摘要
310S不锈耐热钢(0Cr25Ni20)是一种高Cr、Ni含量的奥氏体不锈耐热钢，具有良好的抗氧化性、室温和高温力学性能，普遍应用于热处理炉内胆、超超临界机组用过热器、再热器等方面。然而在上述工况下长期服役，310S钢均面临着蠕变、氧化等形式的失效。针对310S钢的高温氧化和低温蠕变已有许多学者开展了研究，但在高温蠕变方面的研究仍存在不足。因此为探究310S钢的高温蠕变及影响因素，本文对两种组织和成分存在差异的310S钢进行对比性研究，以期为310S不锈耐热钢的高温蠕变性能提升提供理论依据。同时，随着光热发电和熔盐储能技术的迅猛发展，目前作为主流储能介质的硝酸盐由于其热稳定性的制约将逐渐被热稳定性更好的氯盐所替代。而目前国内外对于不锈钢在氯盐中腐蚀机理尚不清晰，因此本文对310S钢的耐熔盐腐蚀性能进行研究，为氯盐用不锈钢的发展提供理论提供基础。 本文利用XPS、OM、XRD等表征了1#和2#310S钢的化学成分及组织结构，结果表明：1#和2#钢的组织差异主要体现在微合金元素含量、晶粒度和晶粒均匀性。1#钢在Mn、Si含量略高于2#钢，Mo、Cu含量低于2#钢。晶粒度评定表明，相同板厚下，2#钢的晶粒度大于1#钢，且2#钢的晶粒均匀性更好。 在1100℃下测试了310S钢的高温瞬时拉伸性能和蠕变性能(应力值为15、13、11、9MPa)，分析了蠕变机制并使用L-M参数法预测了5000h的许用应力。1#和2#钢的瞬时拉伸性能差异主要体现在延伸率，分别为116.5和133.75%，2#钢具有更好的高温延展性。1#和2#钢的蠕变性能差异主要体现在断裂寿命和稳态蠕变速率。相同应力条件下1#钢的断裂寿命均小于2#钢，15MPa时断裂寿命分别为4.18和7.09h，9MPa时分别为82.99和525.54h。2#钢的第二阶段保持时间更久，整体上稳态蠕变速率小于1#钢。2#钢的蠕变性能更好。断口分析表明两者的断裂方式均为穿晶断裂。1#和2#钢的蠕变机制均为晶界滑动，5000h的许用应力分别为5.04和7.02MPa。 采用失重法测试了800℃下310S钢在三元氯盐NaCl-KCl-MgCl2(33–21.6–45.4wt%)中的腐蚀动力学曲线，利用XRD、SEM、EDS和EPMA等手段表征腐蚀产物、表面及截面形貌和元素分布，研究了腐蚀机理。研究表明1#和2#钢的耐腐蚀性能差异主要体现在腐蚀速率。1#和2#钢在100h时腐蚀速率分别为2893.97和3090.60μm/year，500h时减小至622.80和952.26μm/year，2#钢的腐蚀速率在各个时间段均大于1#钢的腐蚀速率，耐蚀性能较差。试样表面的腐蚀产物主要包括MgO、富Cr相和基体相。腐蚀更易发生在晶界和晶界交汇处，试样表面形成了多孔组织，内充满以MgSiO3为主的腐蚀产物。试样表面存在严重的贫Cr现象，且2#钢的贫Cr区域更深。310S在熔盐中的腐蚀是由杂质(H2O、O2等)引起的，Cr、Si会被选择性溶解，与杂质和熔盐反应生成MgO、CrCl2、MgCr2O4和MgSiO3等腐蚀产物。
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