Al含量對(duì)HK40合金顯微組織的影響

HK40合金在石化轉(zhuǎn)化爐管、輻射管和乙烯裂解爐管得到廣泛應(yīng)用。但是隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)爐管的性能提出更高的要求。爐管的抗結(jié)焦和抗?jié)B碳性能也成為乙烯裂解工業(yè)的關(guān)鍵，爐管的抗結(jié)焦性不好就需要頻繁地進(jìn)行清焦，導(dǎo)致爐管的使用壽命大大降低。

通過在Fe-Cr-Ni合金中加入Al元素生成金屬間化合物從而起到強(qiáng)化的作用，已在鎳基高溫合金中得到了大量應(yīng)用。Al的加入可以提高合金的抗氧化性、高溫強(qiáng)度、抗結(jié)焦性和抗?jié)B碳性能。有研究證實(shí)了HP40合金中加入5wt%~20wt%的A1替代Ni可以提高合金的抗結(jié)焦和抗?jié)B碳性能，而加入5wt%～10wt%的Al也明顯提高了合金的抗氧化性能。而當(dāng)鋼中的鋁含量達(dá)到或超過一定含量時(shí)，會(huì)顯著降低鋼的塑性和焊接性能，因此使鋼難于塑性加工及焊接。另外HP40合金為獲得奧氏體組織和良好的抗?jié)B碳能力，含有大量的Ni元素。如果加入Al元素并能在表面獲得致密Al2O3，則可能降低所需的Ni含量。從這個(gè)角度看，本文選擇了級(jí)別較低的HK40作為研究對(duì)象，主要研究鋁的加入對(duì)合金組織的影響，尤其是新生成金屬間化合物的形態(tài)及其分布，為下一步研究改性材料的力學(xué)性能、抗氧化腐蝕性以及防滲碳結(jié)焦等研究奠定基礎(chǔ)。

用線切割法從HK40爐管壁上切取尺寸約為30mm×20mm×4mm的試樣，爐管的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：1.21Si，24.64Cr，1.38Mn，54.74Fe，18.03Ni。試樣的六個(gè)表面用100#SiC砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化物，依次用丙酮溶液、蒸餾水清洗后吹干，稱取約180g的試樣四份，按0wt%、2wt%、4wt%、6wt%的比例加入純鋁，在真空電弧熔煉爐中加熱熔化，熔煉過程中采用氬氣保護(hù)。熔化的液體狀在水冷銅坩堝中保溫2min，關(guān)閉電弧，熔液在銅模中凝固。用線切割法從鑄錠上切取尺寸為20mm×10mm×1.5mm的試樣，在試樣邊緣切出一個(gè)Φ1.6mm小孔，用于掛樣。試樣的六個(gè)表面分別用100#、400#、800#和1200#SiC砂紙逐級(jí)進(jìn)行打磨。然后用研磨膏拋光并洗凈吹干。

當(dāng)加Al量為2wt%時(shí)，Al元素全部固溶于基體中，未形成沉淀相。顯微組織與HK40合金基本一致，即為奧氏體+碳化物。當(dāng)加Al量為4wt%時(shí)，析出的AlNi、Fe2Al5金屬間沉淀相彌散分布于基體相γ中。當(dāng)加Al量增加到6wt%時(shí)，基體相轉(zhuǎn)變成以鐵素體為主，同時(shí)有大量AlNi金屬間化合物析出。