新型USC锅炉管材及其成品管的耐蚀性研究

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目前,我国火力发电机组正朝着大容量、高参数方向发展。经济、安全和高性能的超超临界锅炉管材的匮乏和制管技术的落后制约着我国火电事业的发展,对新型超超临界锅炉管材的开发和研究及其管子的试制是解决这一问题的关键。锅炉管在服役过程中的晶间腐蚀和应力腐蚀常常引发管子的突发性早期失效,对管材及其成品管的耐蚀性的研究具有重要的意义。  本文以300系列不锈钢锅炉管材为基础,运用合金化原理,经六次改良,设计开发了新型锅炉管材CHDG-A06合金。并针对304、S30432不锈钢和CHDG-A06合金的耐晶间腐蚀和应力腐蚀性能作了对比研究。此外,S30432无缝管和CHDG-A06无缝管的晶间腐蚀敏感性也得到了对比分析。  利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等仪器分析了上诉三种材料经650℃保温不同时间(1h、2h和3h)敏化处理后晶界析出情况。随敏化时间的增加,304、S30432不锈钢晶界富铬型析出相(主要是Cr23C6)逐渐增多,晶界的耐蚀性逐渐降低。而敏化3h后,CHDG-A06合金的晶界始终无明显析出相,晶界不易被腐蚀破坏。  采用ASTM A262-2014标准中的E法主要测试了三种材料经敏化处理(650℃保温1h、2h和3h)后的耐晶间腐蚀性能,还对比分析了敏化态CHDG-A06和S30432无缝管的晶间腐蚀敏感性。敏化1h后,304不锈钢的弯曲表面最先出现晶间腐蚀裂纹,S30432不锈钢的弯曲表面开始出现龟裂,敏化时间越长,两种不锈钢的晶间腐蚀现象越明显。而敏化3h后,CHDG-A06合金的弯曲表面仍未观察到晶间腐蚀裂纹。与304和S30432不锈钢相比,CHDG-A06合金具有较好的耐晶间腐蚀性能。同样地,无缝管的晶间腐蚀试验结果表明CHDG-A06无缝管比普遍使用的S30432无缝管的耐晶间腐蚀性能更加优良。  通过应变速率为3×10-6 s-1的慢应变速率试验主要对比分析了敏化处理后三种材料在不同腐蚀环境中的应力腐蚀敏感性。从应力腐蚀敏感性指数IA和断口形貌的分析中可知:在3 mol/L的近中性NaCl腐蚀环境中,与敏化态的304不锈钢(IA为25.78%)和S30432不锈钢(IA为9.74%)相比,敏化态的CHDG-A06合金的应力腐蚀敏感性最低(IA仅为3.99%),且断口微观形貌为大小不等的韧窝;在2.5 mol/LNaCl+0.5 mol/L HCl的酸性腐蚀环境中,敏化态CHDG-A06合金的断口中依然清晰可见大小不等的韧窝(IA为13.22%),而敏化态304、S30432不锈钢的断口具有明显的脆性断裂特征(IA分别为53.26%和43.74%)。CHDG-A06合金在含氯离子的近中性和酸性腐蚀环境中均具有优良的耐应力腐蚀性能。
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