“高温应用中的不锈钢部件：铌助力减排” 线上研讨会圆满召开

现代工业最热门的话题之一是减少排放，以及所有参与者如何在供应链中协同合作以减少我们对环境的影响。如果您正在阅读这篇文章，您可能已经接触到该战略的一些重要举措，如车辆电气化、城市基础设施智能化、建筑减材料化、绿色能源发电、绿色氢倡议、固体氧化物燃料电池等方面。

许多技术正在发展和优化中，以支持实现这一具有挑战性的目标。因此，本文旨在探讨两个不同的业务领域，它们有一个重要的相似性；这两种设备都在高温下运行，而这类设备所用材料的性能对其正常运行至关重要。

 

细分市场：移动出行、自动化应用

目前已经很明确大部分车辆迟早会转变为电动汽车（BEV）或混动车型（HEV）。然而，在此之前，大部分车辆将继续使用“传统”内燃机（ICE）技术。考虑到这一点，需要强调的是优化排气系统的可能性。一个重要优化方向是在热端部件在更高的温度下服役，以及使催化转化器更靠近发动机，因为催化过程效率会更高，NOx排放可以得到更好的控制。

 

 

细分市场：能源应用

这是最重要和最有争议的部分之一，因为经济和社会繁荣将对能源的持续的需求。然而，大部分产生的能源来自化石燃料，如煤和天然气。

 

如今，新技术正在不断发展，（太阳能、风能、潮汐、氢气等）成为传统发电的可行替代方案。然而，在上述新技术投入使用和发挥效率之前，化石燃料仍然是必须的手段。因此，提高流程效率和控制排放对于我们的长期目标至关重要。正如在任何热过程中一样，在将能量转换为电能的过程中会有相当多的损失，许多文献表明，在较高的温度和压力下对饱和蒸汽进行操作将以非常积极的方式影响该过程的效率。

这些较高的温度在业界被称为先进超超临界（A-USC），其范围超过700℃。在如此高的温度下进行操作会对材料造成影响而可能导致设备出现故障。蠕变现象和氧化问题是此条件下需要考虑的重要问题。

 

因此，正确的选择材料对热交换器和锅炉的安全和高效性能至关重要。如同不锈钢在汽车中的应用，在能源行业也是首选的材料类别。

当暴露在极高的温度下时，不锈钢会承受可能导致失效的重要载荷情况，如热疲劳、热氧化以及如上所述的蠕变，这是本文旨在讨论的冶金问题。

简单地说，蠕变现象是会影响金属的，这是一种随时间变化的变形现象，通常会受到高温和恒定应力的影响。根据部件和材料的服役温度，导致材料失效所需的应力也可能不同，这意味着温度越高，情况越极端。

有很多蠕变机制，它们强烈依赖于应用的边界条件（材料、温度、载荷情况等），包括晶界滑移变形，这是本文的重点，也是涉及两种不同温度下应用（500°C和1050°C之间）的主要机制之一。

在不锈钢的化学成分中添加铌（Nb）对于在这些高温下产生良好性能至关重要，因为铌会沿晶界析出，在某些情况下，还会在晶粒内部析出。这些析出物以Nb（C，N）的形式存在，甚至以金属间相的形式存在，如Laves相。它们将钉扎晶粒，使滑移机制更难发生。这些析出物的溶解温度也将成为应用的瓶颈，因为一旦它们溶解，滑移就会变得容易。

许多正在进行的开发旨在通过研究化学成分、微观结构、机械性能和加工性能来提高这些材料的应用温度。一个重要的阻碍点是验证的时间和成本。例如，蠕变性能验证需要在多个应用场景中，每个温度下测试多达100000小时，这意味着超过11年的测试。因此，在制造链的所有参与者都参与的情况下，采用协作方法可以更高效，并能带来快速的结果。

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