即可作为使用温度，如果使用时间在5000小时以上，则乘以0.85-0.8的系数。表1部分钢材渗铝前后开始氧化的温度
钢种母材（℃）渗铝（℃）低碳钢5701000铸铁600900含铬铸铁（Cr1.5）6509500Cr1375011500Cr18Ni99501250Cr25Ni201200130010号钢试样渗铝前后在加热5小时后的氧化增重速度测定数据见表2表2试样在不同温度下加热5小时的氧化增重速度（g/m2h）
试样材料及状态温度（℃）10501125120010号钢渗铝前21028733410号钢渗铝后3-55-