热处理对S30432钢喷丸层硬度和高温氧化性能的影响研究

摘要

随着超超临界锅炉的逐渐推广，锅炉高温过热器、再热器的工质氧化问题变得尤为突出，不锈钢材料内壁喷丸是提高抗蒸汽侧氧化能力的重要手段，但实际生产中不锈钢材料不可避免经历热处理过程，热处理对喷丸层性能，特别是抗氧化性能造成了不利影响。为此，本文设计了能反映生产情况的热处理试验，研究了S30432管内喷丸层显微硬度的变化规律，分析了高温氧化试验后Cr含量随热处理温度的变化情况，获得了热处理对超超临界锅炉奥氏体不锈钢内壁喷丸效果影响的规律，确定了能保证锅炉结构安全性，兼顾喷丸层抗高温蒸汽氧化能力，减少非计划停机的热处理温度及方式，对提高电厂运行效益意义重大。
　　本文使用箱式电阻炉及履带加热片将S30432内喷丸管在640℃、740℃、765℃及1125℃×2h四个温度点的热处理，用SEM及观察了热处理后的喷丸层外观形貌，EDS分析了氧化物成分；通过显微硬度仪测定了不同热处理时间后喷丸层60μm深处的显微硬度值的变化数据，使用origin软件将640℃和740℃硬度-时间曲线进行了拟合，建立了两者关系的数学模型。随后试样在箱式电阻炉中进行700℃×48h高温氧化试验，借助SEM观察喷丸层内壁的氧化物形貌；研究断面氧化物的厚度及分层结构；并使用EDS线扫描分析了原始与热处理状态氧化试验后Fe、Cr、Ni、O元素的分布规律和内层氧化物Cr含量的差异。
　　研究表明：热处理显著降低了显微硬度值，硬度下降的速率随着时间推移由大变小，在最初的30分钟内大幅度下降，最后趋近于一稳定值；温度越高降低幅度越大，1125℃×2h热处理后硬度与基体基本无差异，其余3个温度点硬度下降幅度在30-70HV0.5左右，还保留有喷丸强化特征。硬度的变化主要是喷丸层组织在热处理过程中发生回复再结晶。高温空气氧化试验发现热处理温度对于氧化物内层平均Cr含量有明显的影响，随着温度的提高，平均Cr含量下降，异种钢的焊后整体热处理后喷丸层的抗氧化性能在可接受的范围内。经历了1125℃固溶热处理后喷丸层的抗氧化性能最差，主要是由于亚晶结构长大，晶界数量减少，Cr元素向喷丸层的扩散通道大量减少，导致了其氧化性能的下降。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外课题研究状况

1.2.1超超临界锅炉的不锈钢蒸汽侧氧化问题分析

1.2.2 喷丸层的组织结构及其提高抗氧化能力的原理

1.2.3 加热对喷丸效果的影响

1.2.4 国内外关于不锈钢内壁喷丸效果的检测方法

1.2.5 高温空气氧化试验法评估抗氧化性的可行性

1.3 本论文研究的主要内容

第2章 S30432内喷丸管热处理试验研究

2.1 S30432材料原始性能

2.1.1 S30432材料的强化机理

2.1.2 实测化学成分

2.1.3 机械性能

2.2 喷丸层的强化性能的测试

2.2.1 测试方法

2.2.2 测试数据及分析

2.3.1 典型的管排结构设计

2.3.2 生产流程及热过程要求

2.3.3 试验温度点的选择

2.4 喷丸管热处理试验

2.4.1 试样的加工

2.4.2 热处理对喷丸层硬度的影响

2.5 本章小结

第3章 S30432内喷丸管高温空气氧化试验研究

3.1 试验方法

3.1.1 试验过程

3.1.2 分析手段

3.2 试验结果及分析

3.2.1 试样外观观察结果

3.2.2 原始喷丸层SEM数据及分析

3.2.3 热处理后喷丸层内壁氧化形貌分析

3.2.4 高温空气氧化试验后的SEM及EDS分析

3.2.5 氧化物的成分线扫描（Line Scan）分析

3.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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