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《山东大学》 2011年
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喷丸与沉积稀土氧化物涂层对Fe-Cr耐热钢高温氧化性能的影响

岳增武  
【摘要】:影响传统火力发电厂效率的主要因素是蒸气的温度和压力,自从二十世纪70年代的能源危机以来,全世界都在设法提高发电机组的温度和压力。近年来减少CO2排放的要求更加鼓励人们提高发电厂的效率。目前,大型发电机组的蒸气温度已经达到600℃左右。提高蒸气温度和压力的前提是研制出能承受更高温度和压力的耐热合金,而锅炉传热管在高温蒸气中的氧化性能则是耐热合金在高温使用的一个瓶颈。 锅炉传热管内的介质为高温蒸气,管子的内壁不可避免地与蒸气发生氧化反应。当温度提高时,在一定的时间内生成的氧化膜更厚,增厚的氧化膜带来三个主要问题:(1)管子金属的厚度因氧化腐蚀迅速减薄,引起应力增大并导致蠕变破裂;(2)氧化膜的导热性比金属差,使蒸气对管子的冷却作用变差,引起管子金属的温度升高,反过来又会加速管子的氧化和蠕变破坏;(3)当氧化膜生长至一定厚度时,在机组停运时会发生剥落,剥落的部分氧化膜会聚集在锅炉管的下部,在机组重新启动后,因为剥落的氧化膜造成管子堵塞或使管子内介质流量减少,引起过热爆管事故。因氧化膜剥落、堵塞造成的过热爆管是引起锅炉管失效的第二大主要原因。 本文研究的目的是通过沉积稀土氧化物涂层和喷丸处理工艺,降低Fe-Cr耐热钢在水蒸气中氧化膜的生长速率,防止或减少氧化膜的剥落,减少或避免由此引起的过热爆管事故。 本文将电泳沉积稀土氧化物涂层(CeO2)应用于纯铁及T9、TP304H和HR3C等Fe-Cr系耐热钢,将喷丸处理工艺应用于TP304H和HR3C,在高温水蒸气中进行等温氧化试验,进行了氧化动力学测试,使用XRD, SEM和EDS等手段对氧化膜进行了物相结构分析和形貌、成分分析。 试验结果表明,稀土氧化物(CeO2)涂层在一定的试验条件下可提高各种材料在水蒸气中的抗氧化性能,但对铬含量较高的HR3C效果最为显著;对TP304H和HR3C钢,沉积复合氧化物(CeO2+Cr2O3)涂层提高抗氧化性能的效果优于单纯Ce02涂层。 喷丸处理可显著提高TP304H和HR3C的抗氧化性能,在650℃水蒸气中的氧化试验表明,喷丸处理的TP304H钢抗氧化性能优于HR3C,甚至优于经过喷丸处理的HR3C,180h氧化后,喷丸处理的TP304H试样的单位面积氧化增重是未处理试样的单位面积氧化增重的3.7%。在喷丸的基础上沉积稀土氧化物涂层能进一步提高TP304H和HR3C钢的抗氧化性能。 使用自制的小径管内壁喷丸设备,对TP304H再热器管进行了内壁喷丸处理,在620-630℃服役7474h后,喷丸处理的管子内壁氧化膜的厚度只有未喷丸管氧化膜厚度的3%,且无剥落现象,喷丸处理提高抗氧化性能的效果显著。 沉积稀土氧化物CeO2涂层对纯铁、T91钢和TP304H钢的初始氧化阶段产生明显影响,它在金属表面造成低的氧分压,促进形成富铬的氧化物、抑制铁氧化物的生成;而对稳态氧化阶段的阴阳离子扩散无明显影响,因而对氧化速度无显著影响。富铈带位于氧化膜的内部。对T91氧化行为的研究使用了金标记法,以确定扩散传质方向。对T91氧化膜的分析表明,沉积CeO2涂层并氧化后,富铈带位于外层柱状晶和内层等轴晶之间,在富铈带内侧产生新的氧化物形核点,生成等轴状的Fe3O4层,富铈带之外的柱状晶的氧化物颗粒被细化,;对TP304H氧化膜的分析表明,由于沉积CeO2涂层,氧化膜的粘附性提高,富铈带位于内、外氧化层之间,富铈带中含铈的物相为CeO2和FeCeO3。 沉积CeO2涂层对提高HR3C的抗氧化性能效果显著。氧化膜内的扩散传质由铁离子向外扩散形成外层氧化物和氧离子向内扩散形成内层氧化物,转变为以氧离子向内扩散为主。 喷丸造成的表面冷加工高能量区域及滑移带、位错和细小晶粒,提供了更多铬的快速扩散通道,提高了铬的扩散通量,促进形成均匀致密的富铬氧化膜,Fe3O4外层消失。由于TP304H属于亚稳态奥氏体钢,喷丸在TP304H表面诱发了马氏体相变。对喷丸的TP304H试样进行了高温X射线衍射,结果表明马氏体在氧化试验温度仍存在。喷丸产生的马氏体可能是TP304H钢能获得比HR3C更好的抗氧化性能的主要原因。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG174.44

