火电站用TP304H和TP347H高温水蒸汽氧化机理

作     者：冯红飞 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王正品

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：TP304H TP347H 水蒸汽 高温氧化 

摘      要：TP304H和TP347H均是18-8系列奥氏体不锈钢,由于它们具有良好的高温综合力学性能和良好的可焊接性,因此被广泛地应用于火电厂的高温高压部件上。但这两种材料的抗高温蒸汽的腐蚀性较差,在长期运行过程中均会产生蒸汽氧化问题以及氧化皮脱落的问题,极大地影响了火电厂的安全经济运行。本文对TP304H和TP347H在高温水蒸汽下的氧化行为进行了研究,分析了这两种不锈钢的氧化机理,为该类不锈钢的研究提供参考。 本文利用西安热工研究院自制的高温蒸汽氧化装置对TP304H和TP347H在590℃、620℃和650℃水蒸汽下进行了氧化试验。采用不连续称重法对这两种材料的氧化动力学进行了研究。并利用金相显微镜、SEM和EDS对氧化层的形貌和成分进行了观察分析,提出了这两种材料的氧化机理。 研究结果表明：TP304H和TP347H在590℃、620℃和650℃水蒸汽下的氧化动力学均服从Δm=ktz抛物线规律。氧化速度随温度升高而加快,且在590℃到620℃之间氧化速度增长较快。TP347H钢的抗氧化性能优于TP304H钢。 TP304H和TP347H的氧化层均为内外两层结构,内外层界面为金属未氧化前的表面。内层含Cr元素较致密,外层只含氧和Fe元素较疏松,且内外层界面上常形成连续的孔洞。 外层氧化层的生长机制为：首先在表面生成颗粒状的氧化物,之后生长为连续的结晶状氧化物层,然后晶粒纵向生长,出现孔隙,之后随着晶粒横向长大,孔隙消失,氧化膜不断增厚。内层的生长过程为：内层中由于有Cr的存在,会在生长过程中生成富Cr带,富Cr带能有效降低氧化层的生长速度。但由于Cr元素在晶粒内部扩散较慢,难以形成连续的富Cr带,氧化层可越过富Cr带继续生长,内部常形成富Cr的黑斑区。而晶界处由于Cr元素扩散较快,常形成连续致密的富Cr层,因此晶界处较难被氧化,最终常形成狭长的白色未氧化的缺口或封闭的富镍区域。