四种锅炉管材料650℃/26MPa的蒸汽氧化研究

研究了S30432、TP347H、TP310HCbN和T91钢4种锅炉管材料在650℃/26MPa超临界水蒸气中的氧化行为,氧化1 500h后,采用增重法测量试样单位表面上的质量变化,用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析氧化膜表面及截面形貌、微观结构和元素分布,用X射线衍射仪(XRD)进行氧化膜物相表征.结果表明:4种材料氧化情况差异显著,其抗蒸汽氧化性能很大程度上取决于合金中Cr元素的含量;4种材料都形成了双层氧化膜结构,包括内层富Cr尖晶石型氧化物及外层铁氧化物(Fe3O4或Fe3O4+Fe2O3);氧化膜中形成的孔洞会成为阳离子由材料基体向氧化膜/蒸汽界面扩散,以及氧和水分子由氧化膜/蒸汽界面向金属基体扩散的快速通道,使氧化速率加快;S30432、TP347H及TP310HCbN氧化膜的剥落机制可用屈曲模型解释,T91钢氧化膜的剥落机制可用楔入模型解释.     

锅炉过热器蒸汽侧氧化膜瞬态应力的有限元分析

采用有限元方法,计算并分析了过热器管基体及氧化膜内的温度和应力情况,通过稳态分析得到了稳定工况下的温度和应力分布;在此基础上又进行了瞬态分析,分别考虑了蒸汽侧温度和烟气侧温度两种情况下的扰动,得到了扰动后温度和应力的响应曲线.结果发现:蒸汽侧扰动时,氧化膜内温度和应力的变化都很大,更易于造成氧化膜的剥落.     

涡轮叶片用渗Al涂层高温氧化行为

采用料浆法在涡轮叶片材料K4104镍基高温合金表面制备渗Al涂层,利用静态高温氧化以及多种物理测试方法研究了渗Al涂层的防护性能。对试验过程中氧化动力学特征及氧化膜形貌的变化进行了深入的分析。试验结果表明:渗Al涂层改善了合金的抗氧化性能;长时间的高温氧化使渗Al涂层/基体间出现空洞,导致氧化膜剥落,涂层的抗氧化性能有一定程度减弱。     

锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的形成及剥落机理研究进展

综合分析了各种类型的锅炉耐热钢管蒸汽侧氧化皮的微观形貌、氧化皮的层结构和成分组成。锅炉耐热钢蒸汽侧所生成的氧化皮有双层和3层结构,双层和3层结构的氧化皮的剥落位置发生在不同的亚层。对锅炉管内壁氧化皮剥落部位进行氧化皮生长的跟踪研究,可以得到氧化皮进一步生长的规律。氧化皮各层氧化物与基体金属间由于线性热膨胀系数差异所产生的热应力是导致氧化皮产生开裂和剥落的最根本原因,防治氧化皮大面积剥落的措施主要是抑制氧化皮生长速率和减少热应力的大幅度变化。由于实验室的试验条件难以模拟实际锅炉的蒸汽参数和应力变化,开发实验条件接近实际锅炉的蒸汽氧化试验是研究新型耐热钢内壁氧化皮生长及剥落机理的发展方向。     

10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜的形态特征

对某电厂锅炉过热器和再热器受热面10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜进行了金相、扫描电镜、能谱和X衍射等试验分析,研究了蒸汽侧氧化膜的形态特征及其形成规律.结果表明:蒸汽侧10CrMo910钢管氧化膜分为内、外2层,内层为富含孔洞的富Cr层的非均质氧化膜,外层为疏松而细小的Fe3O4和Fe2O3;金属基体与内层氧化膜的界面处存在内氧化,使界面结合紧密;内层与外层氧化层界面不明显,离解后的氧化物颗粒较少,界面黏附强度较高,且内、外层氧化膜均由纳米和微米级颗粒组成,由于热膨胀系数不同导致应力大部分由氧化颗粒间空隙吸收;10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜难以剥落,且增厚的氧化膜容易导致受热面钢管长期处于过热状态.     

表面状态对TP347H钢蒸汽氧化速度的影响

研究了磨削、喷丸、细晶粒＋酸洗、磨削＋酸洗和15％变形＋酸洗等5种状态TP347H钢试样在650℃水蒸气中氧化2000h的表面形态和氧化速度．用蒸汽氧化炉进行蒸汽氧化试验,用扫描电子显微镜和能谱仪对氧化后试样表面氧化膜的形貌和成分进行了观察和分析,用X射线衍射（XRD）分析了表面氧化膜的结构,用减重法和厚度法测试和计算了5组TP347H试样在蒸汽中的氧化速度．结果表明：表面状态不同的试样在水蒸气中氧化时,形成的氧化膜形貌相似,但氧化速度不同．氧化速度由小到大依次为磨削试样、喷丸试样、细晶粒＋酸洗试样、磨削＋酸洗试样和15％变形＋酸洗试样．     

超(超)临界锅炉高温受热面蒸汽氧化皮的生长与剥落特性

阐述了超(超)临界锅炉高温受热面蒸汽氧化皮的晶粒特点,重点分析了铁素体钢和奥氏体钢蒸汽氧化皮的结构特征及其生成和脱落现律.指出高温受热面蒸汽氧化皮的产生是不可避免的,应进一步研究各种运行条件对氧化皮程度、结构形态和剥落时机的影响,以便从机组的运行方式、检修策略和控制理念等各方面来预测和防止氧化皮的危害.     