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王磊,马建新,路小峰,宗方;稀土氧化物上SO_2和NO的催化还原 Ⅰ.催化剂的活化特性和机理[J];催化学报;2000年06期
2 李辛庚,齐慧滨,王学刚,何家文;火电厂锅炉再热器管高温腐蚀研究[J];材料保护;2003年06期
3 李辛庚,傅敏,何家文;喷丸对TP304H钢高温水蒸气氧化行为的作用[J];材料科学与工艺;2004年03期
4 沈嘉年,周龙江,李铁藩;水蒸气加速Fe-Cr合金高温氧化的作用[J];材料研究学报;1998年02期
5 ;Effects of CeO_2 Coating on Oxidation Behavior of TP304H Steel in High-Temperature Water Vapor[J];Electricity;2005年01期
6 齐慧滨,D.G.Lees,何业东;表面施加含稀土氧化物薄膜对Fe25Cr高温氧化的“活性元素效应”[J];腐蚀科学与防护技术;1999年04期
7 郑世津;锅炉蒸汽侧氧化层剥落的治理[J];华东电力;2003年12期
8 徐庭栋,李庆芬,杨尚林;低作用应力引起的溶质在晶界非平衡偏聚或贫化[J];钢铁研究学报;2001年04期
9 梁戈;李辛庚;;电沉积CeO_2薄膜对TP304H钢高温水蒸气氧化机制的影响[J];材料热处理学报;2006年04期
10 曾潮流,王文,F.C.Rizzo,吴维;Fe-2Ce和Fe-5Ce合金在600-800℃空气中的氧化行为[J];金属学报;1998年10期
【共引文献】
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1 张本尊;李斌;吴振宇;;罩式炉内罩外表面产生黄绿色薄膜原因分析[J];鞍钢技术;2010年02期
2 徐晋勇;唐万兴;许敏;杜丽;高原;徐重;;低碳钢等离子表面冶金Mo-Cr合金层的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年02期
3 薛茂权;黄之德;王乾;熊党生;;石墨对粉末冶金镍基高温合金氧化行为的影响研究[J];兵器材料科学与工程;2007年05期
4 彭建国;骆素珍;袁敏;;304奥氏体不锈钢高温氧化行为研究[J];宝钢技术;2007年04期
5 冯立义,周建平,张骞;CSP加热炉炉辊辊环的研制[J];包钢科技;2004年02期
6 徐晋勇;宋宜梅;高原;余运江;徐重;;低碳钢表面合金强化层组织及性能的研究[J];兵工学报;2006年06期
7 赵双群,谢锡善;Ni-Cr-Co基高温合金在含有水蒸汽的空气中的高温腐蚀行为[J];北京科技大学学报;2004年03期
8 冷文波;罗大为;沈卓身;;可伐合金在模拟现场N_2/H_2O二元气氛下的氧化行为[J];北京科技大学学报;2006年12期
9 ;Preparation and High Temperature Oxidation Properties of Micro-crystalline MGH754 ODS Alloy Coatings[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2001年01期
10 张林伟;王鲁;王全胜;宁先进;;纳米结构CoNiCrAlY粉末的制备及其氧化行为[J];北京理工大学学报;2012年04期
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1 吴永炘;;唑类铜缓蚀剂在OSP应用的研究[A];2003年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2003年
2 于连旭;宋篪;孙雅茹;孙文儒;孙晓峰;郭守仁;胡壮麒;;P对IN783合金氧化性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
3 黄烁;王磊;黄炎;刘杨;吴剑涛;燕平;李俊涛;;定向凝固DZ792镍基高温合金900℃下的热腐蚀行为[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
