超超临界火电锅炉用新型奥氏体耐热合金耐腐蚀性能研究

摘要

超超临界火电技术因其在节能减排方面和热效率的提高在世界各国得到了广泛的认可与运用，为了发展更高参数的超超临界火电机组，关键的技术瓶颈是性能更优异的锅炉管材的研发。Super304H合金作为锅炉传热管材具有良好的蠕变持久性能，抗高温氧化性能及耐腐蚀性能等，但在长期的高温服役之后，晶界会形成贫铬区，材料耐腐蚀性能下降，腐蚀严重时甚至会引起爆管事故。为此，本课题组在充分考虑超超临界火电锅炉的服役环境后，在 Super304H 合金的基础上，通过对其合金成分的优化改进，自主研发了代号为CHDG-A的新型奥氏体耐热合金。本文对Super304H合金与CHDG-A合金的耐腐蚀性能做了系统的研究，包括钝化膜研究、晶间腐蚀性能、应力腐蚀性能和高温硫酸盐腐蚀性能等的对比分析，得出以下结论： 通过对经过钝化处理后的 CHDG-A 合金与 Super304H 合金试样进行 XPS 分析，结果表明：试样表面有一层很薄的钝化膜，钝化膜主要为CrO3、Cr2O3、Fe2O3等金属氧化物，起到延缓金属腐蚀的作用；内部主要为金属基体，起到稳定钝化膜作用。 CHDG-A 合金与 Super304H 合金在经过不同温度的时效处理后，随时效温度的升高，晶界和晶内的析出相数量和尺寸在不断增加，且 Super304H 合金晶界的析出相比相同时效温度下CHDG-A合金晶界的析出相的数量要多，尺寸要大。 经过晶间腐蚀试验16h后，CHDG-A合金表面主要是晶界出现了腐蚀裂纹，而Super304H 合金试样表面晶界处不仅出现了腐蚀裂纹，还出现了晶粒的局部脱落。对晶间腐蚀之后的试样进行弯曲试验后发现，CHDG-A 试样弯曲表面并未出现明显的裂纹，而Super304H合金随时效温度的提高，裂纹数量增多，深度增加。 CHDG-A 合金与 Super304H 合金经过应力腐蚀之后力学性能大幅下降。合金对应力腐蚀敏感性随时效温度的升高而提高。而两种合金经过蠕变处理后，随蠕变时间的延长，合金应力腐蚀断裂时间在不断缩短。从两种合金的断口形貌特征可知，合金从韧性断裂逐渐向脆性断裂转换。 CHDG-A 合金和 Super304H 合金的高温硫酸盐腐蚀初期是以高温氧化为主，后期生成了具有挥发性的腐蚀产物Na4(CrO4)(SO4)，并且表面氧化层遭到硫酸盐的破坏。氧、硫等具有腐蚀性的物质浸入腐蚀层内部，腐蚀不断加剧。

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