[發(fā)明專(zhuān)利]鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410609071.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104357748A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋景慧;侯勇;徐齊勝;王永田;湛志鋼;徐鋼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院;華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/38
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/38;C22C38/32;C22C30/00;B22F1/00;C23C24/10
• 代理公司: 廣州知友專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑;高文龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電站鍋爐表面防護(hù)領(lǐng)域，具體是指鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝。

背景技術(shù)

我國(guó)以煤為主要一次能源的局面長(zhǎng)期難以改變，燃煤帶來(lái)的污染以及溫室氣體的排放是影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。我國(guó)燃煤種類(lèi)繁多，包括褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤等，煤熱值變化很大，硫含量普遍較高(含硫﹤1％的占56％，含硫1％-2％的占32％，含硫﹥2％的占12％)。因此，煤炭發(fā)電成為燃煤污染物的主要來(lái)源。發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)，提高能源利用率，提高發(fā)電效率，降低污染排放，是我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要方面。

燃煤鍋爐的煙氣中含有大量的飛灰顆粒，流動(dòng)時(shí)對(duì)鍋爐尾部受熱面管束產(chǎn)生沖刷，使管壁表面受到不同程度的磨損，從而對(duì)電站鍋爐的運(yùn)行可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性構(gòu)成威脅。在燃煤鍋爐運(yùn)行中，因尾部受熱面發(fā)生磨損泄漏造成的停爐事故占相當(dāng)大的比例。鍋爐制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)一般考慮尾部受熱面工作壽命為100kh，而許多鍋爐在實(shí)際運(yùn)行5～20kh后，部分受熱面就發(fā)生嚴(yán)重的磨損，發(fā)生泄漏或爆管事故。鍋爐尾部受熱面磨損爆管勢(shì)必造成停爐檢修，電廠(chǎng)由此而受到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，探索含灰氣流對(duì)鍋爐尾部受熱面的沖擊磨損機(jī)理，提出有效的防磨措施，對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

煙氣流過(guò)受熱面時(shí)，其中的飛灰顆粒對(duì)受熱面管壁將產(chǎn)生沖蝕。當(dāng)灰粒相對(duì)管壁表面的沖擊角較小，甚至接近平行時(shí)，灰粒主要對(duì)管壁產(chǎn)生沖刷磨損。此時(shí)灰粒垂直于管壁表面的分力使它楔入被沖擊的管壁，而灰粒與管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑動(dòng)，兩個(gè)分力合成的結(jié)果對(duì)管壁表面起到切削作用，使管壁表面金屬顆粒脫離母體而流失。在大量飛灰長(zhǎng)期反復(fù)切削作用下，管壁表面將產(chǎn)生磨損。當(dāng)灰粒相對(duì)管壁表面的沖擊角度較大，或接近于垂直時(shí)，灰粒主要對(duì)管壁產(chǎn)生撞擊磨損。飛灰顆粒以一定運(yùn)動(dòng)速度撞擊管壁表面，使管壁表面產(chǎn)生微小塑性變形或顯微裂紋，在大量灰粒長(zhǎng)期反復(fù)撞擊下，逐漸使塑性變形層脫落而產(chǎn)生磨損。一般在鍋爐受熱面的磨損過(guò)程中，飛灰對(duì)受熱面的沖擊角度范圍為0～90°，因此鍋爐尾部受熱面的飛灰磨損是沖刷磨損與撞擊磨損的綜合作用結(jié)果。飛灰磨損的速度主要取決于灰粒的煙氣流速(動(dòng)能)、飛灰濃度、灰粒成份、灰量等等。

鍋爐管常采用的材料有20G、25MnG、15CrMoG、20MnG、15MoG、12Cr1MoVG等，現(xiàn)有鍋爐管材料具有較高的中高溫強(qiáng)度、含碳量較低、有較好的塑性和韌性、良好冷熱成型和焊接性能，但其耐磨性能較低，無(wú)法滿(mǎn)足鍋爐安全運(yùn)行的要求。為了延長(zhǎng)鍋爐管壽命，電廠(chǎng)必須采用成本較高的鎳基合金、表面涂層技術(shù)或爐膛改造(常常會(huì)降低燃燒效率)的方法。但現(xiàn)有熱噴涂工藝所制備的耐磨涂層存在涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低(機(jī)械結(jié)合)、涂層厚度一般小于500μm等局限性，涂層在飛灰沖蝕、交變熱應(yīng)力作用下易脫落，仍無(wú)法滿(mǎn)足鍋爐管同時(shí)具備耐沖蝕和耐低溫硫酸露點(diǎn)腐蝕的綜合防護(hù)要求，這是嚴(yán)重影響火電廠(chǎng)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，并制約低溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)大規(guī)模發(fā)展的重要原因。國(guó)家“十二五”期間將大力發(fā)展新一代大容量、高效率超臨界鍋爐，也迫切需要開(kāi)發(fā)新型耐腐蝕的鍋爐管的關(guān)鍵材料和制備工藝，大幅度提高省煤器管的服役壽命。

納米晶合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性，現(xiàn)有熱噴涂法所制備的涂層存在涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低(機(jī)械結(jié)合)、涂層厚度一般小于500μm等局限性，涂層在飛灰沖蝕、交變熱應(yīng)力作用下易脫落，無(wú)法滿(mǎn)足鍋爐管同時(shí)具備耐沖蝕和耐低溫硫酸露點(diǎn)腐蝕的綜合防護(hù)要求。本發(fā)明所用的激光熔覆法制備的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高(冶金結(jié)合)、涂層厚度范圍大，涂層成品率高，組織結(jié)構(gòu)緊密，硬度高，耐沖蝕性能好。)制備非晶耐蝕涂層方面取得較大進(jìn)展，已經(jīng)廣泛用于艦船、鍋爐和海洋石油鉆井的防護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，該鐵基納米晶復(fù)合涂層能夠顯著增強(qiáng)鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能，有效減輕余熱利用過(guò)程中因鍋爐尾部煙氣溫度低于酸露點(diǎn)后對(duì)受熱面造成的低溫磨損腐蝕，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，其特征在于：所述鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.％為：Fe：49.9-62.8，Cr：14.2-20.4，Mo：9.0-16.3，B：2.9-4.1，C：0.6-1.3，Mn：1.0-2.4，W：3.4-8.0，Si：1.0-1.9，RE：0-3.9，其中RE為稀土元素。

本發(fā)明中，所述稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種或兩種以上的任意組合。