预氧化对高温CO2环境下典型耐热材料腐蚀行为的影响研究

为提高耐热材料在高温CO₂中的抗腐蚀性能，以耐热材料Sanicro 25、HR6W、HR230和740H为对象，经高温O₂短时预氧化后开展CO₂腐蚀实验。采用分析天平测量耐热材料腐蚀前后质量变化；利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析仪表征腐蚀产物形貌、成分及其分布。实验结果表明：预氧化后耐热材料在900℃CO₂中的腐蚀动力学曲线符合抛物线规律；预氧化后4种耐热材料表面氧化物主要为Cr的氧化物和少量零星团状的Fe氧化物，该富Cr氧化膜有效减低腐蚀行为的离子扩散，从而降低耐热材料的腐蚀质量增加；耐热材料Sanicro 25和HR6W表面腐蚀层厚度减薄，而740H内氧化加剧。结合耐热材料腐蚀质量变化与腐蚀产物，高温预氧化处理可提高HR6W和HR230的抗高温CO₂腐蚀性能。     

700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律

利用热力学计算软件Thermo--Calc及镍基合金数据库,计算了三种700℃以上超超临界电站用过热器管道材料Inconel740、Inconel617和GH2984合金的热力学平衡相图,并对比了三种材料主要析出相的析出行为.计算结果表明:三种合金主要的析出相包括γ、γ'、碳化物、σ、η、δ、μ及α--Cr等,凝固过程中Mo、Nb和Ti元素偏析严重,会降低合金的初熔点,因此后期均匀化退火处理十分重要.另一方面,750℃时Inconel740合金γ'相析出量大于另外两种合金,并且Al和Ti含量对γ'相和η相析出行为有较大影响.碳化物的计算表明,Inconel617合金一次碳化物与另两种合金不同,并且其二次碳化物的析出温度范围最大.GH2984合金中Fe含量较大时会导致σ相出现,对合金的性能产生不利影响.     

镍基合金C276在超临界水中的腐蚀行为

研究镍基合金C276在550~650益/25 MPa超临界水中的腐蚀特性。采用腐蚀增重、扫描电镜、能谱和X射线衍射方法分析材料的氧化动力学、氧化膜形貌、合金元素分布和组织结构。结果表明,C276合金在超临界水中以均匀腐蚀为主,其腐蚀增重服从抛物线生长规律。当温度由550益升高到600益时,材料的腐蚀增重大约升高到3倍;当温度进一步升高到650益时,材料的腐蚀增重反而下降。 C276合金表面氧化膜分层不明显,氧化膜的主要成分为( Ni,Fe) Cr2 O4,同时其表层离散分布着大量的NiO氧化物颗粒。 C276合金表面氧化膜的保护性能主要取决于氧化膜内Cr含量,Cr含量越高其结构越致密,从而保护性能也越好。     

铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢在超临界水中的腐蚀行为

采用腐蚀增重法,结合扫描电镜、能谱分析和X射线衍射技术对比研究了铁素体/马氏体钢P92和奥氏体不锈钢HR3C在550~650°C/25 MPa的超临界水中的腐蚀行为.结果表明,2种材料以均匀腐蚀为主,并且腐蚀增重均服从幂指数规律.P92钢的腐蚀增重比HR3C钢高近2个数量级,其表面氧化膜为典型的双层结构;温度极大地加速了P92钢的腐蚀,当温度低于650°C时其表面氧化膜完整连续,而在650°C时表面氧化膜出现开裂.HR3C钢的腐蚀增重随温度的升高而增大,但是并不明显;HR3C钢表面出现了少量的疖状腐蚀,基体材料内的Cr极大地抑制了疖状腐蚀的发展,其深度约为2μm.     

超超临界电站锅炉用关键材料

讨论了我国电站锅炉向大容量、高参数超超临界机组发展的趋势及对材料的要求.针对这一发展趋势,宝钢开展了超超临界电站锅炉用关键材料的研制.试验数据及生产、供货实绩表明,宝钢已具备了向主蒸汽600℃超超临界电站锅炉受热面关键部件——水冷壁、过热器和再热器整台机组供货能力,替代了进口产品,缩短了我国电站锅炉材料与国外的差距.同时,根据未来我国700℃超超临界机组的发展要求,开展了高温部件所用材料的筛选、研制及评定等,以支撑我国超超临界机组的发展.     

