[发明专利]一种提高高铬奥氏体钢抗高温蒸汽氧化的表面喷丸工艺

说明书

技术领域

本发明涉及喷丸工艺领域，尤其涉及一种提高高铬奥氏体钢抗高温蒸汽氧化的表面喷丸工艺。

背景技术

在火力发电领域，随着人们对节约能源和环境保护的日益重视，人们不断提高机组的蒸汽参数以提高机组效率、降低单位发电量的污染物排放。随着超（超）临界发电技术的发展，在实际应用中，超（超）临界机组的主蒸汽压力已经可以达到31MPa，主蒸汽温度达到610℃。但是温度和压力的提高在带来更高的系统效率的同时，也使得锅炉高温部件失效问题更加突出，尤其是由于过热器和再热器的管内高温蒸汽氧化而导致的爆管失效。由高温蒸汽氧化形成的氧化皮达到一定厚度，就会发生剥落。剥落的氧化皮在管道下弯头处形成堆积，阻碍高温蒸汽的流动，不仅会导致过热器、再热器管壁由于传热系数减少而温度升高，甚至超温爆管，还会导致汽轮机发生固体颗粒侵蚀(Solid Particle Erode，SPE)、主汽门卡涩以及水汽品质下降等一系列问题，大大缩短了锅炉过热器、再热器管的使用寿命，严重影响了机组的安全运行。

因此，为了预防超（超）临界锅炉过、再热器管高温蒸汽氧化爆管事故的发生，保证超（超）临界机组的安全稳定运行，迫切需要可以有效提高超临界火电机组过热器、再热器所使用的耐热钢，特别是高铬奥氏体钢的抗高温蒸汽氧化性能的工艺与方法。

为了降低高温蒸汽氧化带来的各种问题，人们提出了各种技术措施来降低钢的氧化速率，例如，（1）提高材料中Cr、Si、Al等合金元素含量；（2）对材料表面进行镀Cr处理；（3）进行铬酸盐处理以及通过特殊热加工工艺以获得较细晶粒度的组织等。

这些方法在一定程度都能提高材料的抗蒸汽氧化性能，但仍然存在若干问题。方法（1）对于低Cr奥氏钢有一定的效果，但是对于高Cr奥氏体而言，提高Cr等元素的含量对提高抗蒸汽氧化效果并不十分明显，同时带来材料成本大幅上升以及焊接性能下降等问题。方法（2）形成的镀Cr层在机组启停的热循环工况下，容易发生开裂剥落，从而使基体钢直接暴露在蒸汽环境中，加速了氧化过程的进行。方法（3）可以通过冷加工或固溶处理等方法获得细晶粒组织，从而提高抗蒸汽氧化能力，但是该方法的适用范围有限，难以获得均匀的晶粒组织，不利于均匀提高材料的抗蒸汽氧化性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有防护技术的问题，提供一种提高高铬奥氏体钢抗高温蒸汽氧化的表面喷丸工艺，利用本发明工艺，能够有效提高高铬奥氏体不锈钢在高温蒸汽中的抗氧化腐蚀能力，极大推动了超临界及超超临界机组高温蒸汽氧化防护方法的发展。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高高铬奥氏体钢抗高温蒸汽氧化的表面喷丸工艺，采用机械离心式喷丸设备进行喷，弹丸材质采用陶瓷弹丸，弹丸显微硬度为660HV~750HV，弹丸直径为0.25~0.75mm，喷嘴到试样表面的距离为150~190mm，喷丸流量为1.0~2.5kg/min，喷丸时间为2~4min，喷射角度θ=40°~65°。

本发明进一步的改进在于：机械离心式喷丸设备具有弹丸尺寸筛选和破碎弹丸装置，及抽风除尘装置。

本发明进一步的改进在于：所述机械离心式喷丸设备的离心轮转速为2500~4500r/min。

本发明进一步的改进在于：陶瓷弹丸的主要组织为ZrO₂晶相与SiO₂非晶相，ZrO₂晶相质量百分含量为60%~70%，SiO₂非晶相质量百分含量为28%~33%，余量Al₂O₃质量百分含量为0~10%。

本发明进一步的改进在于：所述陶瓷弹丸显微硬度为700HV，直径为0.6mm，喷嘴到试样表面的距离为150mm，喷丸流量为1.8kg/min，喷丸时间为3min，离心喷丸机转速为3500r/min，喷射角度θ=50°。

本发明进一步的改进在于：所述试样的材质为高铬奥氏体钢；所述高铬奥氏体刚的铬的质量百分含量大于或等于15%。

本发明进一步的改进在于：所述高铬奥氏体钢为Super304H。

本发明进一步的改进在于：喷丸强度为0.25~0.35A，表面覆盖率为200%。

本发明进一步的改进在于：经过喷丸工艺处理的试样表面层的亚晶粒发生了碎化，经喷丸强化的亚晶粒细度小于0.02μm。

本发明进一步的改进在于：经过喷丸工艺处理的试样表面层形成一层致密的Cr₂O₃薄膜。