奧氏體鋼TP347H在高溫蒸汽中的氧化特性研究

摘 要：研究了TP347H不銹鋼的高溫氧化行為，利用蒸汽氧化裝置，在650℃和700℃下對TP347H不銹鋼管樣進行蒸汽氧化試驗。氧化時間為1000小時。對1000小時后的氧化膜橫截面以及表面形貌進行了分析。TP347H鋼在650℃和700℃下的氧化皮的微觀結構幫形貌特征分析表明：該不銹鋼氧化物分為內、外兩層，外層主要是Fe氧化物，內層主要是Fe，Cr，Ni的氧化物。

關鍵詞：氧化；奧氏體鋼；微觀形貌

蒸汽發電廠提高效率的目標是為了降低燃料消耗和二氧化碳排放量，已經開展了很多年。它可以通過提高蒸汽的溫度和壓力來實現。更高的蒸汽溫度可能會導致在過熱器管上較厚的蒸汽側氧化層，這將增加金屬溫度，從而導致鋼管的腐蝕和抗蠕變性能下降[1]。此外，較厚的氧化物更容易剝離，這會導致過熱器管的堵塞[2]。因此，對電廠用鋼抗氧化行為的研究具有重要意義。

奧氏體鋼TP347H已成為高蒸汽溫度和壓力的過熱器管的候選合金之一。其在650℃和700℃顯示出耐水蒸氣氧化性。在粗粒度和細粒度TP347H上都形成了雙層氧化物。Cr2O3被認定作為在細粒度合金上沿內部氧化物-合金界面的均勻層，而在粗粒度合金中其只在內部氧化物和合金晶界之間的交叉點附近被發現。在Cr2O3形態中的這種差異被歸因于在細粒合金中到氧化物-合金界面的Cr運輸的增加。在700℃時，細晶粒合金蒸汽氧化的最初500小時內生成個均勻的Cr2O3層，從此以后氧化物的生長明顯受到抑制（最大2000小時）。然而，在蒸汽溫度750℃和以上時，1000小時氧化后在內層中確定了Cr2O3能帶，這表明該層已不再是一種有效的擴散阻擋層。這種形態可能表明了一種具有緩慢動力學的振蕩的增長速率，只要能帶作為一個有效的屏障并且在侵入后具有更快的動力學。

1 實驗

鋼材被暴露在兩個測試溫度中，650℃和700℃，蒸汽壓力為0.1MPa。蒸汽流量為2L/min。

2 結果與分析

根據橫截面圖像和化學成分分布，橫截面分為雙層結構，一層是富Fe的外層，一層是富Fe-Cr-Ni的內層。外層結構是疏松多孔的，不具有保護性，且很容易發生剝落。內層是一層具有保護性的致密氧化層。Cr和Ni在內層中富集，而在外層中基本上為零。在內層和基體之間存在著一個薄層，該薄層為過渡層，過渡層中氧化成分逐漸變化。由圖可知隨著氧化溫度的升高，氧化發生的越嚴重。在兩種溫度下外層與內層氧化膜之間已產生了較大的裂紋。

圖2為TP347H在不同溫度環境下氧化后的表面形貌。可以看出在試樣表面形成了一層致密的氧化層，該致密層均勻，在這些物質下面有一些非常細小的晶體結構。在致密的氧化層上有癤狀氧化物，這些癤狀物由一些不規則的晶粒組成，在這些晶體中間有大量的孔洞。這種癤狀物隨著氧化時間逐漸長大。700℃下氧化晶粒尺寸比650℃晶粒尺寸大。

3 結束語

在TP347H蒸汽氧化過程中形成的雙層氧化物。內含Cr層的形態被氧化溫度所影響。它包括了Fe-Cr氧化物所包圍的Fe-Ni-Cr尖晶石區域。在更高的溫度下，Fe-Cr氧化物通常構成了幾乎整個內部氧化層。因此認為在更高溫度下合金內更快的Cr運輸是合金形態變化的原因。

參考文獻

[1]郭立峰，魏彥筱，張曉昱，等.18-8奧氏體不銹鋼水蒸汽氧化的失效分析[J].華北電力技術，2005（8）：21.

[2]沈敏光.探討防止和減緩氧化皮生成和剝落的方法[J].電力建設，2003，24（9）：18-19.

作者簡介：李兵臣（1985-），男，漢，河北省石家莊市，東莞中電新能源熱電有限公司，碩士，研究方向：鍋爐燃燒。