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山东无缝钢管厂:铁素体系合金ZMG®232氧化层结构简要介绍
发布者:聊城市德森管材有限公司   阅读:1720
 

山东无缝钢管厂:铁素体系合金ZMG®232氧化层结构简要介绍

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 ZMG232L在工作环境中可形成致密的Cr2O3氧化层,因此在其拥有固有的良好导电性的同时,还具有突出的抗氧化性。虽然连接体的抗氧化性还可以通过形成Al2O3氧化层得到,但Al2O3在ZMG232L工作温度下无导电性,因此在高温下电阻较小的Cr2O3氧化层合金适宜于SOFC连接体金属材料。
  随着SOFC研发工作的不断深入,20号无缝钢管对连接体金属材料提出了更高的要求——进一步提高抗氧化性和降低金属材料产生的Cr蒸发量以减轻对发电元件性能的影响。日立金属公司以ZMG232L为基础,通过添加合金元素和优化成分,实现了由尖晶石层和氧化铬层组成的具有导电性的氧化膜薄膜化、致密化的合金设计,开发了抗氧化性、导电性提高约2倍的新合金ZMG232G10。
  以下对ZMG232G10的氧化层结构和合金设计作简要介绍。
  当ZMG232L在氧化气氛中进行热处理后,35crmo无缝钢管工件表面形成双层结构的氧化层,表层是(Mn,Cr)3O4氧化层,内层(基体)是Cr2O3氧化层。抗氧化能力取决于Cr2O3氧化层,但其含有的Cr元素的蒸发会导致发电元件性能恶化,虽然(Mn,Cr)3O4氧化层对Cr蒸发会产生一定的抑制作用,但(Mn,Cr)3O4的氧化速度过快使得保护效果有限。
  针对上述问题,在合金设计上采取了如下措施。
  1)提高抗氧化性:减少Mn含量,降低(Mn,Cr)3O4的氧化速度;
  2)抑制Cr的蒸发:添加Cu,Cu扩散到(Mn,Cr)3O4氧化层中,使(Mn,Cr)3O4氧化层致密化。
  由于采取了上述的成分设计措施,使ZMG232G10比ZMG232L具有更好的抗氧化性,减少了Cr的蒸发量。
  4、ZMG232G10与不锈钢件的比较
  为实现SOFC商业化,必须降低各元件的生产成本。近年来对铁素体不锈钢在SOFC连接体中的应用问题进行了研究。以日立金属公司开发的ZMG232G10连接体与不锈钢件就抗氧化性进行性能比较,试验采用10mm厚的试样。由于板厚越薄,合金的抗氧化性越差,所以将不锈钢用作SOFC连接体材料时,需要注意其厚度设计。而采用ZMG232G10作SOFC连接体材料时,可以使用比普通不锈钢更薄的材料。
  氧化增量随时间变化越小,表示抗氧化性越好,如ZMG232G10抗氧化性明显优于SUS430。通常情况下,生成氧化层的合金氧化增量随时间的增长按抛物线规则增加,但SUS430氧化增量在氧化处理初期随时间的增长急剧增加。在氧化时间为2500h之前,SUS444氧化增量变化趋势与ZMG232G10基本一致,但超出之后

 

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