锅炉管材的晶间腐蚀失效始终制约着USC火电技术的发展,能否研制具有综合力学性能优、高温耐蚀性好、持久强度高的管材,决定着我国未来USC火电技术的发展。目前,S30432不锈钢是超超临界锅炉过热器的首选材料,Cu、N和Nb元素的复合加入,提高了该材料的高温强度和蠕变强度,而有关人员发现其存在较高的晶间腐蚀敏感性。基于改善锅炉管材的晶间腐蚀敏感性,为提高锅炉管材的蠕变强度和耐高温氧化性,本课题自行设计研究了新型USC锅炉管材—CHDG-A06合金,并对该合金与S30432不锈钢的显微结构及晶间腐蚀敏感性进行了分析和讨论。
锅炉管
本研究采用的S30432不锈钢由江苏银环精密钢管有限公司提供,CHDG-A06合金为自行设计研发的新型锅炉管材,两种管材的化学成分见表1。从直径为Φ110mm的热轧圆钢截面中部沿纵向制取试样,尺寸为10mm×4mm×30mm。根据ASME中规定的S30432不锈钢的固溶温度(≥1100℃)和国标规定的晶间腐蚀敏化温度(650℃),制定了表2所示热处理工艺。
表1 CHDG-A06合金和S30432不锈钢的化学成分(质量分数,%)
材料 |
C |
Mn |
Cr |
Ni |
Nb |
N |
其他 |
CHDG-A06 |
0.015 |
0.794 |
18.64 |
9.83 |
0.349 |
0.272 |
2.54Cu |
S30432 |
0.086 |
0.725 |
18.50 |
9.59 |
0.603 |
0.117 |
3.03Cu、0.247Mo |
表2 热处理工艺
工艺号 |
热处理工艺参数 |
1 |
固溶处理1150℃×8min×WQ |
2 |
固溶处理1150℃×8min×WQ+敏化处理650℃×1h×AC |
3 |
固溶处理1150℃×8min×WQ+敏化处理650℃×2h×AC |
4 |
固溶处理1150℃×8min×WQ+敏化处理650℃×3h×AC |
注:WQ—水淬,AC—空冷 |
采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析了经650℃敏化处理的CHDG-A06合金和S30432不锈钢的微观组织,并通过晶间腐蚀试验评价了两种不锈钢的晶间腐蚀敏感性。结果表明:
(1)CHDG-A06合金的晶间腐蚀敏化性比S30432不锈钢低,具有优良的耐晶间腐蚀性能。
(2)N元素的加入不仅起到固溶强化、稳定奥氏体组织的作用,还促进了Nb(C,N)相的弥散析出,减弱了由于Nb(C,N)以条块状析出对高温蠕变强度产生的不良影响,提高了Nb的沉淀强化和细晶优化作用。因此,CHDG-A06合金具有优良的综合力学性能和高温蠕变性能。