超超临界机组锅炉用不锈钢管表面冷作硬化处理对其抗蒸汽氧化性能的影响

　　目前我国的超超临界机组锅炉蒸汽出口温度大多为600℃左右,这类锅炉受热面高温段管排大多选用HR3C和细晶TP347H FG或Super304等管材组合的方式制造。其中,TP347H FG或Super304细晶钢是在原18-8系列粗晶奥氏体不锈钢的基础上,通过成分优化和特殊的热处理方式得到的,使这类细晶钢的抗蒸汽氧化性能大幅提高[1~4]。但这类准奥氏体不锈钢长期在高温高压蒸汽中运行依然存在蒸汽氧化问题[4~9]。对此,一些文献报道,进行表面冷作硬化处理(如机加工、喷丸)能够大大改善18-8系列不锈钢的抗蒸汽氧化性能[4,10,11]。为了研究超超临界温度下表面冷作硬化处理的效果,在实验室条件下对一组现场运行4年的细晶TP347H FG和Super304管样[12]机加工区和非机加工区的蒸汽侧氧化皮结构和形貌进行对比分析,以期揭示这些内表面经过冷作硬化处理的细晶不锈钢管样在超超临界环境温度中的蒸汽氧化行为。

　　1　试样来源及试验方法

　　试验管样来自安装在丹麦的一台模拟超超临界过热器温度环境的试验管排[12],管排出口设计蒸汽温度为620℃、蒸汽压力为25.5 MPa。所有管样试验前都未进行过酸洗或钝化处理,在组装到试验管排前对每根管样的一端都进行了局部内壁微量镗孔加工处理,使同一根管样的内壁状态沿长度方向分为2种,一半经过机加工(冷作硬化)处理而另一半则仍保持原始供货状态。金相试样磨面取为管样纵向截面,并在制样时将加工区域和未加工区域的分界面安排在金相磨面长度中央的部位,以便于对比研究蒸汽侧氧化皮从机加工区域到未加工区域的形貌特征及厚度变化情况。为了研究内层氧化物形貌与基体金属组织间的关系,采用10%的草酸电解液对部分纵、横截面金相试样进行了电解腐蚀以显示基体金属的晶界、亚晶界等组织结构。测温热电偶安装在试验管排炉膛外的管段上,依此推算试验管排上各段管样内部的蒸汽温度分布情况,对应的管壁金属温度是按照Henriksen等人提出的计算方法[13]推算的,通常金属管壁温度比其内的蒸汽温度要高出20~40℃。管样在同一试验工况下(仅温度不同)经过29 588 h运行后被取出。所有试样均在光学显微镜和带有能谱分析系统的JEOL JSM590型扫描电镜下进行观察、分析、测试和拍照。为了对比,还对同炉试验的SAVE25(高Cr高Ni奥氏体不锈钢)管样内表面机加工区域和非加工区域的蒸汽侧氧化皮形貌特征也进行了观察分析。

　　2　试验结果及分析

　　2.1　SAVE25试验管样的蒸汽侧氧化皮

　　图1是SAVE25试验管样内表面机加工区域和未加工区域的蒸汽侧氧化皮典型形貌特征,计算出的管内蒸汽温度和内壁金属温度分别为593℃和599℃。