專利名稱：一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法

　　一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于提取不銹鋼中微量碳化物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法。

　　背景技術(shù)：

　　Super304H鋼是近年來迅速發(fā)展的新型細(xì)晶粒奧氏體耐熱鋼，主要特點是在 TP304H鋼的基礎(chǔ)上添加3%銅和O. 5%鈮，在奧氏體基體中形成NbCrN、Nb (N, C)、M23C6和細(xì)富銅相。由于其優(yōu)異的持久強(qiáng)度、高溫抗氧化性能、抗蒸汽腐蝕性能和性價比，廣泛用于制造超超臨界火電機(jī)組鍋爐高溫段過熱器和再熱器。超超臨界機(jī)組鍋爐高溫段過熱器和再熱器的設(shè)計溫度一般為600 610°C，正處于Super304H鋼的敏化溫度(450 825 V )的中心區(qū)域。在運(yùn)行過程中，很多機(jī)組的Super304H鋼材質(zhì)的過熱器和再熱器出現(xiàn)奧氏體不銹鋼中的碳化物的析出和奧氏體晶界的貧鉻現(xiàn)象，從而導(dǎo)致晶間腐蝕而發(fā)生泄漏事故。因此，對Super304H奧氏體不銹鋼中碳化物進(jìn)行定量分析，包括含量測定、形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析， 對Super304H在超超臨界機(jī)組運(yùn)行和高溫時效過程中的組織演化、性能衰退和壽命評估方面具有重要意義。

　　目前，從合金中提取微量碳化物的方法為電解萃取法。電解萃取可以將第二相從基體中提取出來，避開基體含量的影響，對于含量較少的第二相的結(jié)構(gòu)和成分分析很有幫助。鋼和鐵碳合金大部分是多相結(jié)構(gòu)，其中碳部分固溶在α-Fe或Y-Fe基體中，部分以第二相碳化物的形式析出。電解時，金屬材料作為陽極，其中的固溶體基體在電流作用下，失去電子成離子狀態(tài)進(jìn)入電解液，而試樣中的碳化物、非金屬夾雜物等則會掉落在溶液中，少部分以殘渣的狀態(tài)吸附在試樣表面。

　　為保證碳化物萃取的質(zhì)量，需要合適的電解液、電流密度和電解溫度，更需要合適的收集碳化物的材料，目前，低合金耐熱鋼碳化物萃取利用的半透膜通常用液態(tài)火棉膠來制作，由于火棉膠會溶于奧氏體不銹鋼電解萃取的電解質(zhì)，因此不適用于奧氏體不銹鋼的萃取碳化物的提取。

　　所以，現(xiàn)有技術(shù)中對Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的提取效率不高，需要對Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的提取方法進(jìn)行改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，該方法通過選取合適的電解液、電流密度、電解溫度以及收集碳化物的材料， 能成功的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物，且碳化物損失少，提取效率高。

　　本發(fā)明所要解決的上述技術(shù)問題是通過如下技術(shù)手段來實現(xiàn)的一種提取 Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，采用電解萃取法，以Super304H奧氏體不銹鋼樣品作為陽極，以普通不銹鋼作為陰極，以含弱酸性的氯化鹽或鹽酸作為電解液，在陽極和陰極之 間設(shè)置截留分子量為14000的纖維素型半透性膜，所述纖維素型半透性膜不溶于電解液但能讓電解液中的離子自由穿過，所述纖維素型半透膜還能有效阻止碳化物的穿透，將Super304H奧氏體不銹鋼樣品置于纖維素型半透性膜中，進(jìn)行電解萃取后，碳化物沉積在纖維素型半透性膜上，收集即獲得碳化物。該方法在陰極和陽極間引入半透性膜，即透析膜，其主要成分為纖維素，便于收集陽極上的碳化物和保證電解過程的暢通。本發(fā)明中所述電解液優(yōu)選由以下體積百分含量的組分組成5%的鹽酸、2%的檸檬酸以及5%的甘油，其余為甲醇。本發(fā)明電解萃取時，電流密度優(yōu)選為0.05A/cm2 0.07A/cm2，電解溫度優(yōu)選為-5°C +5°C之間。電解液電解液為弱酸性的氯化鹽或鹽酸溶液。采用含氯離子的溶液是因為氯鹽易溶解，不會產(chǎn)生陽極鈍化，可以保證陽極的活性；采用酸性可避免碳化物被分解，同時與陽極溶解下來的鐵離子形成絡(luò)合物，防止析出氫氧化鐵沉淀。電流密度0. 05A/cm2 O. 07A/cm2。這種低電流密度可減少陽極發(fā)生40H_-4e_ — 2H20+02反應(yīng)，同時抑制陰極產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，從而減少碳化物被分解或氧化。電流超過O. O7A/Cm2易引起陽極鈍化。電解溫度5°C以下可以防止因氧化反應(yīng)而引起的碳化物分解。本實驗采用在泡沫箱中加入冰水混合物的方法保證電解液溫度在5°C以下。本發(fā)明所述Super304H奧氏體不銹鋼樣品優(yōu)選制成圓棒狀。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明在所述Super304H奧氏體不銹鋼樣品的一端設(shè)有內(nèi)螺紋孔，便于樣品的固定和連接。

