T91鋼的高溫水蒸汽氧化動力學研究.pdf

1、T91鋼是美國上世紀七十年代研制開發(fā)的火力發(fā)電廠鍋爐蒸汽管道、集熱箱、再熱器、蒸汽導管等用熱強鋼，該鋼具有高的許用應力，高的持久強度，高的蠕變抗力，高的疲勞強度，高的熱導率，良好的焊接性，較好的抗蝕性，廣泛應用于美、歐、日等先進國家的火力發(fā)電廠，并取得了良好的經濟效益。我國于“八五”期間引進了該鋼種，并進行了國產化研究與生產。但是目前國內對于T91鋼的水蒸汽腐蝕研究較少，尤其是氧化動力學這部分更是空白。本文主要對T91鋼在高溫水蒸汽介質

2、環(huán)境下的氧化動力學進行研究，為T91鋼在電站安全運行提供可靠依據。 經本文研究表明，無論在水蒸汽還是在空氣介質下，T91鋼在700℃前后的動力學規(guī)律是有區(qū)別的。T91鋼在550℃、600℃和650℃時的水蒸汽氧化動力學遵守y2=kt+c二次拋物線規(guī)律；在700℃和750℃時遵守y=kt+c的雙直線規(guī)律。T91鋼在650℃和675℃時的空氣氧化動力學曲線遵守三次拋物線規(guī)律y3=kt+c，其中k為氧化速率，c為氧化常數；在700℃時

3、的空氣氧化動力學曲線遵守雙直線規(guī)律y=kt+c。在相同的溫度點，空氣介質下遵循的三次拋物線規(guī)律的抗氧化性要好于水蒸汽介質下遵循的二次拋物線規(guī)律的抗氧化性。 T91鋼高溫水蒸汽氧化在550℃、600℃和650℃時的快速氧化階段的氧化系數比慢速氧化系數快1個數量級；在700℃和750℃的快速氧化階段的氧化系數比慢速氧化系數快2個數量級。T91鋼在空氣介質中的氧化按各個曲線本身的快慢階段進行回歸分析，快速氧化的氧化速率比慢速氧化的氧化

4、速率快2～3個數量級；當各曲線取相同的氧化量進行分析，則675℃的曲線所用時間短得多，而且氧化速率快許多；若在慢速階段取相同的時間段，則675℃的曲線比650℃的曲線的氧化量和氧化速率均快一個數量級。在650℃和700℃這兩個相同的溫度點，T91鋼在水蒸汽中的氧化速率要大于空氣中的氧化速率。 經本文研究發(fā)現，T91鋼在低于650℃和高于700℃時，發(fā)生水蒸汽氧化反應后氧化層外表面具有明顯不同的形貌。在低于650℃時，氧化層最外層

5、出現透明薄片的須狀晶芽；在高于700℃時，氧化層外層出現的是柱狀晶芽。在650℃時，氧化層外層除了出現晶芽之外，還生長有團簇狀結構。650℃時團簇狀結構的直徑約為4.4μm，隨著溫度升高，團簇狀結構的直徑也增大，700℃時直徑約為6.4μm，而750℃時直徑約為12.5μm左右。團簇狀結構內存在大量的空隙，在團簇狀結構密集的地方，晶芽出現比較少；而在晶芽密集的地方，團簇狀結構比較少，且晶芽大部分出現于團簇狀結構之間的低凹處，也有小部分出

6、現于團簇狀結構之上。 在水蒸汽介質下，隨著溫度的升高，氧化層逐漸增厚，氧化層脆性逐漸增大，氧化層內部從顆粒狀組織，到出現柱狀晶，具有明顯的柱狀晶到粗大的柱狀晶，且在700℃和750℃時氧化層斷裂剝落后的表面可以看到一顆顆斷口平齊的柱狀斷口，且在柱狀斷口之間存在大量空隙，這也說明了隨著溫度升高，氧化層脆性增大的原因。 在500℃、16.7MPa的高溫高壓水蒸汽條件下，經過72h，T91鋼形成的氧化層致密結實，厚度約為6μm