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Role of alloying elements in steels on metal dusting

1998; Wiley; Volume: 49; Issue: 5 Linguagem: Alemão

10.1002/(sici)1521-4176(199805)49

1521-4176

S. Strauß, H. J. Grabke,

Metallurgical Processes and Thermodynamics

Metal dusting of Fe-Ni-Cr alloys has been observed in industrial processes in strongly carburizing atmospheres at temperatures from 450°C to 800°C. At temperatures below 650°C the alloys are generally not able to form dense, well adherent oxide layers in spite of relatively high Cr-contents, therefore, metal dusting can take place. Already a lot of experimental work has been done to elucidate the mechanism and to compare the resistance against metal dusting for high alloy steels [1]. The intention of this study was to obtain additional information concerning the role of alloying elements and the effects of carbide precipitates in austenitic high alloy steels such as Alloy 800. The susceptibility to metal dusting was determined by measuring the metal loss under metal dusting conditions of Fe-20%Cr-32%Ni alloys modified with additions of different carbide formers (W, Mo, Nb) or oxide formers (Si, Al). The samples were exposed at 600°C in a CO-H2-H2O-gas mixture for repeated periods up to 500 – 1500 h. The attack by the oxidizing and carburizing atmosphere leads to the precipitation of internal carbides and metal dusting and more or less to formation of an oxide layer. In comparison to the undoped material, the addition of carbide formers retards the initiation of metal dusting attack. The additions of Si and Al seem to prevent metal dusting under the given laboratory conditions. When carbides are present at the metal surface, they affect the initial oxide growth and have a negative effect on the protectivity of scales. Very striking is the effect of Ce, this rare earth element is generally known to favour Cr-oxide formation and to improve the adherence of the oxide layer [2], but in the case of metal dusting it clearly enhances metal dusting and metal wastage. Rolle der Stahllegierungselemente beim metal dusting Das metal dusting von Fe-Ni-Cr-Legierungen ist in industriellen Prozessen in stark aufkohlenden Atmosphären bei Temperaturen von 450 bis 800°C beobachtet worden. Bei Temperaturen unterhalb 650°C können diese Legierungen normalerweise dichte, gut haftende Oxidschichten trotz relativ hoher Cr-Gehalte nicht bilden, deshalb kann metal dusting stattfinden. Bereits etliche experimentelle Untersuchungen sind durchgeführt worden, um den Mechanismus des metal dusting für hochlegierte Stähle aufzuklären und um ihre Widerstandsfähigkeit gegen metal dusting zu vergleichen. Die Absicht dieser Untersuchung war es, zusätzliche Informationen zu erhalten über die Rolle von Legierungselementen und die Einflüsse von Karbidausscheidungen in austenitischen Stählen, wie Alloy 800. Die Empfindlichkeit gegen metal dusting wurde bestimmt durch Messung des Metallverlustes unter metal dusting Bedingungen, und zwar für Fe-20%Cr-32%Ni-Legierungen, die modifiziert worden waren mit Zusätzen verschiedener karbidbildender Elemente (W, Mo, Nb) oder oxidbildender Elemente (Si, Al). Die Proben wurden bei 600°C in einem CO-H2-H2O-Gasgemisch für wiederholte Zeitabschnitte ausgelagert bis 500 – 1500 h insgesamt. Der Angriff durch die oxidierende und aufkohlende Atmosphäre führt zur Bildung innerer Karbide und zu metal dusting bzw. mehr oder weniger zur Bildung einer Oxidschicht. Im Vergleich zu dem undotierten Material hemmen die Zusätze von karbidbildenden Elementen den Beginn des metal dusting Angriffs. Die Zusätze von Si und Al scheinen metal dusting unter den gegebenen Laborbedingungen völlig zu unterbinden. Wenn Karbide an der Metalloberfläche vorliegen, beeinträchtigen sie das anfängliche Oxidwachstum und haben einen negativen Effekt auf die schützende Wirkung von Oxidschichten. Auffällig ist der Einfluß von Ce, dieses Seltenerdelement begünstigt normalerweise die Chromoxidbildung und verbessert die Haftung von Oxidschichten, aber in dem Fall des metal dusting wird durch Cer deutlich der metal dusting Angriff verstärkt und die Metallabtragung erhöht.