高温CO2环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为

为了研究高温CO₂环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为,开展了800、900、1 000℃ CO₂环境下的耐热合金腐蚀实验,并进行了腐蚀产物的微观表征。利用分析天平获取耐热合金腐蚀前后的质量变化,并计算其激活能;应用激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪对合金表面腐蚀产物进行表征分析;利用扫描电子显微镜等设备观察样品的微观形貌,并分析腐蚀产物成分与分布。实验结果表明:两种耐热合金在高温CO₂环境下的腐蚀动力曲线符合抛物线规律,HR6W和740H的激活能分别为-256.59、-293.35kJ/mol;HR6W表面氧化产物为致密均匀的Cr₂O₃氧化层和MnCr₂O₄氧化层;740H存在内氧化现象,外层氧化产物为TiO₂氧化层和Cr₂O₃氧化层,内层氧化产物为非均匀的Al₂O₃及TiO₂氧化物;两种合金均无明显碳...     

超临界二氧化碳条件下3种典型耐热钢腐蚀特性实验研究

针对超临界电站锅炉蒸汽侧氧化皮剥落严重,主要研究了新型超临界二氧化碳动力系统高温部件材料腐蚀问题。选取典型耐热钢T91、TP347HFG和Sanicro 25为实验材料,在超临界二氧化碳腐蚀实验系统上进行650℃、15 MPa工况条件下500 h的腐蚀实验。腐蚀实验结束后,通过分析天平测得耐热钢腐蚀前后的质量变化;利用拉曼光谱仪、X射线衍射仪和辉光放电光谱仪对耐热钢表面腐蚀产物进行物相和成分表征以获得耐热钢的腐蚀行为。腐蚀质量增量结果表明,3种耐热钢的腐蚀动力学符合抛物线腐蚀规律,且T91腐蚀质量增量高于其他两种奥氏体耐热钢。微观表征结果显示,耐热钢T91表面腐蚀产物从二氧化碳/氧化物界面到基体依次为Fe_3O_4、(Fe,Cr)_3O_4和弥散于基体的碳化物,而奥氏体耐热钢腐蚀产物从气固界面到基体主要为Cr的氧化物、Mn和Si的氧化物和碳化物。耐热钢腐蚀产物表面观察到了碳的沉积现象。基于耐热钢表面的腐蚀产物,提出了利用腐蚀退化深度表征耐热钢的抗腐蚀性能。3种耐热钢的腐蚀退化深度从大到小依次为Sanicro 25、TP347HFG和T91。     

超临界水中310-ODS钢表面氧化膜形成机制和性能

采用腐蚀增重方法研究310-ODS钢在600℃低溶氧的超临界水中的全面腐蚀敏感性,取样周期分别为100、300、600、1 000、1 500h,对试样表面氧化膜进行扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析.结果表明:310-ODS钢在浸泡早期(300h)已经在表面形成较为致密的氧化膜,腐蚀速率快速降低;氧化膜为双层结构,内层致密富Cr,外层多孔富Fe,随着浸泡时间的增加,内层变得均匀,外层变化不大.310-ODS钢在600℃超临界水中的氧化过程满足固态生长机制,晶界处的Y2O3改善了材料的耐腐蚀性能.     

超超临界锅炉高温材料的选择和应用

结合目前国内外百万千瓦等级超超临界机组的发展动态,对已有机组参数进行分析,针对台山电厂项目1000MW超超临界机组锅炉出口蒸汽参数为27.46MPa（g）/605/603℃,锅炉过热器和再热器采用具有较高高温断裂强度的新型奥氏体不锈钢SUPER304H,HR3C。超超临界机组锅炉用高温材料,是与机组的参数密切相关的,研究开发和运用超超临界火电机组锅炉上的高性能、好加工、经济性好的新型材料,是今后的主要工作方向。     

