三种奥氏体钢在模拟气氛/煤灰环境中的腐蚀行为研究

摘要

本文在人工合成的气氛和气氛/煤灰环境中研究了三种奥氏体钢(S30432、HR3C、NF709R)在700℃下的腐蚀行为并探讨了腐蚀发展的机理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)等方法分析了腐蚀产物的形貌、物相、元素组成及分布。探讨了材料成分和腐蚀介质对腐蚀的影响。对三种材料抗向火侧腐蚀的能力进行比较。同时研究了HR3C在650℃气氛/含氯煤灰环境中腐蚀行为。
　　三种材料在模拟气氛环境中的腐蚀结果表明：腐蚀主要生成铬和铁的氧化物，腐蚀产物的组成和材料的成分相关。总体而言，材料中Cr元素含量越高，腐蚀产物中 Cr2O3含量越多。HR3C(Cr25wt％)的腐蚀产物主要为 Cr2O3。NF709R(Cr22wt%)的腐蚀产物主要为Cr2O3和Fe2O3。含Cr量相对较低(Cr18wt%)的 S30432，腐蚀产物主要为铁的氧化物(Fe2O3和 Fe3O4)。测试环境下的腐蚀以高温氧化为主，在膜/基体界面和靠近界面的基体侧存在硫化和内硫化。硫化作用加速氧化膜退化，加重材料腐蚀。
　　三种材料在模拟气氛/煤灰环境中的腐蚀结果表明：材料在该环境中腐蚀主要生成Fe的氧化物。当样品腐蚀轻微时Fe的氧化物主要以Fe2O3形式存在，腐蚀严重时以Fe3O4和Fe2O3形式存在。三种材料在腐蚀层/金属界面都生成硫化物。SO2含量的增加会促进表面低熔点共晶硫酸盐的形成，加速腐蚀初期的硫化作用。表面形成的液态硫酸盐可与氧化物反应，也可渗透到氧化膜内侧直接与金属基体反应，材料将遭受硫酸盐型的低温热腐蚀。
　　HR3C在气氛/含氯煤灰环境中的腐蚀结果表明：Cr2O3膜在氯盐中易遭受腐蚀而失效，高Cr的Fe基材料HR3C在含氯的气氛/煤灰环境中易遭受氯盐腐蚀。腐蚀产物主要为 Fe的氧化物及少量的 Cr2O3、NiFe2O4、NiCr2O4。随着 Cr、Fe元素的大量消耗，氧化膜内形成大量孔洞，且导致靠近氧化膜的基体侧Ni元素的相对浓度增加，出现富集。氯盐加速HR3C腐蚀的效果非常明显，并使腐蚀产物更易剥落。腐蚀过程存在下的氧化、硫化和氯化的相互作用。
　　三种材料抗腐蚀特性的比较表明：除S30432外，其他两种材料抗模拟气氛腐蚀的能力都很强，测试材料在向火侧环境中的腐蚀主要是气氛/煤灰的腐蚀。形成连续致密的富 Cr2O3氧化膜是材料抗硫酸盐型热腐蚀的关键，材料中 Cr元素含量越高，其抗硫酸盐型热腐蚀能力越好。SO2浓度的增加对气氛和气氛/煤灰环境下材料的腐蚀都有明显的促进作用。在气氛/煤灰环境中，SO2浓度从0.25%增加到1%时，即使Cr含量高达25wt%的HR3C，其抗腐蚀性能也急剧下降。三种奥氏体钢中Fe元素的快速反应，使得孕育期后的加速阶段腐蚀以较快速度进行。在含1%SO2的气氛/煤灰环境中，三种材料都遭受严重的腐蚀，其抗烟侧腐蚀能力从优到劣依次为：HR3C、NF709R、S30432。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超超临界发电技术进展

1.2.1 超超临界发电技术现状

1.2.2 超超临界锅炉用钢

1.3 超超临界锅炉的气氛/煤灰腐蚀

1.3.1 气氛/煤灰腐蚀研究的重要性

1.3.2 锅炉材料向火侧腐蚀机理

1.3.3 国内外研究现状

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料

2.1.1 S30432

2.1.2 HR3C

2.1.3 NF709R

2.2 实验方法

2.2.1 模拟气氛环境的腐蚀

2.2.2 模拟气氛/煤灰环境的腐蚀

2.2.3 模拟气氛/含氯煤灰环境的腐蚀

第3章 模拟气氛环境中材料的腐蚀行为研究

3.1 实验结果

3.1.1 0.25%SO2气氛下的腐蚀特性

3.1.2 1%SO2气氛下的腐蚀特性

3.2 分析讨论

3.2.1 SO2含量对腐蚀的影响

3.2.2 腐蚀机理分析

3.3 总结

第4章 模拟气氛/煤灰环境中材料的腐蚀行为研究

4.1 实验结果

4.1.1 0.25%SO2气氛/煤灰下的腐蚀特性

4.1.2 1%SO2气氛/煤灰下的腐蚀特性

4.2 分析讨论

4.2.1 SO2含量对腐蚀的影响

4.2.2 腐蚀机理分析

4.3 总结

第5章 HR3C在模拟气氛/含氯煤灰中的腐蚀行为研究

5.1 实验结果

5.1.1 0.25%SO2气氛/含氯煤灰下的腐蚀特性

5.1.2 1%SO2气氛/煤灰下的腐蚀特性

5.2 分析讨论

5.2.1 SO2含量对腐蚀的影响

5.2.2 腐蚀机理分析

5.3 总结

第6章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

声明