高压锅炉用钢氧化特性及临界失效状态研究

发布时间：2017-07-17 12:29

  本文关键词：高压锅炉用钢氧化特性及临界失效状态研究

  更多相关文章： 氧化膜 氧化 脱落 声发射特征 临界开裂应变

【摘要】：高压锅炉管长期服役于高温高压环境中。锅炉管内壁氧化膜即蒸汽侧氧化膜的脱落会造成重大运行安全问题。本文以铁素体耐热钢T22、T23、T91为研究对象,分析锅炉钢蒸汽侧氧化膜的形貌结构,探究氧化、脱落机制,以及氧化膜开裂、脱落的临界状态。采用金相显微镜、扫描电镜、XRD等仪器对氧化膜的形貌结构研究发现：铁素体耐热钢氧化膜为多层复合结构。T22氧化膜外层为Fe3O4,内层为FeCr2O4; T23氧化膜外层为Fe203、Fe3O4,内层为FeCr2O4; T91氧化膜外层为Fe2O3、Fe3O4,内层为FeCr2O4,最内层为Cr203。其中,T91钢中Cr含量较高,首先在晶界、马氏体板条界形成Cr203颗粒,同时在金属表面生成Fe304颗粒,近表面生成FeCr2O4颗粒,随后这些氧化物颗粒连接成层,最后在氧化膜表面生成Fe203。对于T22、T23,由于Cr含量不足以生成Cr203,所以先生成FeCr2O4和Fe304颗粒,随后氧化物颗粒连结成层。在高温区工作的T23,其氧化膜外层还生成Fe2O3。声发射系统实时监测,结合显微形貌分析发现：在实际工况长期工作后的T22钢,其蒸汽侧氧化膜在拉伸变形过程中的变化规律,随着应变量的增大,可以分为四个阶段：(一)基体变形阶段;(二)氧化膜横向开裂阶段;(三)氧化膜纵向开裂阶段；(四)氧化膜脱落阶段。声信号特征频谱分析结果显示：基体变形、氧化膜开裂和氧化膜脱落声信号的特征频率分别为100-170 kHz、175-250 kHz和280-390 kHz。测得厚度为42μm的T22氧化膜的临界开裂应变为0.221%。经过长时间高温服役,T23、T91氧化膜中存在大量孔洞,增大氧化膜开裂、脱落倾向。孔洞主要集中在外氧化层内部以及内外层界面上。孔洞的形成与两方面因素有关,一方面是保护性氧化物阻碍Fe向外扩散,其外侧Fe的扩散形成了空位,空位聚集坍塌形成了孔洞,另一方面是挥发性气体的生成、聚集形成孔洞。对于开裂或者脱黏的氧化膜仍然可以愈合,重新生成完整的氧化膜。氧化膜的具体形貌如孔洞、界面等缺陷严重影响氧化膜的脱落机制。T22、T23双层结构氧化膜为整层脱落,T23多层结构氧化膜更易沿愈合界面脱落,T91为外层脱落。
【关键词】：氧化膜 氧化 脱落 声发射特征 临界开裂应变
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TM621.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 高压锅炉用钢服役环境及发展史9-15
• 1.1.1 高压锅炉用钢的服役环境9-10
• 1.1.2 高压锅炉用材料种类及发展简介10-15
• 1.2 高压锅炉用钢氧化膜国内外研究现状15-22
• 1.2.1 氧化膜的形貌结构15-19
• 1.2.2 高压锅炉用钢氧化机制19-20
• 1.2.3 氧化膜的脱落机制20-22
• 1.3 本课题研究意义及内容22-24
• 1.3.1 研究意义22-23
• 1.3.2 研究内容23-24
• 第二章 实验材料及方法24-30
• 2.1 研究路线24
• 2.2 实验材料24-25
• 2.3 试验方法25-30
• 2.3.1 氧化膜形貌结构分析25-26
• 2.3.2 拉伸试验26-27
• 2.3.3 声发射监测27-28
• 2.3.4 应变测量28-29
• 2.3.5 残余应变测量29-30
• 第三章 锅炉钢氧化膜形貌结构特征30-38
• 3.1 氧化膜形貌30-33
• 3.1.1 氧化膜表面形貌30-31
• 3.1.2 氧化膜截面形貌31-33
• 3.2 氧化膜的物相组成33-35
• 3.3 氧化膜的元素分布35-37
• 3.4 小结37-38
• 第四章 锅炉钢氧化膜临界状态研究38-47
• 4.1 氧化膜声发射特征38-44
• 4.2 氧化膜临界开裂应变44-46
• 4.3 小结46-47
• 第五章 氧化机制及脱落机制47-68
• 5.1 氧化机制47-61
• 5.1.1 氧化膜生长过程47-49
• 5.1.2 孔洞形成机制49-53
• 5.1.3 氧化膜的自愈合功能53-61
• 5.2 脱落机制61-66
• 5.3 小结66-68
• 第六章 结论68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李惠萍;高强度铁素体耐热钢[J];中国钼业;2002年05期