超临界CO2材料腐蚀过程动力学与产物热力学研究

针对超临界CO₂动力循环高温承压部件与工质相容性问题，研究了T92耐热钢在600和700℃超临界CO₂环境下的腐蚀过程动力学及其热力学产物。采用分子动力学计算了CO₂在FeCr合金表面的吸附过程，模拟了T92耐热钢在初始氧化阶段原子的迁移和分布规律，并基于腐蚀热力学原理，分析了氧化层和碳化物的分布规律，最后通过高温腐蚀实验进行了验证。研究结果表明：700℃时，T92耐热钢氧化层厚度约为600℃时的13.5倍，氧化层结构为外侧Fe₃O₄层、内侧FeCr₂O₄层，氧化层内部主要为C₂₃C₆型碳化物；CO₂优先吸附于Cr原子(111)表面，当Cr与CO₂发生反应后，部分形成游离态的C沉积于氧化层表面，并以离子的形式向内扩散；腐蚀过程主要由离子扩散控制，扩散速率随着温度的升高而增大。该研究为超临界CO₂材料抗腐蚀性能评估提供了一种复合...     

超临界机组锅炉受热面氧化皮的产生和防范

目前大容量机组锅炉本体受热面的奥氏体不锈钢管氧化皮剥落导致堵塞爆管是机组存在的普遍性问题。随着机组参数向超临界甚至超超临界的发展,此类问题更为突出。近年,我国火力发电厂陆续投产了多台超临界、超超临界参数机组,同样发生了类似问题,本文针对某电厂4号超临界机组锅炉末级再热器管氧化皮剥落的问题,进行了周密的分析并提出了预防措施,消除隐患,保障锅炉安全运行。     

喷丸与ZrO_2/Al_2O_3叠层对Cr_5Mo合金高温氧化性能的影响

采用喷丸处理及溶胶 凝胶工艺涂覆ZrO2/Al2O3叠层对Cr5Mo合金进行了表面处理,研究了不同处理的合金试样在600℃空气中的高温氧化性能。从SEM,XRD及氧化动力学分析结果发现,喷丸处理不能使Cr5Mo合金表面形成保护性的氧化铬膜,反而促进了Cr5Mo合金的高温氧化,其氧化增重与氧化剥落速率最高;ZrO2/Al2O3叠层通过稀土效应改变了氧化膜的生长机制,降低了氧化铬膜的生长速率,促进了合金表面铬的选择氧化,起到了优异的保护作用,大大提高了合金的抗高温氧化性能。     

Inconel718合金高温氧化行为

为探究电渣重熔冶炼Inconel718合金过程中电极氧化机理,研究了Inconel718合金在1 150℃下的高温氧化行为。结果表明,在1 150℃下,Inconel718合金氧化动力学曲线遵循线性关系。在高温氧化期间,Cr和Ni等合金元素会快速氧化形成富Ni和Fe及Cr的Cr_2O_3、Fe_2O_3、3Cr_2O_3·Fe_2O_3和含Ni的尖晶石Cr_2O_3·NiO。随着氧化时间的增加,Ti元素发生氧化形成TiO_2,Ti元素向外扩散的同时在氧化层间形成孔隙,加速氧元素向基体内部扩散,进而加速了其他合金元素的氧化。     

超临界机组氧化皮的产生和防范

目前,大容量机组的奥氏体不锈钢管氧化皮剥落造成堵塞爆管、主汽门卡涩和汽轮机部件侵蚀,是机组存在的普遍性问题。随着机组参数向超临界甚至超超临界的发展,此类问题更为突出。近年,我国火力发电厂陆续投产了多台超临界、超超临界参数机组,同样发生了类似问题,有的机组试运行不久就出现问题。文中针对沧东发电有限责任公司(简称沧电)3号超临界机组锅炉受热面管氧化皮(物)剥落的问题,进行了周密的分析并提出了预防措施,及时消除隐患,保障锅炉安全运行。     

喷丸及退火处理对1Cr18Ni9Ti合金抗高温氧化性能的影响

研究了经过喷丸处理及400℃退火处理的1Cr18Ni9Ti合金试样在900℃空气中的循环氧化性能。经SEM,EDS分析及氧化动力学研究发现:喷丸处理虽然促进了铬的选择性氧化,但却使合金表面的压应力增大,所形成的氧化膜的抗剥落性能也不好;退火处理不仅使喷丸试样表面的应力得以消除,并且起到了低温预氧化的作用。经过退火处理的合金表面形成了附着性良好的选择性氧化铬膜,其氧化增重与氧化膜剥落量下降,起到了很好的保护作用,提高了合金的抗高温氧化性能。     

