[發明專利]提高T91/P91鋼在高溫水蒸汽中抗氧化的預處理方法

有效

• 申請號: 201010111385.0
• 申請日: 2010-02-22
• 公開（公告）號: CN101775599A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 張都清;劉光明;張廣成
• 申請（專利權）人: 山東電力研究院
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種T91/P91鋼表面預處理方法，尤其是一種提高T91/P91鋼在高溫環境中(500℃～750℃)抗水蒸汽中氧化的預處理方法。

背景技術

目前，含Cr量為9-12％的系列鐵素體鋼由于具有優良的性能而用于火力發電的大口徑的蒸汽管道P91(主蒸汽管道和再熱蒸汽管道)及小口徑的T91蒸汽管道(過熱器管和再熱器管)。這類材料比傳統的鐵素體鋼有更好的力學性能，因此可以在更高溫度和壓力下使用，從而提高火力發電的效率。其中T91鋼和P91鋼以其較高的抗拉強度、高溫蠕變和持久強度，低的熱膨脹性，良好的導熱性、加工性和抗氧化性能，高的韌性，成為目前電站鍋爐用于超臨界機組的常用材料。但它們在高溫高壓的水蒸氣中經過長期氧化或更高溫度下工作時仍會受到較嚴重的氧化。

T91鋼和P91鋼在水蒸氣氣氛中，在500℃～750℃下隨溫度升高，氧化速度明顯增大。氧化產物為Fe₂O₃、Fe₃O₄和(Fe，Cr)₃O₄，由于這類材料中Cr含量低，因此在不同溫度下生成的氧化膜中均未形成連續、致密的Cr₂O₃層，甚至在氧化膜中未生成Cr₂O₃相，通常情況下是以(Fe，Cr)₃O₄固溶形式存在。隨著氧化速度增長和溫度的變化，較厚的氧化膜受到較大的生長應力和熱應力，而氧化膜的塑性變形有限。因此，這類材料在服役過程中有明顯氧化膜剝落的現象，反過來，氧化膜的脫落又進一步加快了氧化速度。

T91和P91鋼用于火力發電的蒸汽管道，在其內壁施加涂層或進行表面改性是提高其抗高溫水蒸汽氧化的有效途徑之一。而通常在小口徑蒸氣管道內施加涂/鍍層施工工藝復雜，其中工藝較簡單的熱浸鍍鋁由于生成了鐵鋁金屬間化合物的脆相在氧化過程中鍍層剝落，同時對管道力學性能有較大影響。

T.Sundararajan[T.Sundararajan，et?al：Surface?and?Coatings?Technology，2006，201，2124.][T.桑德拉拉簡，表面和涂層技術，2006，201，2124]直接在T91鋼表面涂敷納米CeO₂后測試了樣品在650℃水蒸汽中氧化行為，結果表明氧化速率較空白樣品降低，但氧化500h后氧化膜外層為氧化鐵，內層為鐵、鉻和硅的混合氧化物膜，其抗水蒸汽氧化性能仍有限。

李辛庚，王學剛[李辛庚，王學剛，腐蝕科學與防護技術2008，20(3)157-161.]研究了Cr含量為9％Fe-Cr合金表面沉積CeO₂薄膜在600℃～770℃水蒸氣中的氧化行為，結果表明，沉積稀土薄膜并沒有改變氧化膜結構和未明顯降低氧化速率。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種工藝簡單、成本低廉、實用性強、使用壽命長、抗高溫水蒸汽氧化性能強、在T91/P91鋼的表面形成富三氧化二鉻氧化物薄膜的提高T91/P91鋼在高溫水蒸汽中抗氧化的預處理方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種提高T91/P91鋼在高溫水蒸汽中抗氧化的預處理方法，包括以下步驟：

1).制備漿料，將按重量百分比為0.5～35％的鋁粉和65-99.5％稀土氧化物中加入模數為2.4～2.9，密度為1.1～1.5g/cm³的硅酸鈉水溶液，攪拌均勻制備成料漿；

2).將步驟1)制備好的料漿涂敷于T91/P91鋼表面；

3).干燥，將步驟2)中涂敷完畢的T91/P91鋼在10～30℃的烘箱中干燥1～4小時，然后在70～100℃下干燥1～4小時；

4)將步驟3)中干燥后的T91/P91鋼在充入惰性氣體和水蒸汽混合氣體的氣氛爐中于600-800℃下保溫24-48小時；然后氣氛爐斷電，T91/P91鋼于該爐中自然冷卻至室溫；

5).清除T91/P91鋼表面附著粉末，即得表面成份含鉻和稀土氧化物的T91/P91鋼。

所述步驟1)和2)的漿料中的鋁粉和稀土氧化物組成的固體組分與硅酸鈉水溶液按照每100g固體組分：10～60mL硅酸鈉水溶液比例配制。

所述稀土氧化物純度≥99.00％，粒度≤30微米；鋁粉純度≥99.00％、粒度≤0.4毫米。