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专利名称：一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法
一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法技术领域
本发明属于提取不锈钢中微量碳化物技术领域，具体涉及一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法。
背景技术：
Super304H钢是近年来迅速发展的新型细晶粒奥氏体耐热钢，主要特点是在 TP304H钢的基础上添加3%铜和O. 5%铌，在奥氏体基体中形成NbCrN、Nb (N, C)、M23C6和细富铜相。由于其优异的持久强度、高温抗氧化性能、抗蒸汽腐蚀性能和性价比，广泛用于制造超超临界火电机组锅炉高温段过热器和再热器。超超临界机组锅炉高温段过热器和再热器的设计温度一般为600 610°C，正处于Super304H钢的敏化温度(450 825 V )的中心区域。在运行过程中，很多机组的Super304H钢材质的过热器和再热器出现奥氏体不锈钢中的碳化物的析出和奥氏体晶界的贫铬现象，从而导致晶间腐蚀而发生泄漏事故。因此，对Super304H奥氏体不锈钢中碳化物进行定量分析，包括含量测定、形态和结构分析， 对Super304H在超超临界机组运行和高温时效过程中的组织演化、性能衰退和寿命评估方面具有重要意义。
目前，从合金中提取微量碳化物的方法为电解萃取法。电解萃取可以将第二相从基体中提取出来，避开基体含量的影响，对于含量较少的第二相的结构和成分分析很有帮助。钢和铁碳合金大部分是多相结构，其中碳部分固溶在α-Fe或Y-Fe基体中，部分以第二相碳化物的形式析出。电解时，金属材料作为阳极，其中的固溶体基体在电流作用下，失去电子成离子状态进入电解液，而试样中的碳化物、非金属夹杂物等则会掉落在溶液中，少部分以残渣的状态吸附在试样表面。
为保证碳化物萃取的质量，需要合适的电解液、电流密度和电解温度，更需要合适的收集碳化物的材料，目前，低合金耐热钢碳化物萃取利用的半透膜通常用液态火棉胶来制作，由于火棉胶会溶于奥氏体不锈钢电解萃取的电解质，因此不适用于奥氏体不锈钢的萃取碳化物的提取。
所以，现有技术中对Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的提取效率不高，需要对Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的提取方法进行改进。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，该方法通过选取合适的电解液、电流密度、电解温度以及收集碳化物的材料， 能成功的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物，且碳化物损失少，提取效率高。
本发明所要解决的上述技术问题是通过如下技术手段来实现的一种提取 Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，采用电解萃取法，以Super304H奥氏体不锈钢样品作为阳极，以普通不锈钢作为阴极，以含弱酸性的氯化盐或盐酸作为电解液，在阳极和阴极之 间设置截留分子量为14000的纤维素型半透性膜，所述纤维素型半透性膜不溶于电解液但能让电解液中的离子自由穿过，所述纤维素型半透膜还能有效阻止碳化物的穿透，将Super304H奥氏体不锈钢样品置于纤维素型半透性膜中，进行电解萃取后，碳化物沉积在纤维素型半透性膜上，收集即获得碳化物。该方法在阴极和阳极间引入半透性膜，即透析膜，其主要成分为纤维素，便于收集阳极上的碳化物和保证电解过程的畅通。本发明中所述电解液优选由以下体积百分含量的组分组成5%的盐酸、2%的柠檬酸以及5%的甘油，其余为甲醇。本发明电解萃取时，电流密度优选为0.05A/cm2 0.07A/cm2，电解温度优选为-5°C +5°C之间。电解液电解液为弱酸性的氯化盐或盐酸溶液。采用含氯离子的溶液是因为氯盐易溶解，不会产生阳极钝化，可以保证阳极的活性；采用酸性可避免碳化物被分解，同时与阳极溶解下来的铁离子形成络合物，防止析出氢氧化铁沉淀。电流密度0. 05A/cm2 O. 07A/cm2。这种低电流密度可减少阳极发生40H_-4e_ — 2H20+02反应，同时抑制阴极产生氢氧化铁沉淀，从而减少碳化物被分解或氧化。电流超过O. O7A/Cm2易引起阳极钝化。电解温度5°C以下可以防止因氧化反应而引起的碳化物分解。本实验采用在泡沫箱中加入冰水混合物的方法保证电解液温度在5°C以下。本发明所述Super304H奥氏体不锈钢样品优选制成圆棒状。作为本发明的一种优选的实施方式，本发明在所述Super304H奥氏体不锈钢样品的一端设有内螺纹孔，便于样品的固定和连接。
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本发明所述阴极优选制成圆筒状，保证阳极碳化物萃取的均匀。本发明所述截留分子量为14000的纤维素型半透性膜优选为市售的双层纤维素胶纸。型号为MWCO 7000透析袋-34,品牌为Green Bird,生产厂家为Shanghai Green BirdScience&Technology Development Co, · LTD,其化学式为(C6HltlO5)n。本发明优选将纤维素型半透性膜制成胶囊状，便于电解萃取时收集碳化物。本发明中提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，采用电解萃取法，提取过程中需要进行以下准备1、试样作为一种较好的实施方式,萃取试样(阳极)机可以加工成<i)6X60mm的圆棒状试样，且在试样一端加工出一个M3的内螺纹孔,用于萃取时试样与导线的连接和固定，并在连接处用石蜡密封。试样加工前均进行断面的金相检验，以确定材料在热处理或运行过程中是否存在脱碳现象，如有脱碳层必须加工除掉。加工好的试样用无水乙酸洗去油污，然后烘干、称量并记录重量，放入干燥器中。2、阴极阴极采用厚度为1_的普通不锈钢板做的圆形容器，做成圆筒状是为保证阳极表面电流的均匀性和稳定的电流密度，以保证阳极碳化物萃取的均匀性。作为一种较好的实施方式，不锈钢圆形容器规格可以采用Φ105Χ160_。3、胶囊为了收集萃取的碳化物和保证电解过程畅通，在阴极和阳极间引入用纤维素胶纸制作的半透性胶囊。胶囊的原材料为双层纤维素胶纸(可在市场购买)，其宽度约为44_，然 后将一端用夹子夹紧或用胶水将其密封，在双层纤维素纸中注水或吹气将其分离，形成胶 囊状，以便萃取实验时收集碳化物用。
