新型不銹鋼材料耐高溫氧化及耐高溫KCl蒸汽腐蝕性能的研究

生物質(zhì)電廠是一種重要的、綠色的可再生能源的利用設(shè)施，具有非常環(huán)保、高效的應(yīng)用前景。

但由于其燃料中含有大量的堿性物質(zhì)，在利用焚燒生物質(zhì)燃料發(fā)電過程中形成的堿金屬氯化物附著在鍋爐水冷壁、過熱器等換熱管管壁上，在高溫環(huán)境下，管壁表面這些沉積鹽易于形成低熔點的復(fù)合鹽，使管壁發(fā)生嚴重的熱腐蝕，限制蒸汽參數(shù)的提高，給生物質(zhì)電廠造成較大經(jīng)濟損失。

目前，對生物燃料經(jīng)常出現(xiàn)的NaCl、KCl蒸汽對材料高溫腐蝕的影響研究已有報道，如：提出氧-氯氣氛中，金屬腐蝕速度主要受高揮發(fā)性金屬氯化物通過氧化膜向外擴散這一步驟控制；氯可通過固溶的形式滲入保護膜，改變保護膜的晶體結(jié)構(gòu)，增加腐蝕性氣體在保護膜的擴散系數(shù)，從而提高了金屬腐蝕速率。

合理的化學(xué)成分設(shè)計可使金屬材料具有所需要的使用性能，并且有較長的使用壽命；同時，成分設(shè)計可以充分發(fā)揮金屬材料的潛力，再配合適當(dāng)?shù)募庸し椒盁崽幚砉に嚕菇饘俨牧暇哂兴苓_到的最佳性能；最后，在保證材料使用性能和加工性能的前提下，具有較低的原料成本和加工成本。在生物質(zhì)鍋爐的高溫、高堿金屬、高氯化物的環(huán)境條件下，過熱器材料處于非常強的侵蝕性環(huán)境中，故需要對該條件下使用的材料進行專門的分析和設(shè)計。

研究人員針對生物質(zhì)電廠鍋爐煙氣側(cè)的高溫堿性腐蝕環(huán)境，對中科院金屬研究所設(shè)計、研發(fā)的4種新型不銹鋼材料進行高溫掛片試驗，通過高溫氧化動力學(xué)、高溫KCl蒸汽腐蝕動力學(xué)試驗定性分析新型不銹鋼材料的抗腐蝕性能，并對腐蝕后的材料進行表征分析。通過與其他相關(guān)研究的材料以及常用材料TP316的性能進行比較，給出生物質(zhì)電廠過熱管材料選擇上的一些建議與指導(dǎo)。試驗結(jié)果表明：

（1）4種新型不銹鋼材料在700℃高溫氧化試驗中均顯示出了較好的抗氧化腐蝕性能，增重變化集中在0.05～0.50mg/cm2，優(yōu)于以往的試驗材料。

（2）4種新型不銹鋼材料在700℃高溫KCl蒸汽腐蝕試驗中，ww2xx材料的增重變化最小，腐蝕程度最輕，ww3xx、ww4xx材料優(yōu)于ww1xx材料，表現(xiàn)出一定的耐高溫KCl蒸汽腐蝕性能，ww1xx材料在試驗中期出現(xiàn)了明顯的腐蝕層脫落現(xiàn)象，耐蝕性能相對較差。

（3）與傳統(tǒng)的TP316材料以及高鉻材料1xx、2xx相比，新型不銹鋼材料在高溫氧化試驗和高溫KCl蒸汽腐蝕試驗中均顯示出較大優(yōu)勢，目前更適合作為生物質(zhì)電廠過熱管材料，其優(yōu)劣順序為ww2xx＞ww3xx＞ww4xx＞1xx＞ww1xx＞2xx＞TP316。

（4）高鉻、高鋁含量的ww2xx材料在700℃高溫KCl蒸汽腐蝕環(huán)境下形成了相對致密均勻的氧化層，阻止了KCl進一步侵蝕金屬基體，單位面積質(zhì)量變化范圍控制在0.5mg/cm2以內(nèi)，使得ww2xx材料在所有材料中表現(xiàn)出優(yōu)良的耐高溫KCl蒸汽腐蝕性能，但由于30h后出現(xiàn)了局部鼓包現(xiàn)象，能否持續(xù)表現(xiàn)耐蝕性能還有待進一步研究。