奧氏體鋼TP347H在高溫蒸汽中的氧化特性研究

摘 要：研究了TP347H不銹鋼的高溫氧化行為，利用蒸汽氧化裝置，在650℃和700℃下對TP347H不銹鋼管樣進行蒸汽氧化試驗。氧化時間為1000小時。對1000小時后的氧化膜橫截面以及表面形貌進行了分析。TP347H鋼在650℃和700℃下的氧化皮的微觀結構幫形貌特征分析表明：該不銹鋼氧化物分為內(nèi)、外兩層，外層主要是Fe氧化物，內(nèi)層主要是Fe，Cr，Ni的氧化物。

關鍵詞：氧化；奧氏體鋼；微觀形貌

蒸汽發(fā)電廠提高效率的目標是為了降低燃料消耗和二氧化碳排放量，已經(jīng)開展了很多年。它可以通過提高蒸汽的溫度和壓力來實現(xiàn)。更高的蒸汽溫度可能會導致在過熱器管上較厚的蒸汽側氧化層，這將增加金屬溫度，從而導致鋼管的腐蝕和抗蠕變性能下降[1]。此外，較厚的氧化物更容易剝離，這會導致過熱器管的堵塞[2]。因此，對電廠用鋼抗氧化行為的研究具有重要意義。

奧氏體鋼TP347H已成為高蒸汽溫度和壓力的過熱器管的候選合金之一。其在650℃和700℃顯示出耐水蒸氣氧化性。在粗粒度和細粒度TP347H上都形成了雙層氧化物。Cr2O3被認定作為在細粒度合金上沿內(nèi)部氧化物-合金界面的均勻?qū)?，而在粗粒度合金中其只在?nèi)部氧化物和合金晶界之間的交叉點附近被發(fā)現(xiàn)。在Cr2O3形態(tài)中的這種差異被歸因于在細粒合金中到氧化物-合金界面的Cr運輸?shù)脑黾?。?00℃時，細晶粒合金蒸汽氧化的最初500小時內(nèi)生成個均勻的Cr2O3層，從此以后氧化物的生長明顯受到抑制（最大2000小時）。然而，在蒸汽溫度750℃和以上時，1000小時氧化后在內(nèi)層中確定了Cr2O3能帶，這表明該層已不再是一種有效的擴散阻擋層。這種形態(tài)可能表明了一種具有緩慢動力學的振蕩的增長速率，只要能帶作為一個有效的屏障并且在侵入后具有更快的動力學。

1 實驗

鋼材被暴露在兩個測試溫度中，650℃和700℃，蒸汽壓力為0.1MPa。蒸汽流量為2L/min。

2 結果與分析

根據(jù)橫截面圖像和化學成分分布，橫截面分為雙層結構，一層是富Fe的外層，一層是富Fe-Cr-Ni的內(nèi)層。外層結構是疏松多孔的，不具有保護性，且很容易發(fā)生剝落。內(nèi)層是一層具有保護性的致密氧化層。Cr和Ni在內(nèi)層中富集，而在外層中基本上為零。在內(nèi)層和基體之間存在著一個薄層，該薄層為過渡層，過渡層中氧化成分逐漸變化。由圖可知隨著氧化溫度的升高，氧化發(fā)生的越嚴重。在兩種溫度下外層與內(nèi)層氧化膜之間已產(chǎn)生了較大的裂紋。

圖2為TP347H在不同溫度環(huán)境下氧化后的表面形貌?？梢钥闯鲈谠嚇颖砻嫘纬闪艘粚又旅艿难趸瘜樱撝旅軐泳鶆?，在這些物質(zhì)下面有一些非常細小的晶體結構。在致密的氧化層上有癤狀氧化物，這些癤狀物由一些不規(guī)則的晶粒組成，在這些晶體中間有大量的孔洞。這種癤狀物隨著氧化時間逐漸長大。700℃下氧化晶粒尺寸比650℃晶粒尺寸大。

3 結束語

在TP347H蒸汽氧化過程中形成的雙層氧化物。內(nèi)含Cr層的形態(tài)被氧化溫度所影響。它包括了Fe-Cr氧化物所包圍的Fe-Ni-Cr尖晶石區(qū)域。在更高的溫度下，F(xiàn)e-Cr氧化物通常構成了幾乎整個內(nèi)部氧化層。因此認為在更高溫度下合金內(nèi)更快的Cr運輸是合金形態(tài)變化的原因。

參考文獻

[1]郭立峰，魏彥筱，張曉昱，等.18-8奧氏體不銹鋼水蒸汽氧化的失效分析[J].華北電力技術，2005（8）：21.

[2]沈敏光.探討防止和減緩氧化皮生成和剝落的方法[J].電力建設，2003，24（9）：18-19.

作者簡介：李兵臣（1985-），男，漢，河北省石家莊市，東莞中電新能源熱電有限公司，碩士，研究方向：鍋爐燃燒。