4、萃取装置
将称量过、按要求组装好的阳极试样放置在纤维素胶囊内，并用挡板固定在阴极 塑料支架的阳极缺口处。电解时可以多个试样同时进行，组成一个或多个电解槽。在这里， 电解液冷却装置(5°C以下)采用装有冰水混合物的泡沫保温箱来实现。
5、电解质的配置
作为一种较好的实施方式，电解质可以配置体积百分含量为5%盐酸+体积百分含 量为2%的柠檬酸+体积百分含量为5%甘油的甲醇溶液。
6、碳化物的提取
经一定时间电解后，阳极部分溶解，其中溶解的金属离子通过半透膜进入电解质， 而碳化物不能穿过半透膜，被阻隔在半透膜内部，沉积在膜的内表面。将纤维素胶囊内侧的 碳化物倒出到烧杯中，并用甲醇溶剂进一步清洗碳化物中残留的电解液。
与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明能很好地克服电解萃取方法中的 半透膜易溶于奥氏体不锈钢中的电解质的缺点，从而有效地从奥氏体不锈钢中提取微量碳 化物。


图1a是实施例1-3中碳化物电解萃取试样超级奥氏体不锈钢Super304H试样加 工过程图1b是实施例1-3中碳化物电解萃取试样超级奥氏体不锈钢Super304H阳极试 样连接实物图2是实施例1-3中采用的碳化物电解阴极；
图3a是实施例1-3中采用的纤维素胶纸；
图3b是实施例1-3中采用纤维素胶纸制成纤维素胶囊的制作过程；
图4a是实施例1-3中碳化物电解萃取装置示意图4b是实施例1-3中萃取装置连接实物图5是实施例1中提取碳化物的宏观形貌图6是实施例1-3和用火棉胶囊制备的碳化物的XRD图谱；
图7实施例1中提取的碳化物的SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
第一部分从Super304H奥氏体不锈钢中提取微量碳化物的方法
实施例1
I)阳极试样的制备
以从Super304H奥氏体不锈钢中提取微量碳化物为例说明本发明的方法。所采用 的不例材料均为日本住友生产的Super304H奥氏体不锈钢,其化学成分如表I所不。
表I原材料Super304H不锈钢的化学成分
权利要求
1.一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，采用电解萃取法，以Super304H奥氏体不锈钢样品作为阳极，以普通不锈钢作为阴极，以含弱酸性的氯化盐或盐酸作为电解液，其特征在于在阳极和阴极之间设置截留分子量为14000的纤维素型半透性膜，所述纤维素型半透性膜不溶于电解液但能让电解液中的离子自由穿过，所述纤维素型半透膜还能有效阻止碳化物的穿透，将Super304H奥氏体不锈钢样品置于纤维素型半透性膜中，进行电解萃取后，碳化物沉积在纤维素型半透性膜上，收集即获得碳化物。
2.根据权利要求1中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于所述电解液由以下体积百分含量的组分组成5%的盐酸、2%的柠檬酸以及5%的甘油，其余为甲醇。
3.根据权利要求1中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于电解萃取时，电流密度为O. 05A/cm2 O. 07A/cm2,电解温度为_5°C +5°C范围内。
4.根据权利要求1中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于所述Super304H奥氏体不锈钢样品制成圆棒状。
5.根据权利要求4中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于在所述Super304H奥氏体不锈钢样品的一端设有内螺纹孔，便于样品的固定和连接。
6.根据权利要求1中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于所述阴极制成圆筒状，保证阳极碳化物萃取的均匀。
7.根据权利要求1中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于所述截留分子量为14000的纤维素型半透性膜为市售的双层纤维素胶纸。
8.根据权利要求7中所述的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，其特征在于将纤维素型半透性膜制成胶囊状，便于电解萃取时收集碳化物。
全文摘要
本发明公开了一种提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物的方法，采用电解萃取法，在阳极和阴极之间设置截留分子量为14000的纤维素型半透性膜，所述纤维素型半透性膜不溶于电解液但能让电解液中的离子自由穿过，所述纤维素型半透膜还能有效阻止碳化物的穿透，将Super304H奥氏体不锈钢样品置于纤维素型半透性膜中，进行电解萃取后，碳化物沉积在纤维素型半透性膜上，收集即获得碳化物。该方法通过选取合适的电解液、电流密度、电解温度以及收集碳化物的材料，能成功的提取Super304H奥氏体不锈钢中微量碳化物，且碳化物损失少，提取效率高。
文档编号G01N1/34GK103048180SQ20121053578
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者张春雷, 高岩, 郑志军, 钟飞, 熊夏华 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华南理工大学