T91鋼的高溫氧化行為研究.pdf

1、本文主要對T91鋼在高溫高壓水蒸汽介質(zhì)的服役環(huán)境中安全運(yùn)行中的氧化腐蝕和壽命監(jiān)控等問題進(jìn)行了研究,以滿足電站安全運(yùn)行的需要.對服役狀態(tài)下T91運(yùn)行管及實(shí)驗(yàn)室模擬工況環(huán)境下T91管的氧化腐蝕理論和實(shí)踐研究表明,其氧化物為CrFe<,2>O<,6>非晶體、CrFe<,2>O<,4>和Fe<,3>O<,4>尖晶石晶體、Fe<,2>O<,3>剛玉晶體,不會出現(xiàn)FeO.內(nèi)層為單相非晶體的CrFe<,2>O<,6>簿層,由直徑約0.1μm~0.2

2、μ m的亞微米級CrFe<,2>O<,6>氧化物小粒子堆積而成;中層為較厚的CrFe<,2>O<,4>單相細(xì)等軸晶和在其上生長的粗柱狀晶結(jié)構(gòu);外層為Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>的細(xì)等軸晶和在其上生長的粗柱狀晶結(jié)構(gòu).氧化層的形成機(jī)理可描述為,首先在T91鋼表面生成CrFe<,2>O<,6>非晶體亞微米級微粒,它們以該非晶體微粒數(shù)量的增多而堆積式生長(與晶體的由原子在晶核晶面的有序凝聚生長不同),在側(cè)向生長而布滿鋼的表面后

3、再不斷增厚,生長前沿在CrFe<,2>O<,6>層的外表面和內(nèi)表面,外表面所需的Fe和Cr原子(離子)由鋼基體通過CrFe<,2>O<,6>層擴(kuò)散而來,形成氧化物的單相無晶界非晶體內(nèi)層.該層內(nèi)Cr量較高,對鋼的抗氧化性有利.繼續(xù)氧化時(shí),在CrFe<,2>O<,6>非晶體層表面生長出眾多的尖晶石結(jié)構(gòu)的CrFe<,2>O<,4>新晶核,并長成細(xì)等軸晶,位向適宜的細(xì)等軸晶定向生長成粗柱狀晶,這些細(xì)等軸晶和粗柱狀晶共同組成氧化層的CrFe<,2

4、>O<,4>中層,在該晶體層生長的初期,(Fe、Cr):O比與非晶體層一致,但Cr漸少而Fe漸多,并且Fe、Cr離子在CrFe<,2>O<,4>氧化物晶體中嚴(yán)重缺位約37％.繼續(xù)氧化或氧化溫度稍高時(shí),再在CrFe<,2>O<,4>粗柱狀晶層(中層)表面生成Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>晶核,長成Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>細(xì)等軸晶覆蓋層,Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>層的增厚也如α-Fe

5、氧化時(shí)Fe<,2>O<,3>層的生長那樣,有兩個(gè)生長前沿,即CrFe<,2>O<,4>/Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>界面和Fe<,3>O<,4>-Fe<,2>O<,3>/O<,2>界面,雙向生長成粗柱狀晶外層.本文對T91在空氣介質(zhì)中的氧化層的研究表明,空氣氧化動力學(xué),遵守y=k·lnt+c半對數(shù)規(guī)律,這比拋物線規(guī)律的抗氧化性更好,600℃及以下,空氣氧化層不出現(xiàn)破裂,動力學(xué)曲線遵守一個(gè)階次的半對數(shù)規(guī)律;650℃空氣氧

6、化層在13h出現(xiàn)破裂,動力學(xué)曲線由兩個(gè)階次的半對數(shù)規(guī)律;空氣介質(zhì)中的氧化層的破裂和剝落機(jī)理可以是'界面裂紋導(dǎo)致氧化層弓出彎曲穿透破裂剝落',也可以是'氧化層內(nèi)縱向裂紋的不穿透破裂剝落'.氧化動力學(xué)曲線是氧化腐蝕運(yùn)行評價(jià)的依據(jù).當(dāng)服役溫度不超過593℃時(shí),T91鋼的氧化腐蝕運(yùn)行評價(jià)的結(jié)論是安全的.設(shè)計(jì)值是壽命監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn),符合設(shè)計(jì)值的運(yùn)行參數(shù)才能確保運(yùn)行壽命.而在我國現(xiàn)行設(shè)備維修和更新改造的工程現(xiàn)實(shí)中,為保障亞臨界和超臨界機(jī)組的長壽命安全運(yùn)