超超临界火电用新型奥氏体耐热钢高温氧化性能研究

发布时间：2017-04-02 22:16

  本文关键词：超超临界火电用新型奥氏体耐热钢高温氧化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国目前最主要的发电方式是火力发电,而大容量、高参数的超(超)临界火电机组是当前火力发电的重要发展方向,相应的对机组设备关键材料的性能要求也越来越高,因此开发新型高温耐热材料就显得很有必要。本文以Fe—18Cr—9.5Ni为基础,加入少量的Al并添加不同含量的Nb、N合金元素设计了五组奥氏体耐热合金钢。通过热力学计算分析了复合氧化膜的形成条件,采用不连续氧化增重法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法系统地研究五组奥氏体耐热合金的高温氧化行为。结果如下:五组耐热合金在700℃、800℃和900℃三种温度下氧化100h后均未出现氧化膜剥落现象,说明氧化膜在高温时没有失效。氧化增重拟合曲线均符合抛物线规律△m=at~b,拟合效果比较显著。五组合金的平均氧化速率K+0.1g/m~2.h,均属于完全抗氧化性级别。在700℃和800℃时,五组合金氧化100h后的平均氧化速率较为接近,而在900℃时合金的平均氧化速率差异明显,5#(0.44Nb0.119N)合金的平均氧化速率为0.032 g/m~2.h,明显低于其他四组合金。五组耐热合金中5#合金的氧化激活能最高,表面氧化反应速率最慢,抗氧化性能最好。1#(0.32Nb0.096N)、3#(0.61Nb0.098N)、4#(0.47Nb0.057N)和5#(0.44Nb0.119N)合金900℃时均形成了较为致密的Al_2O_3氧化膜,合金表面生成的氧化膜主要为Al_2O_3、Mn_3O_4和(Fe0.6Cr0.4)_2O_3的混合氧化物。1#(0.32Nb0.096N)合金在氧化过程中还形成了少量的MnO2氧化物,降低了Al_2O_3氧化膜的连续性。2#(0.51Nb0.190N)合金由于本身不含Al,因此在900℃时并没有形成致密的含Al_2O_3的内层氧化膜,生成的复合氧化膜主要为(Fe0.6Cr0.4)_2O_3和尖晶石氧化物FeCr_2O_4。5#(0.44Nb0.119N)合金氧化结束后的氧化膜表面形貌较其他四组合金更为平整、均匀,表面颗粒状氧化物尺寸也最小。经过力学性能实验表明,五组奥氏体耐热合金室温力学性能均不低于Super304H。
【关键词】：超超临界火电 奥氏体耐热合金 高温抗氧化 氧化膜
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.73
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 文献综述11-24
• 1.1 国内外超超临界的发展历程11-16
• 1.1.1 超超临界的定义11-12
• 1.1.2 国外超临界及超超临界机组的发展状况12-13
• 1.1.3 我国超临界及超超临界机组的发展现状13
• 1.1.4 超（超）临界火电机组常用奥氏体耐热钢13-16
• 1.2 金属的氧化理论分析16-19
• 1.2.1 高温氧化的基本过程16
• 1.2.2 金属高温氧化理论16-18
• 1.2.3 耐热钢的高温抗氧化性能研究18-19
• 1.3 耐热钢中各元素的作用19-21
• 1.4 本课题研究目的及内容21-24
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 第二章 实验材料、设备及研究方法24-30
• 2.1 实验材料24-26
• 2.1.1 材料的制备24-25
• 2.1.2 锻造25
• 2.1.3 固溶处理25-26
• 2.2 实验设备及方法26-30
• 2.2.1 高温氧化实验26-27
• 2.2.2 X射线衍射分析(XRD)27
• 2.2.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)27-28
• 2.2.4 室温拉伸实验28-30
• 第三章 奥氏体耐热钢的高温氧化性能研究30-53
• 3.1 耐热钢的高温氧化理论30-31
• 3.2 耐热钢高温氧化热力学分析31-34
• 3.3 耐热钢氧化膜理论分析34-36
• 3.4 耐热钢高温氧化动力学分析36-47
• 3.4.1 氧化动力学曲线36-43
• 3.4.2 动力学方程43-46
• 3.4.3 抗氧化性能评定及比较46-47
• 3.5 氧化激活能分析47-51
• 3.6 小结51-53
• 第四章 新型奥氏体耐热钢表面形貌及物相分析53-79
• 4.1 试验用 1#合金氧化膜分析53-57
• 4.1.1 1#合金氧化膜表面形貌分析53-54
• 4.1.2 1#合金氧化膜 EDS 分析54-56
• 4.1.3 1#合金氧化膜 XRD 分析56-57
• 4.2 试验用 2#合金氧化膜分析57-62
• 4.2.1 2#合金氧化膜表面形貌分析57-59
• 4.2.2 2#合金氧化膜 EDS 分析59-61
• 4.2.3 2#合金氧化膜 XRD 分析61-62
• 4.3 试验用 3#合金氧化膜分析62-67
• 4.3.1 3#合金氧化膜表面形貌分析62-63
• 4.3.2 3#合金氧化膜 EDS 分析63-66
• 4.3.3 3#合金氧化膜 XRD 分析66-67
• 4.4 试验用 4#合金氧化膜分析67-71
• 4.4.1 4#合金氧化膜表面形貌分析67-68
• 4.4.2 4#合金氧化膜 EDS 分析68-70
• 4.4.3 4#合金氧化膜 XRD 分析70-71
• 4.5 试验用 5#合金氧化膜分析71-76
• 4.5.1 5#合金氧化膜表面形貌分析71-72
• 4.5.2 5#合金氧化膜 EDS 分析72-75
• 4.5.3 5#合金氧化膜 XRD 分析75-76
• 4.6 分析与讨论76-77
• 4.7 小结77-79
• 第五章 结论79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文84

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本文编号：283250