C-HRA-5和HR3C钢在650℃超临界水中的高温氧化行为

在650℃和压力为27 MPa的蒸汽中对太原钢铁(集团)有限公司产C-HRA-5(简称C5)钢和HR3C奥氏体耐热钢进行了不同氧化时间的超临界水蒸气氧化试验,研究了不同氧化时间表面氧化层的形貌和结构组成,并分析了氧化层截面形貌及氧化机制。结果表明:材料在200 h之前增重较快,而氧化时间在200~2000 h氧化速率较慢,这说明材料在超超临界水环境中的氧化可以分为保护性氧化膜的生长和致密氧化膜形成后材料缓慢氧化2个阶段。随氧化时间延长到2000 h,2种钢均形成了外层为Fe₂O₃和Fe₃O₄,内层为致密的Cr₂O₃和(Fe,Ni)Cr₂O₄的双层氧化层结构。C5钢和HR3C钢在650℃超临界水蒸气中的抗氧化性能相近,均可以作为高参数等级超超临界电站锅炉关键部位的备选材料。     

过热器和再热器氧化皮开裂与剥落的预测与控制

建立了应用于过热器和再热器的铁素体钢和奥氏体不锈钢管蒸汽侧氧化皮发生开裂和剥落时的临界应变随氧化皮厚度变化的模型,根据临界温度降幅与临界应变的关系,得到临界温度降幅与氧化皮厚度的关系.铁素体和奥氏体不锈钢管的氧化皮发生开裂和剥落时的临界应变均随氧化皮厚度增大而减小.公开发表的氧化皮厚度及其应力与所建立模型的临界值相吻合...     

HR3C在750℃空气和水蒸气中的高温氧化行为研究

利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对奥氏体不锈钢HR3C在750℃静态空气和纯水蒸气中的高温氧化行为进行了对比研究,基于对氧化膜微观结构的细致表征,探讨了HR3C在2种气氛中的氧化机制.结果表明:在2种气氛中,HR3C表面均形成连续的(Cr,Mn)2O3膜;静态空气中HR3C合金的氧化动力学均呈现分段式抛物线规律;水蒸气的存在使得(Cr,Mn)2O3膜破裂这一过程提前并大幅加速合金的氧化,导致纯水蒸气中HR3C的氧化动力学整体偏离抛物线规律;(Cr,Mn)2O3膜的破裂是膜与基体界面空洞和膜内生长应力综合作用的结果,这使得裸露的金属基体直接与高温空气或水蒸气反应,形成Fe3O4瘤状物.     

600 MW超临界锅炉高温过热器T23和T91金属氧化膜热应力分析

以某600 MW超临界锅炉高温过热器为研究对象,分析了氧化膜厚度、生长温度和热膨胀系数等参数对金属管内蒸汽侧氧化膜热应力的影响.基于有限元方法建立了圆管数值计算模型,计算得到不同厚度和不同生长温度下T23和T91金属蒸汽侧氧化膜从生长温度冷却至常温时的热应力变化,并依据热应力的变化特征确定了这2种金属管材蒸汽侧氧化膜易发生脱落的温度范围.结合锅炉出口蒸汽温度与高温过热器指定位置处氧化膜温度的关系,提出用出口蒸汽温度判别氧化膜是否处于易发生脱落的温度范围的方法,给出了该锅炉停炉时的出口蒸汽温度值.结果表明：2种金属管材在冷却过程中低于一定温度时,其氧化膜的应力达到或接近最大应力值,可以依此判断氧化膜是否处于易发生脱落的危险区域.     

喷丸不锈钢管长时抗蒸汽氧化能力

随着火电锅炉蒸汽温度增加，过热器（SH）和再热器（RH）的大部分均采用奥氏体不锈钢，特别是18-8不锈钢。经几年服役后，在管内表面形成的氧化膜将会非常厚并引发氧化膜剥落问题。众所周知，喷丸18-8不锈钢管有足够抗蒸汽氧化能力。因此，许多电厂在锅炉SH和RH上使用了喷丸钢管。对长期用于锅炉SH和RH上的钢管，研究了喷丸对其抗蒸汽氧化能力的影响。在538／566℃服役10年、593／593℃服役6年后，喷丸管子的氧化膜厚度非常薄。经750℃的蒸汽抗氧化性试验证实，喷丸效果是极其明显。     

锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜在线监测技术研究

建立了高温受热面炉内壁温在线监测模型、氧化膜生长模型、氧化膜应力在线监测计算模型和氧化膜脱落评估模型等.在此基础上,开发了锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜管理系统,并利用该系统对某600MW超临界锅炉高温受热面炉内管壁温度和蒸汽侧氧化膜厚度及应力状态进行实时计算与分析.结果表明:利用该系统可以减小沿烟道宽度方向的热偏差,有效降低偏差屏的炉内温度,减缓管内氧化膜生成速率;通过对温度变化速率、氧化膜应力状态的实时监测,可以积极预防氧化膜的脱落和堆积.     

