由于我国多煤贫油的能源现状,火力发电在未来很长一段时间内仍然占据主导地位[1]。在资源短缺和环境污染的双重压力下,不断提高电站锅炉工作参数使其热效率提高是发展清洁、高效燃煤发电技术的关键[2-3],高性能新型耐热材料的研发是发展高参数机组亟需解决的关键问题。目前,火电锅炉广泛使用的低合金钢和不锈钢的耐蚀性难以满足服役要求,奥氏体耐热钢由于其优良的高温稳定性、耐蚀性和较低的成本而广泛应用于锅炉过热器和再热器等部位[4]。相较于传统不锈钢,奥氏体耐热钢普遍具有较高的铬、镍含量,因此具有较好的耐蚀性[5]。然而,在煤燃烧中,锅炉外壁不可避免地出现大量碱金属含硫盐沉积,致使外壁产生严重的热腐蚀,影响锅炉的稳定运行[6]。因此,国内外学者[7-10]对锅炉管材外侧抗熔盐腐蚀[11]、抗烟气腐蚀等方面进行了大量的研究。

李萍等[12]研究了表面喷涂混合硫酸盐的Super304H钢在不同温度下的腐蚀,结果表明温度加速了碱性熔融和挥发性腐蚀产物的产生,从而加速腐蚀。韩瑞珠等[13]研究了254SMo等高钼奥氏体钢在混合硫酸盐和氯盐中的热腐蚀,发现钼可以在高温下形成致密的MoO3,从而在一定程度上提高钢的耐蚀性。官宇等[14]研究了Sanicro25钢在高硫煤灰和模拟烟气中的腐蚀。结果表明,温度的升高导致熔融态碱金属盐产生,破坏了保护性氧化层,最终导致材料的严重腐蚀。致密氧化层的产生可以有效提升材料耐蚀性,KIM等[15]在304钢中添加铜后,铜富集在外表面形成了含铜磁铁矿-尖晶石结构氧化物固溶体。综上所述,部分奥氏体钢耐蚀性较差,而关于新开发的高铬奥氏体钢和添加铜等元素的耐蚀奥氏体钢研究较少,且缺乏对奥氏体钢在不同温度混合硫酸盐中腐蚀机理的系统研究。

作者选取TP347HFG、316L和C-HRA-5三种不同元素含量的奥氏体耐热钢,通过喷涂法在奥氏体耐热钢表面沉积混合硫酸盐来模拟高温锅炉管外壁的煤灰/烟气环境,通过腐蚀动力学曲线、腐蚀形貌及腐蚀产物研究不同奥氏体耐热钢在混合硫酸盐中的热腐蚀行为以及其热腐蚀机理,为超超临界火电机组部件的材料选择及应用开发提供理论依据。

1. 试验

1.1 材料与试样

试验材料为国内某大型钢厂生产的ϕ64 mm×15 mm、ϕ60 mm×15 mm、ϕ62 mm×15 mm的供货态TP347HFG、316L和C-HRA-5奥氏体耐热钢,其化学成分如表1所示。将试验材料线切割成尺寸为15 mm×15 mm×5 mm的块状试样。试样表面经SiC砂纸（至2000号）逐级打磨,最后用去离子水和无水乙醇溶液超声清洗并干燥。利用游标卡尺测量试样的长、宽、高,确定表面积；用精度为0.1 mg的电子天平称量试样的质量。

1.2 熔盐配比与涂覆

参照文献[16]配制质量比m（Na2SO4）∶m（K2SO4）=8∶5的硫酸盐饱和溶液作为腐蚀介质,模拟高温锅炉外壁煤灰沉积物的组成成分。

将清洗干燥后的试样放入管式炉中预热,再将配制好的硫酸盐饱和溶液均匀喷涂在预热后的试样表面,利用余热使硫酸盐沉积,多次喷涂直至沉积盐层的质量大于5 mg/cm2。将试样放入在试验温度下提前干燥好的坩埚中,在电子天平上进行称量,质量记为m1。

1.3 热腐蚀试验

超超临界锅炉过热器/再热器的管内壁温度为650~670 ℃,管外壁温度可达到700 ℃以上,而部分位置被煤灰覆盖,温度会更高。为广泛研究不同位置混合硫酸盐热腐蚀情况,根据锅炉管道正火侧、背火侧和弯管等位置的实际温度,选取650、750、850 ℃作为热腐蚀试验温度。

将试样和坩埚一起放入管式炉中进行热腐蚀试样,每隔10 h取出试样冷却至室温,循环10次后称量,质量记为m2。为了减小试验误差,每种材料均设置3个平行试样,结果取其平均值。采用失重法计算试样腐蚀后的质量增量,如式（1）所示。

式中：Δw为单位面积试样腐蚀后的质量增量,mg/cm2；m 首页 上一页 下一页 尾页 第39页, 共279页