4 韩汾汾;李辉;张健;楼琅洪;;Ta对铸造镍基高温合金氧化行为的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
5 刘杰;姜锦程;许振兴;刘俊友;;一种链算机箅板的抗高温氧化膜特征分析[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
6 张喜燕;石明华;李聪;刘年富;邱绍宇;张强;张鹏程;韦以明;;超细晶锆金属腐蚀速率-晶粒尺寸关系研究[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
7 徐维普;徐滨士;张伟;;高速电弧喷涂Fe-Al涂层高温腐蚀及动力学研究[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
8 魏世丞;徐滨士;梁秀兵;刘燕;陈永雄;白金元;;抗热腐蚀高速电弧喷涂层耐蚀性能研究[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
9 曾岗;李明伟;韩杰才;赫晓东;;EB-PVD制备微晶Ni-11.5Cr-4.5Co-0.5Al合金薄板800℃氧化行为研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
10 陈连生;王永强;李娜;王涛;;蓄热式加热炉中20CrMo钢氧化铁皮研究[A];2008年河北省轧钢技术与学术年会论文集(上)[C];2008年
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1 王俊一;K4104镍基高温合金渗A1高温防护涂层性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李丹;超(超)临界火电机组传热管用不锈钢的研究[D];江苏大学;2010年
3 宋鹏;铂铝合金粘结涂层的高温氧化行为研究[D];昆明理工大学;2010年
4 徐仰涛;新型钴基Co-Al-W合金设计、制备及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
5 陈辉;基于Mo_5Si_3难熔金属硅化物的合金化与复合化改性[D];兰州理工大学;2011年
6 安亮;Fe_3Si基过渡金属硅化物渗层及纳米复合粉体的制备与表征[D];兰州理工大学;2011年
7 刘延斌;粉末冶金钛基复合材料制备及应用基础[D];中南大学;2011年
8 黄道远;热/力作用下钴基硬质合金组织性能变化及相关机理的研究[D];中南大学;2010年
9 龚佳;典型不锈钢微观组织演变与腐蚀性能的研究[D];复旦大学;2011年
10 邰晓曦;介孔铈锆复合氧化物—聚合物杂化材料的制备及性能研究[D];华南理工大学;2011年
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1 张桂凯;室温熔盐镀铝—氧化法制备铝化物阻氘层技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 周伟;热处理工艺对510L热轧钢氧化皮结构和腐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
3 涂序荣;脉冲磁场控制制备阻燃镁合金的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 沈闯;Sb对AZ91-xRE镁合金稀土相形态及其组织和性能的影响[D];郑州大学;2010年
5 李伟光;抗固体粒子冲蚀磨损CrN_x镀层的性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 胡雪磊;冷喷涂金属/陶瓷热障涂层沉积特性和防护机理研究[D];中国海洋大学;2010年
7 陈愚;AZ91D镁合金表面火焰喷涂Ni/Al涂层的研究[D];湘潭大学;2009年
8 薛森贤;超临界锅炉氧化皮剥落爆管原因分析及对策研究[D];华南理工大学;2010年
9 栾小建;退役炉管和预氧化表面结焦行为与抑制技术研究[D];华东理工大学;2011年
10 纪显彬;汽车钢板的氧化热力学及动力学分析[D];武汉科技大学;2010年
