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      一種t91和p91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法

      文檔序號:3417346閱讀:270來源:國知局
      專利名稱:一種t91和p91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種提高抗高溫腐蝕的方法,尤其涉及一種T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法。
      背景技術(shù)
      隨著電力需求的不斷增長,高蒸汽參數(shù)、高效率化的超臨界機組和超超臨界機組是火電發(fā)展的必然趨勢。由于火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備容量與蒸汽參數(shù)增加,越來越多鍋爐爆管事故隨之發(fā)生。統(tǒng)計表明,電站鍋爐事故中受熱面管(水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管,又稱“四管”)的爆漏損壞約占鍋爐事故的2/3左右,是影響發(fā)電機組安全、經(jīng)濟運行的主要因素。其中,作為高溫、高壓承壓部件的過熱器、再熱器在高溫水蒸汽環(huán)境中管內(nèi)壁氧化嚴重,氧化膜脫落導致管壁有效壁厚減?。煌瑫r管壁氧化膜增厚引起導熱性能變差, 管壁平均運行溫度提高,管道長期處于超溫服役狀態(tài),最終將導致爐管爆漏。除此之外,脫落的氧化皮對汽輪機末級葉片形成較嚴重的沖刷損傷,主汽門也有因脫落的氧化皮導致卡澀的現(xiàn)象。T91和P91鋼(9Cr_lMo)具有良好的韌性、抗蠕變性能、較好的抗高溫氧化性能,成為電站鍋爐超臨界機組主蒸汽管道的主要材料。T91鋼和P91鋼在水蒸氣氣氛中在500°C 750°C下隨溫度升高,氧化速度明顯加快。氧化產(chǎn)物為狗203、Fe3O4和(Fe,Cr) 304,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發(fā)現(xiàn)連續(xù)、致密的Cr2O3,甚至在氧化膜中未生成Cr2O3相,通常情況是以(Fe,CiO3O4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(yīng)力和熱應(yīng)力,且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(xiàn)象,反過來,氧化膜的脫落又進一步加快了氧化速度。目前,提高T91鋼抗高溫水蒸汽腐蝕能力的實現(xiàn)途徑歸納起來有兩條一是采用鍍鉻、滲鉻、噴涂等手段施加保護層或熱擴散涂層,但這些措施在管道內(nèi)壁實施較難, 實際應(yīng)用受到限制;二是采用合適的表面預處理工藝促進T91鋼在氧化過程中表面優(yōu)先形成Cr2O3,如內(nèi)壁采用噴丸處理細化晶粒。李辛庚等人[李辛庚,王學剛,腐蝕科學與防護技術(shù)2008,20(3) 157-161.]在T91鋼表面電沉積CeO2薄膜后,在600°C 770°C水蒸氣中的氧化速率未明顯降低,但( 促進了氧化膜中的Cr向外層擴散。T. Sundararajan [T. Sundararajan, S. Kuroda, J. Kawakita and S. Seal Surface and Coatings Technology, 2006,201,2124.]等人在T91鋼表面涂覆納米CeO2后在650°C水蒸汽氧化 IOOh后氧化皮厚度約20 30mm,比空白T91鋼降低了一倍。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供了一種T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法, 該方法低廉、工藝簡單且能有效地提高T91和P91鋼抗高溫腐蝕尤其是抗高溫水蒸汽氧化的改性方法。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的,方法為在T91和P91鋼的冶煉過程中,通過向其中加入稀土或及其對應(yīng)的氧化物,并使稀土分散在T91鋼中,制備含稀土的T91和P91鋼。所述稀土氧化物純度> 99. 00%、粒度< 30微米。所述稀土或其氧化物的成份組成按重量百分比計< 1. 5%。所述稀土金屬的添加需在惰性氣體保護或真空環(huán)境下進行,惰性氣體為純度彡99. 99%的氬氣或純度彡99. 99%的氦氣,或真空小于1(T3 I^a。所述稀土氧化物為Y、La、Ce、Nd、IO3、La2O3、CeO2、Nd2O3的一種或若干種的混合物。本發(fā)明的技術(shù)效果是1.采用本發(fā)明添加的T91鋼和P91鋼具有優(yōu)良的抗高溫水蒸汽氧化性能,能顯著地降低這類材料在氧化速度。在650°C下水蒸汽環(huán)境中恒溫氧化 150小時后,空白樣品的氧化增重達8. 53mg/cm2,而添加稀土改性后的樣品的氧化增重只有 0. 12mg/cm2。經(jīng)添加稀土的樣品表面未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和氧化膜剝落。2.本發(fā)明添加稀土改性的T91和P91鋼管,在高溫水蒸汽環(huán)境下,即形富含鉻和少量稀土氧化物表面。3.本發(fā)明添加稀土改性的T91和P91鋼管,在高溫空氣環(huán)境下抗氧化性能也有所提高。