2 ;高强度铁素体耐热钢[J];南方钢铁;1996年04期

3 李玲玲;;高强度铁素体耐热钢[J];中国钨业;1996年08期

4 吴江枫;陈志强;朱长春;;409L铁素体耐热钢的制备和研究[J];上海钢研;2005年03期

5 张菽浪;;抚顺特钢铁素体耐热钢技术攻关取得突破[J];特钢技术;2006年01期

6 闫超鹏;孙锋;单爱党;吴建生;;超超临界火电机组用铁素体耐热钢的研究现状[J];机械工程材料;2008年12期

7 杨永强;;火力发电厂用新型铁素体耐热钢焊接及热处理工艺控制要点[J];焊接技术;2010年10期

8 顾家j ,姚维廉;国外锅炉用铁素体耐热钢的研究和发展[J];机械工程材料;1978年06期

9 宋余九;;铁素体耐热钢组织与室温性能[J];冶金分析与测试(冶金物理测试分册);1984年06期

10 丛红梅,崔庆礼,徐建松,秦绪波;新型铁素体耐热钢抗氧化性研究[J];山东冶金;1998年04期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 吴江枫;江运宏;;409L铁素体耐热钢的制备和研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年

2 胡明涛;;浅谈火电站新型铁素体耐热钢的焊接工艺[A];陕西省焊接学术会议论文集[C];2006年

3 赵鹏;轩福贞;;高Cr铁素体耐热钢高温组织稳定性及对棘轮损伤行为的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 田忠财;抚顺特钢铁素体耐热钢技术攻关取得突破[N];中国冶金报;2006年

2 廖建国;日本超超临界压力发电用高Cr铁素体耐热钢的开发及现状[N];世界金属导报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘晨曦;新型高Cr铁素体耐热钢的相变行为研究[D];天津大学;2012年

2 宁保群;T91铁素体耐热钢相变过程及强化工艺[D];天津大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张文学;新型高Cr铁素体耐热钢的相变研究[D];山东理工大学;2015年

2 王新猛;高压锅炉用钢氧化特性及临界失效状态研究[D];东南大学;2015年

3 殷红旗;变形和冷却速度对T91耐热钢组织形成的影响[D];天津大学;2007年

4 庞飞飞;T/P92新型铁素体耐热钢腐蚀行为研究[D];长沙理工大学;2013年

5 刘志良;高铬铁素体耐热钢热稳定性研究[D];山东理工大学;2010年

6 鲍春;新型高Cr铁素体耐热钢组织及相变过程的研究[D];天津大学;2010年

7 刘家泳;10Cr-W型铁素体耐热钢成分、组织及相变行为[D];天津大学;2012年

8 胡方剑;X12CrMoWVNbN铁素体耐热钢热加工过程中组织演变的研究[D];上海交通大学;2012年

9 徐丹;新型高Cr铁素体耐热钢焊接热影响区的物理模拟研究[D];天津大学;2012年

10 王钦;新型高Cr铁素体耐热钢热变形行为研究[D];天津大学;2012年

，

本文编号：553616