T91鋼的高溫水蒸汽氧化動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、T91鋼是美國(guó)上世紀(jì)七十年代研制開(kāi)發(fā)的火力發(fā)電廠鍋爐蒸汽管道、集熱箱、再熱器、蒸汽導(dǎo)管等用熱強(qiáng)鋼，該鋼具有高的許用應(yīng)力，高的持久強(qiáng)度，高的蠕變抗力，高的疲勞強(qiáng)度，高的熱導(dǎo)率，良好的焊接性，較好的抗蝕性，廣泛應(yīng)用于美、歐、日等先進(jìn)國(guó)家的火力發(fā)電廠，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)于“八五”期間引進(jìn)了該鋼種，并進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研究與生產(chǎn)。但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于T91鋼的水蒸汽腐蝕研究較少，尤其是氧化動(dòng)力學(xué)這部分更是空白。本文主要對(duì)T91鋼在高溫水蒸汽介質(zhì)

2、環(huán)境下的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，為T(mén)91鋼在電站安全運(yùn)行提供可靠依據(jù)。 經(jīng)本文研究表明，無(wú)論在水蒸汽還是在空氣介質(zhì)下，T91鋼在700℃前后的動(dòng)力學(xué)規(guī)律是有區(qū)別的。T91鋼在550℃、600℃和650℃時(shí)的水蒸汽氧化動(dòng)力學(xué)遵守y2=kt+c二次拋物線(xiàn)規(guī)律；在700℃和750℃時(shí)遵守y=kt+c的雙直線(xiàn)規(guī)律。T91鋼在650℃和675℃時(shí)的空氣氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)遵守三次拋物線(xiàn)規(guī)律y3=kt+c，其中k為氧化速率，c為氧化常數(shù)；在700℃時(shí)

3、的空氣氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)遵守雙直線(xiàn)規(guī)律y=kt+c。在相同的溫度點(diǎn)，空氣介質(zhì)下遵循的三次拋物線(xiàn)規(guī)律的抗氧化性要好于水蒸汽介質(zhì)下遵循的二次拋物線(xiàn)規(guī)律的抗氧化性。 T91鋼高溫水蒸汽氧化在550℃、600℃和650℃時(shí)的快速氧化階段的氧化系數(shù)比慢速氧化系數(shù)快1個(gè)數(shù)量級(jí)；在700℃和750℃的快速氧化階段的氧化系數(shù)比慢速氧化系數(shù)快2個(gè)數(shù)量級(jí)。T91鋼在空氣介質(zhì)中的氧化按各個(gè)曲線(xiàn)本身的快慢階段進(jìn)行回歸分析，快速氧化的氧化速率比慢速氧化的氧化

4、速率快2～3個(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)各曲線(xiàn)取相同的氧化量進(jìn)行分析，則675℃的曲線(xiàn)所用時(shí)間短得多，而且氧化速率快許多；若在慢速階段取相同的時(shí)間段，則675℃的曲線(xiàn)比650℃的曲線(xiàn)的氧化量和氧化速率均快一個(gè)數(shù)量級(jí)。在650℃和700℃這兩個(gè)相同的溫度點(diǎn)，T91鋼在水蒸汽中的氧化速率要大于空氣中的氧化速率。 經(jīng)本文研究發(fā)現(xiàn)，T91鋼在低于650℃和高于700℃時(shí)，發(fā)生水蒸汽氧化反應(yīng)后氧化層外表面具有明顯不同的形貌。在低于650℃時(shí)，氧化層最外層

5、出現(xiàn)透明薄片的須狀晶芽；在高于700℃時(shí)，氧化層外層出現(xiàn)的是柱狀晶芽。在650℃時(shí)，氧化層外層除了出現(xiàn)晶芽之外，還生長(zhǎng)有團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)。650℃時(shí)團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)的直徑約為4.4μm，隨著溫度升高，團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)的直徑也增大，700℃時(shí)直徑約為6.4μm，而750℃時(shí)直徑約為12.5μm左右。團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)內(nèi)存在大量的空隙，在團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)密集的地方，晶芽出現(xiàn)比較少；而在晶芽密集的地方，團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)比較少，且晶芽大部分出現(xiàn)于團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)之間的低凹處，也有小部分出

6、現(xiàn)于團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)之上。 在水蒸汽介質(zhì)下，隨著溫度的升高，氧化層逐漸增厚，氧化層脆性逐漸增大，氧化層內(nèi)部從顆粒狀組織，到出現(xiàn)柱狀晶，具有明顯的柱狀晶到粗大的柱狀晶，且在700℃和750℃時(shí)氧化層斷裂剝落后的表面可以看到一顆顆斷口平齊的柱狀斷口，且在柱狀斷口之間存在大量空隙，這也說(shuō)明了隨著溫度升高，氧化層脆性增大的原因。 在500℃、16.7MPa的高溫高壓水蒸汽條件下，經(jīng)過(guò)72h，T91鋼形成的氧化層致密結(jié)實(shí)，厚度約為6μm