表面改性技術(shù)對Super304H蒸汽氧化行為的影響研究.pdf

1、Super304H是日本住友株式會社與三菱重工合作在ASME SA-213 TP304H的基礎(chǔ)上通過降低Mn含量上限，加入3％的Cu、Ni和微量的N而開發(fā)出一種主要應(yīng)用于超臨界機組過/再熱器的新型18-8系奧氏體耐熱鋼?，F(xiàn)役Super304H的服役數(shù)據(jù)表明，Super304H在低于600℃水蒸氣的作用下氧化后呈現(xiàn)典型的雙層氧化膜結(jié)構(gòu):外層為Fe的氧化物，內(nèi)層為Fe-Cr尖晶石相。隨著服役時間的延長，內(nèi)、外層氧化物結(jié)合處見出現(xiàn)大量空穴，外

2、層氧化物自空穴處剝落。剝落的氧化物阻塞過/再熱器管道，阻礙蒸汽的流動并可能造成爆管事故。隨著600℃/620℃/620℃/30～35 MPa二次再熱技術(shù)的發(fā)展，細晶強化的Super304H鋼仍是機組末級過/再熱器的首選材料之一。據(jù)測算，管外壁溫度需達640℃～680℃時才能使蒸汽參數(shù)達到620℃級超（超）臨界二次機組要求，但Super304H在更高溫度下有限的抗氧化性能限制了其進一步的應(yīng)用。
　　為研究表面改性、服役溫度、水蒸氣中

3、溶解氧濃度對Super304H在高于現(xiàn)役鍋爐管服役溫度下飽和蒸汽氧化行為的影響。本課題將供貨態(tài)（高溫軟化處理+大變形冷加工+固溶處理）的Super304H切割為片狀，并在水磨砂紙上打磨，獲得表面光滑、無粗大劃痕并且具有統(tǒng)一的粗糙度和整潔度的樣品，之后對樣品分別進行了表面噴丸、表面滲鋁等表面改性，分別在溶解氧濃度為10ppb與5ppm的水蒸氣中，于620℃、650℃下進行1000h飽和蒸汽氧化實驗。采用不連續(xù)稱重法對樣品的氧化動力學(xué)曲線進

4、行表征，利用掃描電子顯微鏡、能譜儀、X射線衍射儀對氧化膜的物相、形貌進行表征。研究結(jié)果表明:
　　(1)表面噴丸、表面滲鋁等表面改性方式，可以大幅提高Super304H的抗蒸汽氧化能力。Super304H在溶解氧濃度為10ppb的水蒸氣中進行蒸汽氧化時，其氧化動力學(xué)曲線趨近于直線型，氧化膜以單層Cr2O3為主;表面噴丸樣品在溶解氧濃度為10ppb的水蒸氣環(huán)境中氧化時，其氧化動力學(xué)曲線呈拋物線型，氧化膜為單層Cr2O3;表面滲鋁樣品

5、在溶解氧濃度為10ppb的水蒸氣環(huán)境中氧化時，其氧化動力學(xué)曲線呈拋物線型，氧化膜為單層Al2O3。
　　(2)隨著蒸汽溫度的升高，Super304H氧化膜逐漸由單層轉(zhuǎn)變?yōu)殡p層結(jié)構(gòu);表面噴丸樣品與表面滲鋁樣品的氧化行為基本不受溫度的影響。
　　(3)溶解氧濃度對Super304H樣品的氧化增重、氧化膜形貌與成分起重要作用。當(dāng)水蒸氣中溶解氧濃度上升至5ppm時，Super304H樣品在經(jīng)歷500h蒸汽氧化后氧化皮發(fā)生大規(guī)模剝落。