一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道及其制备方法与流程

文档序号：17926110发布日期：2019-06-15 00:25阅读：449来源：国知局

本发明属于火电机组部件制造领域，具体涉及一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道及其制备方法。

背景技术：

主蒸汽及再热蒸汽管道是联通火电机组锅炉与汽轮机工质流动的重要部件，由于具有较低的热膨胀系数、高的导热性和优异的抗疲劳性能，铁素体-马氏体耐热钢成为600℃超超临界燃煤火电机组主蒸汽管道和再热蒸汽管道的首选材料并获得了广泛的应用。

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p91钢制造的主蒸汽及再热蒸汽管道，该钢为中cr马氏体不锈钢，与1cr18ni9钢相比，其等强温度为625℃。在550℃以上，该钢推荐的设计许用应力约为2.25cr-1mo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。服役数据表明，p91、p92钢的强度虽高，但其抗氧化性能较差。在550℃、25mpa超临界水中氧化1000h后p92钢表面形成厚度约为20μm的双层氧化膜，其中外层为疏松多孔的fe3o4层，内层为较为致密的fecr2o4层。温度升高至650℃，p92钢在常压纯水蒸气中热暴露1000h后表面氧化皮的厚度可达200μm。在现役600℃超超临界燃煤机组服役过程中，因p91钢和p92钢的氧化导致的集箱与高温过热器之间的管接头堵管并爆漏的事故时有发生。但是，根据asmecodecase2179-7，p92钢的最高使用温度为649℃，可望推广应用到620℃二次再热机组上。毫无疑问，这大大降低了600℃超超临界火电机组安全运行的可靠性，同时也将限制p91/p92钢在更高蒸汽参数下的应用，不利于我国目前正在进行的主蒸汽温度为600℃、一次再热蒸汽温度为600℃、二次再热蒸汽温度为620℃、蒸汽压力为30-35mpa的二次再热超超临界燃煤发电技术推广应用工作的开展。因此，寻求能够克服600℃现役超超临界火电机组铁素体-马氏体耐热钢服役过程中所面临的氧化问题的技术路径，提高铁素体-马氏体耐热钢的抗蒸汽氧化性能，是当前工作的重点之一。

提高金属的抗氧化性能的一个非常有效的途径就是在金属表面施加适当的涂层。通常涂层都比较薄，可在不影响基体金属其它性能的前提下，保护金属构件在服役环境中不受高温腐蚀的作用。欧洲的“coatingsforsupercriticalsteamcycles(supercoat)”项目主要采取了在耐热钢表面进行700℃传统热扩散渗铝的方法。但该法温度高且保温时间长达数小时，存在制备效率低、能耗高、成本高等问题。法国科学家在流化床上采取化学气相沉积法于580℃在p92钢表面制备了al-si涂层(参见文献：saúli.etal.，highperformanceofal-si-cvd-fbrcoatingonp92steelagainststeamoxidationat650℃:part1,materialsandcorrosion,1,(2017))，然而该方法沉积速率低，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒，仅适合尺寸较小、形状复杂的构件，而不适用于大型构件。国内研究人员也针对锅炉管用钢表面涂层技术进行了探索。中国科学院金属研究所发明了一种大气条件下无保护气氛或保护层的料浆高速渗铝方法(公开号cn103014612a)，在工件表面沉积渗铝料浆后用感应加热或电加热的方式直接对工件进行加热，从而在工件表层制备一定厚度的铝扩散层。但该方法工艺复杂且不适用于形状复杂、尺寸较大的构件。西安热工研究院开发了一种锅炉过/再热器用奥氏体主蒸汽管道表面合金化工艺(公开号cn104372338a)，大幅提高了奥氏体钢的抗蒸汽氧化性能，该工艺需将耐热主蒸汽管道在850-920℃下保温，此温度远高于铁素体-马氏体耐热钢的最终热处理温度(为750-790℃左右，在此温度下可获得最优的微观组织结构和综合性能)。显然，直接将此工艺应用到铁素体-马氏体耐热钢上将破坏其基体金属的微观组织结构从而使得铁素体-马氏体钢的力学性能降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道及其制备方法。该制备方法可以在匹配主蒸汽管道以及再热蒸汽管道热处理工艺的基础上，实现火电机组主蒸汽管道以及再热蒸汽管道用铁素体、马氏体主蒸汽管道内壁的抗氧化涂层制备，从而实现抗高温蒸汽氧化的目的。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道，该主蒸汽管道由电站用p91、p92材质的主蒸汽管道及内壁的抗高温蒸汽氧化涂层组成，母材室温组织为回火马氏体，抗高温蒸汽氧化涂层为厚度10-50μm，按质量比平均铝含量为5-25％的抗氧化涂层。

一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道的制备方法，该制备方法的步骤依次为：炼钢、铸造、坯料热成形、退火、热挤压制管、正火热处理、内壁氧化皮清理、内壁浆料层涂覆和扩散烧结；其中，

内壁浆料层涂覆的浆料由渗剂及粘结剂混合而成，渗剂与粘结剂的比例为100g：100ml。

本发明进一步的改进在于，渗剂由铝粉、硅粉、镍粉及氧化铝粉组成，其中，铝粉、硅粉、镍粉及氧化铝粉的质量占渗剂的总质量的比例分别为30-60％、10-30％、20-40％及10-20％，且各粉末粒度大于1000目。

本发明进一步的改进在于，粘结剂由浓度为10％-30％的磷酸二氢铝水溶液与2％-20％nh4cl水溶液混合而成，且体积比为10:1。

本发明进一步的改进在于，内壁浆料层涂覆的料浆的厚度为100-300μm，且涂覆前渗剂与粘结剂球磨时间不低于10小时。

本发明进一步的改进在于，内壁浆料层涂覆处理后的主蒸汽管道在室温下放置12-24小时，然后在50-80℃的温度下烘干硬化10-20小时。

本发明进一步的改进在于，扩散烧结的具体操作为：将经过烘干硬化后内壁涂覆浆料的主蒸汽管道在750-790℃保温5-20h，并采用氩气保护。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道，该主蒸汽管道由电站用p91、p92材质的主蒸汽管道及内壁的抗高温蒸汽氧化涂层组成，在650℃/1000h/饱和蒸汽氧化增重小于0.01mg/cm²，管道内壁达到了完全抗氧化级。

本发明提供的一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道的制备方法，制备工艺匹配了主蒸汽管道以及再热蒸汽管道热处理工艺，在不改变p91、p92合金高温强度的基础上实现了火电机组主蒸汽管道以及再热蒸汽管道用铁素体、马氏体主蒸汽管道内壁的抗氧化涂层制备，从而使经制备涂层的火电机组主蒸汽管道内壁达到完成抗氧化级，操作简单、方便，适用于p91、p92等铁素体/马氏体钢主蒸汽及再热蒸汽大管道。

附图说明

图1为本发明一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道的制备方法流程图；

图2为本发明的实施例一中包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道的结构形貌；

图3为本发明的实施例一中处理后的火电机组主蒸汽及再热蒸汽管道内壁试样在650℃、1000h饱和蒸汽环境中的氧化动力学曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例一

按照图1所示的流程制备包含内壁抗氧化涂层的p92主蒸汽管道，具体流程依次为：炼钢、铸造、坯料热成形、退火、热挤压制管、正火热处理、内壁氧化皮清理、内壁浆料层涂覆、扩散烧结，加工清理。其中，炼钢、铸造、坯料热成形、退火、热挤压制管和正火热处理环节均按照asme2179sa335p92规范执行。