T91钢再热器管高温蒸汽氧化机理的探究.pdfVIP

T91钢再热器管高温蒸汽氧化机理的研究 赵彦芬n1，张路n1，刘江南n1，王正品川，耿波Ⅲ，石崇哲n1 5004 (1．苏州热工研究院江苏苏州21 2．西安工业学院材料与化工学院，陕西西安710032) 摘要：为研究191钢高温高压水蒸汽条件下锅炉管道内壁氧化层的形成机理，本文对T91钢锅炉再热器 管内壁高温高压水蒸汽条件下的氧化层以及氧化层脱落后内壁形貌进行观察，利用X—Ray物相分 析仪测试氧化层的物相结构。结果表明：T91钢在高温高压水蒸汽环境下产生的氧化皮内层为极薄 且含有大量阳离子空位的单相无晶界CrFea04(阳离子空位约为37％)非晶体结构：中层为较厚的单相CrFe204 细等轴晶和在其上生长的粗柱状晶结构：外层为Fe004-Fe203的细等轴晶和在其上生长的粗柱状晶结构。 关键词：高温高压、蒸汽氧化；物相结构；无晶界；非晶体 0引言 。 火力发电机组蒸汽参数的提高需要强度更高、性能更可靠的热强钢。在新建机组和老机组 的改造中，大量使用了T91钢，该钢为中Cr马氏体不锈钢，与1Crl8Ni9钢相比，其等强温 度为625。C。在550℃以上，该钢推荐的设计许用应力约为2．25Cr-lMo钢的2倍。但是在电厂 的实际使用中，发现在蒸汽侧氧化层有增厚和脱落的现象。为减少爆漏事故的发生，延长管子 的使用寿命，提高锅炉的安全运行水平，对过热器、再热器常用管材T91钢的高温水蒸汽氧 化层形成机理的研究也是目前国内外金属界研究的主要方向之__[1-41。 本文就某电厂200MW锅炉高温再热器T91钢管，内壁的氧化层形成机理进行了分析研究， 最长运行时间近30000小时。 1试验材料及方法 试验材料为该电厂锅炉高温再热管(管壁设计温度593／540。C)所选用的T91管，其规格 SA213 试验用钢的合金成分和ASME T91标准和GB5310．1995locr9M01VNb标准列于表1 中【5】o 表1 试验用钢化学成分0vt％) 元素 C S P Si Mn Cr Mo V A1 Nb N Ni 原始钢管成分 0．11 0．0020．016O．36 O．33 8．59 O．89 O．20 0．04l0．0720．0500．076 ASMESA2130．08 ≤ ≤ 0．20 0．30 8．00 O．85 O．18 ≤ O．06 0．030 ≤ T9l 一O．12 一0．50 -0．60-9．50—1．05 _O．25 -0．070 0．010O．020 0．04 ～O．1 0．40 GB5310．1995O．08 ≤ ≤ 0．20 0．30 8．00 O．85 O．18 ≤ 0．06 0．030 ≤ 10Cr9M01VNb_O．120．0100．020一0．50-4)．60_9．50_1．05-4)．25 0．04 -0．1 —0．07 0．40 用金相显微镜、扫描电子显微镜、X--Ray物相分析仪，观察并测试了氧化皮形貌和分层 结构以及氧化层的物相特征。 2试验结果与分析 2．1金相组织观察 金相显微组织观察结果表明，30后弯和40前弯的氧化层为两层结构，外层有局部剥落； 274 41后弯氧化层为三层结构，外层松脆易剥落。外层深灰色氧化皮疏松，内层较为致密，钢管 基体组织均为细密的回火板条马氏体。 ×300 (c1：4l后弯．×300 22扫描电镜观察 从扫描电镜的SEM像可见，如图2所示。30后弯氧化层为双层结构，平均厚度为0,092nun， 其中外层厚约为0．377mm．内层以纵向裂纹为分界，厚度约为0．015ram。从断口结构上来看， 氧化层外层为粗柱状晶屡，氧化层内层为无晶界层，粗柱状品外层疏松易崩落，通常是沿租柱 状晶与细等轴晶的结合处分离崩落；40前弯氧化层也为双层结构，平均厚度约0,089mm，其 中外层约厚0．079ram，内层参照纵向裂纹估