喷丸及退火处理对1Cr28Ni9Ti合金抗高温氧化性能的影响

研究了经过喷丸处理及400℃退火处理的1Cr18Ni9Ti合金试样在900℃空气中的循环氧化性能。经SEM，EDS分析及氧化动力学研究发现：喷丸处理虽然促进了铬的选择性氧化，但却使合金表面的压应力增大，所形成的氧化膜的抗剥落性能也不好；退火处理不仅使喷丸试样表面的应力得以消除，并且起到了低温预氧化的作用。经过退火处理的合金表面形成了附着性良好的选择性氧化铬膜，其氧化增重与氧化膜剥落量下降，起到了很好的保护作用，提高了合金的抗高温氧化性能。     

低合金钢双辉渗W-Mo-Co初探

利用双层辉光离子渗金属技术在低合金钢25Cr2Mo2V表面渗W—Mo—Co三元合金，可在表面形成铁、钴、钨、钼时效合金。研究了形成这种合金的表面冶金工艺和渗层组织状态，渗层成分分布以及工艺参数的改变对渗层厚度及渗层成分的影响。结果表明，表面合金元素的含量可以达到高钴时效合金W11Mo7Co23的水平。     

高钒耐磨合金在不同冷却方式下的高温氧化行为

研究了950℃高温下高钒耐磨合金的高温氧化行为,并研究了在随炉冷却和空冷两种不同冷却方式下的氧化增重与开裂行为.结果表明:氧化初期材料表面发生"暂态氧化",所有元素均参与氧化反应,随后在炉冷时氧化增重比空冷时的氧化增重要大的多,当氧化8 h后单位面积氧化增重分别为82.7 mg·cm-2与39.1 mg·cm-2,炉冷与空冷氧化增质量相差一倍多.虽然在基体/氧化层界面形成了能起到一定保护作用的50～200 nm厚Cr2 O3致密氧化层,但同时也存在疏松氧化层;而炉冷时样品以生长应力为主,氧化层发生"翘曲"现象,但较少引起氧化层脱落.然而空冷时冷却速度较大,氧化层内易产生较大热应力,致使氧化层较易开裂或者脱落.     

Inconel718高温合金多层夹芯板结构的LBW/SPF技术

Inconel718高温合金多层夹心板结构具有高强度、高刚度、轻量化结构的特点,已用于低成本、轻质火箭发动机的制造.采用LBW/SPF技术制造了Inconel718合金多层夹芯结构件,并对其超塑成形前后的微观组织进行了分析.试验结果表明:超细晶Inconel718合金板材具有优良的超塑性能,在T=950℃,初始应变速率为1.6×10-4/s的条件下,延伸率达到483.6％.LBW/SPF技术制造出的Inconel718高温合金多层夹芯构件具有外观形状良好、壁厚分布均匀等特点.面板与芯板激光焊接参数为:功率1050W,焊接速度1000mm/min,离焦量-0.80mm,保护气体流量0.6L/min;芯板与芯板激光焊接参数为:功率900W,焊接速度1000mm/min,离焦量-1.00mm,保护气体流量0.6L/min.多层夹芯板结构的超塑成形参数为:成形温度Tf=965℃;成形压力Pf=4.2MPa;成形时间tf=130min.微观组织分析表明超塑成形过程利于焊缝显微组织的改善并且能够提高其力学性能.因此,LBW/SPF技术适用于超细晶Inconel718高温合金多层夹芯结构的制造.     

电沉积-热解法制备Ce2O3薄膜的抗氧化性能研究

采用电沉积-热解法在1Cr18Ni9Ti合金表面沉积氧化铈陶瓷薄膜,经过900℃下100 h的高温氧化实验及金相分析发现,氧化铈薄膜可显著降低合金的氧化增重和氧化膜剥落量,促进试样表面形成致密均匀的氧化膜,大大提高了合金的抗高温氧化性能,电沉积参数为25 V,60 s时,沉积的薄膜抗高温氧化性能略佳。