超临界锅炉受热面氧化皮问题的研究

本文介绍超临界机组受热面氧化皮的产生机理,主要是受热面使用的奥氏体不锈钢材料在长期高温运行,在温度变化时产生剥离.介绍了氧化皮对机组运行产生的危害.本文给出了一些措施来控制超临界机组受热面氧化皮的产生.     

过热器受热面蒸汽氧化层形成机理研究

针对电厂锅炉屏式过热器TP304H钢管内壁蒸汽氧化现象,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱和X射线衍射等测试技术,对其氧化层表面形貌,管内壁截面的Fe、Cr、Ni元素分布以及氧化层的物相进行了分析。研究结果表明:TP304H奥氏体不锈钢氧化层为双层结构,其内层为铁铬尖晶石结构FeCr2O4,外层为Fe3O4和Fe2O3氧化物结构,而Fe3O4多孔疏松结构和多层氧化物热膨胀系数差异是导致长期运行后氧化层的剥落重要原因。     

600MW超临界机组高温氧化皮问题的探讨

论述了600MW超临界机组高温氧化皮的生成及危害,对检测和清理高温氧化皮的方法进行了介绍,探讨了高温氧化皮受控剥落的可能性,提出来彻底解决高温氧化皮的方向。     

锅炉奥氏体不锈钢在模拟煤灰和高硫烟气环境中腐蚀行为的研究

在模拟煤灰和高硫烟气环境中研究了3种锅炉用奥氏体不锈钢TP347HFG、Super304H和HR3C在650℃的高温腐蚀行为及腐蚀机理.通过不连续称重法测量试样质量的变化,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X-射线衍射(XRD)等分析方法研究腐蚀产物的形貌、元素分布和腐蚀产物物相.结果表明:经500h高温腐蚀后,3种合金均出现腐蚀损失,但HR3C腐蚀程度较TP347HFG和Super304H轻;TP347HFG和Super304H合金腐蚀产物分层生长且剥落严重,外层氧化膜为Fe_2O_3,内层为Cr_2O_3层及大量内硫化物;HR3C表面形成了保护性的(Cr,Fe)_2O_3氧化膜,未见明显的剥落现象.     

蒸汽侧氧化膜对锅炉T91钢管蠕变断裂寿命的影响

建立了电站锅炉T91钢管蠕变断裂寿命计算模型,定量分析了蒸汽侧管壁温度和等效应力对T91受热管蠕变断裂寿命的影响,并对不同热负荷、不同尺寸受热管的计算结果进行了比较.结果表明:蒸汽侧氧化膜导致管壁温度升高是缩短部件蠕变断裂寿命的主要原因,等效应力增大是次要原因;受热管的蠕变断裂寿命随蒸汽侧氧化膜厚度的增加呈抛物线缩短;随管子热负荷的增加,蒸汽侧氧化膜对受热管蠕变断裂寿命的影响程度加剧;蒸汽侧氧化膜对外径较小的厚壁管子蠕变断裂寿命的影响较大.     

加氧运行对超临界锅炉再热器TP347H钢管内壁氧化皮增厚速度和剥落的影响

借助于扫描电镜和能谱仪、X射线衍射仪等测试手段分析了某电厂加氧运行前后超临界锅炉再热器TP347H钢管氧化皮的厚度、结构组成、截面和表面的形态及成分变化,得出了加氧运行使再热器TP347H钢管内壁氧化皮快速增厚和促进氧化皮早期剥落的结论.     

Al基涂层和Ni-Cr基涂层抗蒸汽氧化性能研究

对T91+Al基涂层和T91+Ni-Cr基涂层在600℃/27 MPa蒸汽参数下的氧化性能进行了研究,氧化1 300 h后,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了氧化膜表面及横截面形貌、微观组织结构和元素分布。结果表明:Al基涂层和Ni-Cr基涂层的抗蒸汽氧化性能显著优于T91钢试样,且Al基涂层的抗蒸汽氧化性能优于Ni-Cr基涂层;蒸汽氧化过程中Al基涂层表面形成了以Al的氧化物(Al氧化物为主,一定量的Si氧化物和Cr氧化物)为主的连续致密氧化膜;蒸汽氧化过程中Ni-Cr基涂层表面形成了富Ni和Cr的氧化膜。