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　　本發(fā)明所述陰極優(yōu)選制成圓筒狀，保證陽極碳化物萃取的均勻。本發(fā)明所述截留分子量為14000的纖維素型半透性膜優(yōu)選為市售的雙層纖維素膠紙。型號為MWCO 7000透析袋-34,品牌為Green Bird,生產(chǎn)廠家為Shanghai Green BirdScience&Technology Development Co, · LTD,其化學(xué)式為(C6HltlO5)n。本發(fā)明優(yōu)選將纖維素型半透性膜制成膠囊狀，便于電解萃取時收集碳化物。本發(fā)明中提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，采用電解萃取法，提取過程中需要進(jìn)行以下準(zhǔn)備1、試樣作為一種較好的實施方式,萃取試樣(陽極)機(jī)可以加工成

　　4、萃取裝置

　　將稱量過、按要求組裝好的陽極試樣放置在纖維素膠囊內(nèi)，并用擋板固定在陰極 塑料支架的陽極缺口處。電解時可以多個試樣同時進(jìn)行，組成一個或多個電解槽。在這里， 電解液冷卻裝置(5°C以下)采用裝有冰水混合物的泡沫保溫箱來實現(xiàn)。

　　5、電解質(zhì)的配置

　　作為一種較好的實施方式，電解質(zhì)可以配置體積百分含量為5%鹽酸+體積百分含 量為2%的檸檬酸+體積百分含量為5%甘油的甲醇溶液。

　　6、碳化物的提取

　　經(jīng)一定時間電解后，陽極部分溶解，其中溶解的金屬離子通過半透膜進(jìn)入電解質(zhì)， 而碳化物不能穿過半透膜，被阻隔在半透膜內(nèi)部，沉積在膜的內(nèi)表面。將纖維素膠囊內(nèi)側(cè)的 碳化物倒出到燒杯中，并用甲醇溶劑進(jìn)一步清洗碳化物中殘留的電解液。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明能很好地克服電解萃取方法中的 半透膜易溶于奧氏體不銹鋼中的電解質(zhì)的缺點，從而有效地從奧氏體不銹鋼中提取微量碳 化物。

　　圖1a是實施例1-3中碳化物電解萃取試樣超級奧氏體不銹鋼Super304H試樣加 工過程圖1b是實施例1-3中碳化物電解萃取試樣超級奧氏體不銹鋼Super304H陽極試 樣連接實物圖2是實施例1-3中采用的碳化物電解陰極；

　　圖3a是實施例1-3中采用的纖維素膠紙；

　　圖3b是實施例1-3中采用纖維素膠紙制成纖維素膠囊的制作過程；

　　圖4a是實施例1-3中碳化物電解萃取裝置示意圖4b是實施例1-3中萃取裝置連接實物圖5是實施例1中提取碳化物的宏觀形貌圖6是實施例1-3和用火棉膠囊制備的碳化物的XRD圖譜；

　　圖7實施例1中提取的碳化物的SEM形貌圖。

　　具體實施方式

　　下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

　　第一部分從Super304H奧氏體不銹鋼中提取微量碳化物的方法

　　實施例1

　　I)陽極試樣的制備

　　以從Super304H奧氏體不銹鋼中提取微量碳化物為例說明本發(fā)明的方法。所采用 的不例材料均為日本住友生產(chǎn)的Super304H奧氏體不銹鋼,其化學(xué)成分如表I所不。

　　表I原材料Super304H不銹鋼的化學(xué)成分

　　權(quán)利要求

　　1.一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，采用電解萃取法，以Super304H奧氏體不銹鋼樣品作為陽極，以普通不銹鋼作為陰極，以含弱酸性的氯化鹽或鹽酸作為電解液，其特征在于在陽極和陰極之間設(shè)置截留分子量為14000的纖維素型半透性膜，所述纖維素型半透性膜不溶于電解液但能讓電解液中的離子自由穿過，所述纖維素型半透膜還能有效阻止碳化物的穿透，將Super304H奧氏體不銹鋼樣品置于纖維素型半透性膜中，進(jìn)行電解萃取后，碳化物沉積在纖維素型半透性膜上，收集即獲得碳化物。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于所述電解液由以下體積百分含量的組分組成5%的鹽酸、2%的檸檬酸以及5%的甘油，其余為甲醇。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于電解萃取時，電流密度為O. 05A/cm2 O. 07A/cm2,電解溫度為_5°C +5°C范圍內(nèi)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于所述Super304H奧氏體不銹鋼樣品制成圓棒狀。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于在所述Super304H奧氏體不銹鋼樣品的一端設(shè)有內(nèi)螺紋孔，便于樣品的固定和連接。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于所述陰極制成圓筒狀，保證陽極碳化物萃取的均勻。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于所述截留分子量為14000的纖維素型半透性膜為市售的雙層纖維素膠紙。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，其特征在于將纖維素型半透性膜制成膠囊狀，便于電解萃取時收集碳化物。

　　全文摘要

　　本發(fā)明公開了一種提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物的方法，采用電解萃取法，在陽極和陰極之間設(shè)置截留分子量為14000的纖維素型半透性膜，所述纖維素型半透性膜不溶于電解液但能讓電解液中的離子自由穿過，所述纖維素型半透膜還能有效阻止碳化物的穿透，將Super304H奧氏體不銹鋼樣品置于纖維素型半透性膜中，進(jìn)行電解萃取后，碳化物沉積在纖維素型半透性膜上，收集即獲得碳化物。該方法通過選取合適的電解液、電流密度、電解溫度以及收集碳化物的材料，能成功的提取Super304H奧氏體不銹鋼中微量碳化物，且碳化物損失少，提取效率高。

　　文檔編號G01N1/34GK103048180SQ20121053578

　　公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日

　　發(fā)明者張春雷, 高巖, 鄭志軍, 鐘飛, 熊夏華 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 華南理工大學(xué)