高壓鍋爐用鋼氧化特性及臨界失效狀態(tài)研究.pdf

1、高壓鍋爐管長期服役于高溫高壓環(huán)境中。鍋爐管內(nèi)壁氧化膜即蒸汽側(cè)氧化膜的脫落會造成重大運行安全問題。本文以鐵素體耐熱鋼T22、T23、T91為研究對象，分析鍋爐鋼蒸汽側(cè)氧化膜的形貌結(jié)構(gòu)，探究氧化、脫落機制，以及氧化膜開裂、脫落的臨界狀態(tài)。
　　采用金相顯微鏡、掃描電鏡、XRD等儀器對氧化膜的形貌結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn):鐵素體耐熱鋼氧化膜為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。T22氧化膜外層為Fe3O4，內(nèi)層為FeCr2O4;T23氧化膜外層為Fe2O3、Fe3O4，

2、內(nèi)層為FeCr2O4; T91氧化膜外層為Fe2O3、Fe3O4，內(nèi)層為FeCr2O4，最內(nèi)層為Cr2O3。其中，T91鋼中Cr含量較高，首先在晶界、馬氏體板條界形成Cr2O3顆粒，同時在金屬表面生成Fe3O4顆粒，近表面生成FeCr2O4顆粒，隨后這些氧化物顆粒連接成層，最后在氧化膜表面生成Fe2O3。對于T22、T23，由于Cr含量不足以生成Cr2O3，所以先生成FeCr2O4和Fe3O4顆粒，隨后氧化物顆粒連結(jié)成層。在高溫區(qū)工作的

3、T23，其氧化膜外層還生成Fe2O3。
　　聲發(fā)射系統(tǒng)實時監(jiān)測，結(jié)合顯微形貌分析發(fā)現(xiàn):在實際工況長期工作后的T22鋼，其蒸汽側(cè)氧化膜在拉伸變形過程中的變化規(guī)律，隨著應(yīng)變量的增大，可以分為四個階段:（一）基體變形階段;（二）氧化膜橫向開裂階段;（三）氧化膜縱向開裂階段;（四）氧化膜脫落階段。聲信號特征頻譜分析結(jié)果顯示:基體變形、氧化膜開裂和氧化膜脫落聲信號的特征頻率分別為100-170kHz、175-250kHz和280-390kH

4、z。測得厚度為42μm的T22氧化膜的臨界開裂應(yīng)變?yōu)?.221％。
　　經(jīng)過長時間高溫服役，T23、T91氧化膜中存在大量孔洞，增大氧化膜開裂、脫落傾向?？锥粗饕性谕庋趸瘜觾?nèi)部以及內(nèi)外層界面上。孔洞的形成與兩方面因素有關(guān)，一方面是保護性氧化物阻礙Fe向外擴散，其外側(cè)Fe的擴散形成了空位，空位聚集坍塌形成了孔洞，另一方面是揮發(fā)性氣體的生成、聚集形成孔洞。對于開裂或者脫黏的氧化膜仍然可以愈合，重新生成完整的氧化膜。氧化膜的具體形貌