700℃等级超超临界电站锅炉用含铝奥氏体耐热钢的高温抗氧化机制研究

发布时间：2018-06-28 04:45

  本文选题：超超临界 + 含铝奥氏体耐热钢　； 参考：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：能源短缺和环境污染一直以来都是世界各国非常关心的问题。随着我国节能减排要求的与日俱增,发展具有更高效率、大容量的超(超)临界火力发电机组势在必行,这对所用耐热材料的高温抗氧化性能和抗蠕变性能提出了严峻挑战。当前电站锅炉关键部位用耐热钢使用较多的仍为表面可形成Cr_2O_3氧化膜的传统含Cr的耐热钢。但是,当在高于600-650℃的水蒸汽等恶劣环境下服役时,这些钢表面的Cr_2O_3会挥发,失去保护作用,最终引起钢的失效。新型含铝奥氏体耐热钢由于表面形成了Al_2O_3和Cr_2O_3复合的保护膜,同时基体析出纳米级的NbC强化相,具有优异的高温抗氧化性能和良好的抗蠕变性能,正成为新一代超(超)临界火力发电机组关键部件的候选材料。本论文设计了三种不同铝含量的新型含铝奥氏体耐热钢,并利用光学显微镜(OM)、配有能谱仪的扫描电子显微镜(SEM-EDS)等设备对耐热钢的组织结构及化学成分进行分析观察,采用单位面积氧化增重法,研究了高温氧化动力学规律。经对氧化试样的表面和截面进行形貌观察、XRD衍射分析及GDS元素深度剖面分析,对比分析了不同温度下氧化膜的组成、结构,揭示了新型含铝奥氏体耐热钢的抗氧化机制,主要的研究结论为:(1)三种热轧态含铝奥氏体耐热钢的最佳固溶处理工艺条件为:1260℃固溶处理2 h后组织均匀,晶内和晶界析出相减少,晶内存在部分未溶的NbC相,呈弥散分布,对耐热钢强度的提高具有重要作用。(2)含铝奥氏体耐热钢在700℃和800℃氧化时,氧化动力学曲线拟合后遵循抛物线规律。随着铝含量的增加,氧化速率逐渐变缓。氧化温度达到900℃和1000℃时,含铝奥氏体耐热钢的氧化速率比700℃和800℃明显增加。在此温度下,随着铝含量增加,试验钢的氧化速率增大。(3)在700℃下氧化,传统含铬奥氏体耐热钢表面主要形成Cr_2O_3氧化膜;而含铝奥氏体耐热钢,氧化层结构发生了明显变化,随着Al含量的增加,外层氧化物由Cr_2O_3转变为Cr、Al复合的双层氧化膜结构,当Al含量增加到2.5%和3.5%时,表面形成富Al的致密氧化膜。Al元素的添加,可以抑制Cr元素向表面的扩散,表面形成的富Al致密氧化膜可大大提高不锈钢在高温下的抗氧化性能。(4)在更高温度(如900℃和1000℃)氧化时,含铝奥氏体耐热钢外表面形成MnCr_2O_4,次表面形成Cr_2O_3,内部出现内氧化Al_2O_3和大量针状、块状AlN。随着Al含量的增加,AlN颗粒尺寸增大,数量增多,抗氧化性能变差。高温下Mn容易向外层偏聚与Cr_2O_3结合,形成MnCr_2O_4尖晶石氧化物。AlN的形成剥夺了不锈钢中的Al元素含量,使得氧化膜底层区域贫Al,不能维持外层Al_2O_3膜的形成。(5)在800℃以下温度,未生成AlN。温度达到900℃时,在氧化层与基体之间出现了尺寸较小的针状和块状AlN,随着温度升高,1000℃氧化时,Al N颗粒尺寸增大,数量增多。
[Abstract]:Energy shortage and environmental pollution have always been a problem of great concern all over the world. With the increasing requirement of energy saving and emission reduction in China, the development of supercritical thermal generating units with higher efficiency is imperative, which poses a severe challenge to the high temperature oxidation resistance and creep resistance of the heat resistant materials used. At present, the traditional heat-resistant steel containing Cr, which can form CrSZ _ 2O _ 3 oxide film on the surface, is mostly used in the heat resistant steel used in the key parts of power plant boiler. However, when the service conditions are higher than 600-650 鈩，

本文编号：2076791