【二级参考文献】
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1 王磊,马建新,孙凡,陈易新,谢敏明;稀土氧化物上SO_2和NO的催化还原 Ⅱ.用CO作还原剂的脱硫及反应机理[J];催化学报;2000年06期
2 李辛庚,齐慧滨,王学刚,何家文;火电厂锅炉再热器管高温腐蚀研究[J];材料保护;2003年06期
3 孙成文,陈深;碳钢与不锈钢表面高浓度渗铬法[J];材料科学与工艺;1997年03期
4 沈嘉年,周龙江,李铁藩;水蒸气加速Fe-Cr合金高温氧化的作用[J];材料研究学报;1998年02期
5 杨钢,刘正东,林肇杰,程世长,董瀚;用等径角挤压变形法制备纳米晶金属结构材料的组织演变[J];钢铁;2003年12期
6 梁小凯,孙新军,刘清友,董瀚;超细晶钢在不同温度下塑性变形机制的研究[J];钢铁;2004年11期
7 张东峰;形变热处理奥氏体系不锈钢获得晶粒超微细化[J];国外金属热处理;1994年02期
8 张玉敏,丁桦,孝云祯,杨春征;等径弯曲通道变形(ECAP)的研究现状及发展趋势[J];材料与冶金学报;2002年04期
9 刘清友,侯豁然,陈红桔,李静波,范建文,宋荣杰,董瀚;微合金钢超细组织的控制轧制[J];钢铁研究学报;2000年06期
10 徐庭栋,李庆芬,杨尚林;低作用应力引起的溶质在晶界非平衡偏聚或贫化[J];钢铁研究学报;2001年04期
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1 洪景娥;不同表面处理的TP304钢在高温水蒸气中的氧化行为研究[J];华北电力技术;2005年01期
2 静永娟;王新英;张继;;喷丸处理对TiAl合金拉伸性能的影响[J];稀有金属;2009年05期
3 王天生,于金库,董冰峰,张福成;1Cr18Ni9Ti不锈钢的喷丸表面纳米化及其对耐蚀性的影响[J];机械工程学报;2005年09期
4 郭富安;纪艳丽;N.Trannoy;;纯钛表面超细晶组织的扫描热显微镜分析[J];中国有色金属学报;2006年09期
5 麦永津;揭晓华;于能;郑向新;卢国辉;;7050铝合金的表面增压喷丸纳米化[J];机械工程材料;2009年12期
6 陈玉华;吴晓春;汪宏斌;;喷丸对H13钢等离子渗氮处理的影响[J];金属热处理;2008年06期
7 周志斌;许云华;霍群英;严伟林;方亮;;喷丸处理诱导高锰钢表层纳米化[J];热加工工艺(热处理版);2006年08期
8 兰姣霞;王艳红;王美丽;刘立健;张镭于;;喷丸致材料晶粒细化的实验研究[J];军事交通学院学报;2010年04期
9 宋尽霞;韩雅芳;刘庆瑔;宫声凯;李树索;赵松;;喷丸处理对IC6合金NiCoCrAlY涂层表面粗糙度的影响[J];航空材料学报;2006年03期
10 JAMES HARRISON;薄鑫涛;;控制喷丸处理——提高疲劳强度的冷加工方法[J];热处理技术与装备;1988年02期
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1 王声平;李勇军;常秀敏;;喷丸对超高强度钢GC4疲劳极限的影响[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
2 李小武;;[011]双滑移取向含富Cr沉淀颗粒Fe-Cr合金单晶体的低周疲劳与断裂行为[A];第十五届全国疲劳与断裂学术会议摘要及论文集[C];2010年
3 邱诗龙;任瑞铭;王生武;陈春焕;吴为;李志强;曾元松;;高能喷丸表面纳米化对工业纯钛疲劳性能的影响[A];第三届中国热处理活动周暨第六次全国热处理生产技术改造会议论文专辑[C];2005年
4 方亮;严伟林;孙琨;许云华;;强烈塑性变形诱导表面纳米化高锰钢的磨损性能[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
5 赵阳;王磊;于腾;丁海峰;;喷丸处理后的DZ640M合金表面再结晶行为研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
6 彭艳华;温榜;伍晓勇;李国云;王斐;黄娟;;压力容器母材拉伸结果异常试样的显微分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