      圖1為本發(fā)明T91鋼添加稀土 IO3樣品在650°C下氧化后表面形貌圖。圖2為本發(fā)明T91鋼添加稀土 IO3樣品在650°C下氧化后能譜分析結(jié)果圖。圖3為T91鋼在650°C下氧化后表面形貌圖。圖4為T91鋼在650°C下氧化后能譜分析結(jié)果。圖5為本發(fā)明T91鋼添加稀土 La2O3樣品在650°C下氧化后表面形貌圖。
      具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例1 原料稀土 氧化釔( )純度彡99. 00%、平均粒度15nm ;Τ91鋼管。將所需Τ91或Ρ91鋼在保護氣氛中烘烤后放入感應(yīng)爐中冶煉,溫度升高到1600°C 后在氬氣保護下加入稀土 IO3,攪拌,靜置、澆注、冷卻,獲得含稀土的T91和P91鋼。經(jīng)過改性樣品在在650°C下水蒸汽環(huán)境中恒溫氧化150小時后,空白樣品的氧化增重達8. 53mg/ cm2,而添加稀土改性后的樣品的氧化增重只有0. laiig/cm2。經(jīng)添加稀土的樣品表面未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和氧化膜剝落。圖1、圖2為添加稀土 IO3后樣品在650°C下水蒸氣中氧化150h 后的表面形貌圖和能譜分析結(jié)果,圖中可見表面生成了富Cr的氧化物。圖3、圖4為未加稀土的T91鋼在相同溫度下氧化后表面形貌圖和能譜分析結(jié)果。圖中可見未加稀土的T91鋼表面生成了氧化鐵。實施例2 原料稀土 La純度彡95. 00%、T91鋼管。將所需T91或P91鋼在保護氣氛中烘烤后放入感應(yīng)爐中冶煉,溫度升高到1600°C 后在氬氣保護下加入稀土 La,攪拌,靜置、澆注、冷卻,獲得含稀土的T91和P91鋼。經(jīng)過改性樣品在在650°C下水蒸汽環(huán)境中恒溫氧化150小時后,添加稀土改性后的樣品的氧化增重只有0.23mg/cm2。經(jīng)添加稀土的樣品表面未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和氧化膜剝落。圖5為添加稀土 La后樣品在650°C下水蒸氣中氧化150h后的表面形貌圖,圖中可見表面生成了富Cr的氧化物。
      權(quán)利要求
      1.一種T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,其特征在于方法為在T91 和P91鋼的冶煉過程中,通過向其中加入稀土或及其對應(yīng)的氧化物,并使稀土分散在T91鋼中,制備含稀土的T91和P91鋼。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,其特征在于所述稀土氧化物純度> 99. 00%、粒度< 30微米。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,其特征在于稀土或其氧化物的成份組成按重量百分比計< 1. 5%。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,其特征在于稀土金屬的添加需在惰性氣體保護或真空環(huán)境下進行,惰性氣體為純度> 99. 99%的氬氣或純度彡99. 99%的氦氣,或真空小于10_31^。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,其特征在于所述稀土氧化物為Y、La、Ce、Nd、^O3、La2O3、CeO2、Nd2O3的一種或若干種的混合物。
      全文摘要
      一種T91和P91鋼中添加稀土提高抗高溫腐蝕的方法,方法為在T91和P91鋼的冶煉過程中,通過向其中加入稀土或及其對應(yīng)的氧化物,并使稀土分散在T91鋼中,制備含稀土的T91和P91鋼。本發(fā)明的技術(shù)效果是1.采用本發(fā)明添加的T91鋼和P91鋼具有優(yōu)良的抗高溫水蒸汽氧化性能,能顯著地降低這類材料的氧化速度。在650℃下水蒸汽環(huán)境中恒溫氧化150小時后,空白樣品的氧化增重達8.53mg/cm2,而添加稀土改性后的樣品的氧化增重只有0.12mg/cm2。經(jīng)添加稀土的樣品表面未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和氧化膜剝落。2.本發(fā)明添加稀土改性的T91和P91鋼管,在高溫水蒸汽環(huán)境下,即在樣品表面形成富含鉻和少量稀土氧化層。
      文檔編號C22C38/18GK102321839SQ20111026223
      公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
      發(fā)明者劉光明 申請人:南昌航空大學
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