第十三届全国青年表面工程学术会议

172 / 2021-04-05 16:03:37

模拟烟气腐蚀对锅炉用奥氏体钢Super304H持久性能的影响

烟气腐蚀,应力,协同作用,Super304H,失效

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       为提升火电机组工作效率，发展高参数超（超）临界火电机组（USC）已成为行业内主流趋势。作为奥氏体钢锅炉管服役的共性问题，高温烟气腐蚀（燃煤烟灰/气）-应力（蒸汽压/自重）协同作用下合金沿晶腐蚀断裂导致的爆管事故是当前火电机组安全服役的重要风险。本文研究了锅炉用奥氏体钢Super304H在模拟高温烟气腐蚀-应力协同作用下的失效行为，重点关注烟气腐蚀对Super304H持久性能的影响。

       通过对比650 ℃、220 MPa下静态空气与模拟烟气侧腐蚀环境中Super304H钢持久寿命、腐蚀产物、亚表层结构及持久试样断口形貌，研究了烟气腐蚀对304H钢持久性能的影响。结果表明，220 MPa下Super304H试样在烟气环境中的持久寿命（546h）显著低于静态空气环境持久寿命（1580h）。烟气环境中Super304H寿命下降的原因在于腐蚀气氛与煤灰介质改变了试样表面的腐蚀产物类型、分布以及合金亚表层微观结构。例如，区别于空气环境中Super304H持久试样表面形成连续的单层氧化产物，腐蚀环境导致的Ⅱ型热腐蚀产物有明显开裂与剥落现象，且局部形成了双层腐蚀产物。在高温变形作用下，不同环境中Super304H亚表层晶粒均发生动态再结晶（DRX），使晶粒细化；由于热腐蚀消耗了表层Cr元素，导致腐蚀环境中细晶与贫Cr区范围较宽（空气：约9 mm，烟气：约12 mm）。断口形貌分析显示，空气环境中以韧性断裂方式为主，而腐蚀环境试样脆性断裂方式占主导地位。