7 鲁连涛;张继旺;;微粒子喷丸车轴钢疲劳性能分析[A];第十五届全国疲劳与断裂学术会议摘要及论文集[C];2010年
8 李辛庚;;喷丸与电泳沉积稀土薄膜对TP304H钢在650℃SO_2-O_2混合气氛中腐蚀行为的影响[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
9 胡宏彦;高玉魁;苏立欣;姚枚;杨庆祥;;循环应力对喷丸件疲劳过程残余应力松弛规律的影响[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年
10 吴晓春;闵娜;陈玉华;汪宏斌;;喷丸对H13钢热疲劳性能的影响[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
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1 朱汝敬;日韩船界备战涂层新规[N];中国船舶报;2006年
2 全国轧钢技术知识竞赛组委会专家组;立足实际 加速创新[N];中国冶金报;2006年
3 顾钢;食品检测新方法全面高效[N];科技日报;2007年
4 张秀娴;二十一世纪钢丝及钢棒应用发展趋势[N];世界金属导报;2003年
5 记者 贾晓燕;去密云只需半个多小时[N];北京日报;2006年
6 ;外墙外保温技术问答[N];中华建筑报;2003年
7 涂平涛;氯氧镁材料的耐久性及技术评定[N];中国建材报;2007年
8 刘友存 摘译;铝对无取向电工钢焊接性能的影响[N];中国冶金报;2007年
9 廖建国;日本钢中夹杂物评价技术最新动向[N];世界金属导报;2007年
10 陈逸珊;我国不锈钢深加工面临发展新机遇[N];现代物流报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳增武;喷丸与沉积稀土氧化物涂层对Fe-Cr耐热钢高温氧化性能的影响[D];山东大学;2011年
2 汪舟;马氏体不锈钢激光淬硬和喷丸实验研究与数值模拟[D];上海交通大学;2011年
3 刘文才;ZK60和GW103K镁合金高周疲劳行为及其喷丸强化研究[D];上海交通大学;2011年
4 赵惠;AZ31镁合金表面新型复合化学镀工艺的研究[D];东北大学;2008年
5 高焕方;镁合金环保型化学转化膜制备及其性能研究[D];重庆大学;2011年
6 王怀雨;PIII表面改性PBS和PTFE及其作为生物材料的研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
7 韩靖;表面自纳米化不锈钢与钛合金扩散连接研究[D];重庆大学;2009年
8 李焕新;聚乙烯表面生物被膜的形成及其抑制[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
9 乔丽英;镁基生物材料的表面改性和生物相容性研究[D];重庆大学;2008年
10 于松楠;5754铝镁合金微弧氧化膜的制备及其理化特性研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 须庆;各向异性材料喷丸残余应力的数值模拟[D];上海交通大学;2011年
2 张海礁;基于有限元分析的喷丸式内孔强化设备研究[D];中北大学;2012年
3 陈明;TC4钛合金及其喷丸处理后的微动损伤特性[D];大连理工大学;2012年
4 刘星;多尺度复合结构对7050铝合金表面性能影响的研究[D];广东工业大学;2012年
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6 姜莉莉;P92和P122铁素体耐热钢焊接接头热腐蚀性能研究[D];大连交通大学;2008年
7 张罡;16MnR焊接接头表面强化的研究[D];大连交通大学;2010年
8 梁字辉;表面处理技术强化CPU散热器性能研究[D];华南理工大学;2011年
9 周志斌;应变诱导高锰钢表层纳米化及其对耐磨性能的影响[D];西安建筑科技大学;2006年
10 肖骥;7475铝合金板材的各向异性疲劳性能研究[D];上海交通大学;2011年
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