[發明專利]一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝

有效

• 申請號: 201310013289.6
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103045830A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 王樹眾;李學東;陳林;吳志強;孟海魚;王龍飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明涉及噴丸工藝領域，尤其涉及一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝。

背景技術

在火力發電領域，隨著人們對節約能源和環境保護的日益重視，人們不斷提高機組的蒸汽參數以提高機組效率、降低單位發電量的污染物排放。隨著超（超）臨界發電技術的發展，在實際應用中，超（超）臨界機組的主蒸汽壓力已經可以達到31MPa，主蒸汽溫度達到610℃。但是溫度和壓力的提高在帶來更高的系統效率的同時，也使得鍋爐高溫部件失效問題更加突出，尤其是由于過熱器和再熱器的管內高溫蒸汽氧化而導致的爆管失效。由高溫蒸汽氧化形成的氧化皮達到一定厚度，就會發生剝落。剝落的氧化皮在管道下彎頭處形成堆積，阻礙高溫蒸汽的流動，不僅會導致過熱器、再熱器管壁由于傳熱系數減少而溫度升高，甚至超溫爆管，還會導致汽輪機發生固體顆粒侵蝕(Solid?Particle?Erode，SPE)、主汽門卡澀以及水汽品質下降等一系列問題，大大縮短了鍋爐過熱器、再熱器管的使用壽命，嚴重影響了機組的安全運行。

因此，為了預防超（超）臨界鍋爐過、再熱器管高溫蒸汽氧化爆管事故的發生，保證超（超）臨界機組的安全穩定運行，迫切需要可以有效提高超臨界火電機組過熱器、再熱器所使用的耐熱鋼，特別是高鉻奧氏體鋼的抗高溫蒸汽氧化性能的工藝與方法。

為了降低高溫蒸汽氧化帶來的各種問題，人們提出了各種技術措施來降低鋼的氧化速率，例如，（1）提高材料中Cr、Si、Al等合金元素含量；（2）對材料表面進行鍍Cr處理；（3）進行鉻酸鹽處理以及通過特殊熱加工工藝以獲得較細晶粒度的組織等。

這些方法在一定程度都能提高材料的抗蒸汽氧化性能，但仍然存在若干問題。方法（1）對于低Cr奧氏鋼有一定的效果，但是對于高Cr奧氏體而言，提高Cr等元素的含量對提高抗蒸汽氧化效果并不十分明顯，同時帶來材料成本大幅上升以及焊接性能下降等問題。方法（2）形成的鍍Cr層在機組啟停的熱循環工況下，容易發生開裂剝落，從而使基體鋼直接暴露在蒸汽環境中，加速了氧化過程的進行。方法（3）可以通過冷加工或固溶處理等方法獲得細晶粒組織，從而提高抗蒸汽氧化能力，但是該方法的適用范圍有限，難以獲得均勻的晶粒組織，不利于均勻提高材料的抗蒸汽氧化性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有防護技術的問題，提供一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，利用本發明工藝，能夠有效提高高鉻奧氏體不銹鋼在高溫蒸汽中的抗氧化腐蝕能力，極大推動了超臨界及超超臨界機組高溫蒸汽氧化防護方法的發展。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，采用機械離心式噴丸設備進行噴，彈丸材質采用陶瓷彈丸，彈丸顯微硬度為660HV~750HV，彈丸直徑為0.25~0.75mm，噴嘴到試樣表面的距離為150~190mm，噴丸流量為1.0~2.5kg/min，噴丸時間為2~4min，噴射角度θ=40°~65°。

本發明進一步的改進在于：機械離心式噴丸設備具有彈丸尺寸篩選和破碎彈丸裝置，及抽風除塵裝置。

本發明進一步的改進在于：所述機械離心式噴丸設備的離心輪轉速為2500~4500r/min。

本發明進一步的改進在于：陶瓷彈丸的主要組織為ZrO₂晶相與SiO₂非晶相，ZrO₂晶相質量百分含量為60%~70%，SiO₂非晶相質量百分含量為28%~33%，余量Al₂O₃質量百分含量為0~10%。

本發明進一步的改進在于：所述陶瓷彈丸顯微硬度為700HV，直徑為0.6mm，噴嘴到試樣表面的距離為150mm，噴丸流量為1.8kg/min，噴丸時間為3min，離心噴丸機轉速為3500r/min，噴射角度θ=50°。

本發明進一步的改進在于：所述試樣的材質為高鉻奧氏體鋼；所述高鉻奧氏體剛的鉻的質量百分含量大于或等于15%。

本發明進一步的改進在于：所述高鉻奧氏體鋼為Super304H。

本發明進一步的改進在于：噴丸強度為0.25~0.35A，表面覆蓋率為200%。

本發明進一步的改進在于：經過噴丸工藝處理的試樣表面層的亞晶粒發生了碎化，經噴丸強化的亞晶粒細度小于0.02μm。

本發明進一步的改進在于：經過噴丸工藝處理的試樣表面層形成一層致密的Cr₂O₃薄膜。