專利名稱：一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及噴丸工藝領域，尤其涉及一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝。
背景技術：
在火力發電領域，隨著人們對節約能源和環境保護的日益重視，人們不斷提高機組的蒸汽參數以提高機組效率、降低單位發電量的污染物排放。隨著超(超)臨界發電技術的發展，在實際應用中，超(超)臨界機組的主蒸汽壓力已經可以達到31MPa，主蒸汽溫度達到610°C。但是溫度和壓力的提高在帶來更高的系統效率的同時，也使得鍋爐高溫部件失效問題更加突出，尤其是由于過熱器和再熱器的管內高溫蒸汽氧化而導致的爆管失效。由高溫蒸汽氧化形成的氧化皮達到一定厚度，就會發生剝落。剝落的氧化皮在管道下彎頭處形成堆積，阻礙高溫蒸汽的流動，不僅會導致過熱器、再熱器管壁由于傳熱系數減少而溫度升高，甚至超溫爆管，還會導致汽輪機發生固體顆粒侵蝕(Solid Particle Erode, SPE)、主汽門卡澀以及水汽品質下降等一系列問題，大大縮短了鍋爐過熱器、再熱器管的使用壽命，嚴重影響了機組的安全運行。
因此，為了預防超(超)臨界鍋爐過、再熱器管高溫蒸汽氧化爆管事故的發生，保證超(超)臨界機組的安全穩定運行，迫切需要可以有效提高超臨界火電機組過熱器、再熱器所使用的耐熱鋼，特別是高鉻奧氏體鋼的抗高溫蒸汽氧化性能的工藝與方法。
為了降低高溫蒸汽氧化帶來的各種問題，人們提出了各種技術措施來降低鋼的氧化速率，例如，(I)提高材料中Cr、S1、Al等合金元素含量；(2)對材料表面進行鍍Cr處理;(3)進行鉻酸鹽處理以及通過特殊熱加工工藝以獲得較細晶粒度的組織等。
這些方法在一定程度都能提高材料的抗蒸汽氧化性能，但仍然存在若干問題。方法(I)對于低Cr奧氏鋼有一定的效果，但是對于高Cr奧氏體而言，提高Cr等元素的含量對提高抗蒸汽氧化效果并不十分明顯，同時帶來材料成本大幅上升以及焊接性能下降等問題。方法(2)形成的鍍Cr層在機組啟停的熱循環工況下，容易發生開裂剝落，從而使基體鋼直接暴露在蒸汽環境中，加速了氧化過程的進行。方法(3)可以通過冷加工或固溶處理等方法獲得細晶粒組織，從而提高抗蒸汽氧化能力，但是該方法的適用范圍有限，難以獲得均勻的晶粒組織，不利于均勻提高材料的抗蒸汽氧化性能。發明內容
本發明的目的是克服現有防護技術的問題，提供一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，利用本發明工藝，能夠有效提高高鉻奧氏體不銹鋼在高溫蒸汽中的抗氧化腐蝕能力，極大推動了超臨界及超超臨界機組高溫蒸汽氧化防護方法的發展。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，采用機械離心式噴丸設備進行噴，彈丸材質采用陶瓷彈丸，彈丸顯微硬度為660m T750HV，彈丸直徑為O.25 0. 75mm，噴嘴到試樣表面的距離為15(Tl90mm，噴丸流量為1. 0^2. 5kg/min，噴丸時間為2 4min，噴射角度Θ =40。 65。。
本發明進一步的改進在于機械離心式噴丸設備具有彈丸尺寸篩選和破碎彈丸裝置，及抽風除塵裝置。
本發明進一步的改進在于所述機械離心式噴丸設備的離心輪轉速為 250(T4500r/min。
本發明進一步的改進在于陶瓷彈丸的主要組織為ZrO2晶相與SiO2非晶相，ZrO2 晶相質量百分含量為60°/Γ70%，SiO2非晶相質量百分含量為28% 33%,余量Al2O3質量百分含量為0 10%。
本發明進一步的改進在于所述陶瓷彈丸顯微硬度為700HV，直徑為O. 6mm,噴嘴到試樣表面的距離為150mm,噴丸流量為1. 8kg/min,噴丸時間為3min,離心噴丸機轉速為 3500r/min,噴射角度 Θ =50°。
本發明進一步的改進在于所述試樣的材質為高鉻奧氏體鋼；所述高鉻奧氏體剛的鉻的質量百分含量大于或等于15%。
本發明進一步的改進在于所述高鉻奧氏體鋼為Super304H。
本發明進一步的改進在于噴丸強度為O. 25 0. 35A，表面覆蓋率為200%。
本發明進一步的改進在于經過噴丸工藝處理的試樣表面層的亞晶粒發生了碎化，經噴丸強化的亞晶粒細度小于O. 02 μ m。
本發明進一步的改進在于經過噴丸工藝處理的試樣表面層形成一層致密的 Cr2O3薄膜ο
整個噴丸工藝流程如下所述在噴丸開始前，首先對彈丸進行檢查，以符合圖樣參數規定；將檢查后的彈丸裝入機械離心式噴丸設備中，按圖樣規定的要求，設定機械式離心噴丸設備離心輪轉速、彈丸流量等噴丸工藝參數；對模擬試樣進行試噴丸；檢測試噴丸試樣的噴丸強度及表面覆蓋率等是否符合圖樣要求，如果不符合，則需要對相關參數進行調整優化；對高鉻奧氏體鋼試樣進行噴丸處理；最后對噴丸后的試樣進行表面清理。
相對于現有技術，本發明具有以下優點離心噴丸設備以極高的速度將陶瓷彈丸噴射在金屬表面，金屬表面層發生極為強烈的塑性形變，使工件表面產生一定厚度的冷作硬化層，可顯著提高合金表面的位錯密度。經該噴丸工藝處理還使表面層的亞晶粒發生了碎化，經噴丸強化的亞晶粒細度小于O. 02 μ m,較細的晶粒有利于在合金表面形成氧化物的成核核心,提高合金的抗高溫氧化性能。
采用本工藝發明，能夠使高鉻奧氏體鋼獲得O. 25A^0. 35A的噴丸強度以及200%的表面覆蓋率，同時，該工藝發明能夠有效提高高鉻奧氏體不銹鋼在高溫蒸汽中的抗氧化腐蝕能力，極大推動了超臨界及超超臨界機組高溫蒸汽防護方法的發展。
經過噴丸處理后，奧氏體鋼管內壁近表面產生碎化的奧氏體晶粒、動態再結晶晶粒、大量的滑移帶。由于表面晶粒的碎化作用和缺陷密度的增加 ，在加熱過程中，噴丸引起的塑性變形組織發生回復，溶質原子與高密度位錯發生交互作用形成溶質原子氣團，與位錯一同向晶界遷移，并形成新的小角度晶界或亞晶界，為Cr提供了大量的短路擴散通道和擴散驅動力。在氧化過程中，這些通道為Cr原子提供了向氧化物/介質界面擴散的途徑， 也在晶界處截流了氧原子，使Cr的氧化物相對含量得以提高。另外，表面的晶格畸變，也使得合金元素Cr具有向位錯線等高能區域偏聚或向晶界析出的趨勢，降低了氧化物中的Fe 的相對含量，使得向氧化物/金屬界面遷移的Cr量相對減少。噴丸鋼管內壁表面形成的致密Cr2O3薄膜，將金屬與腐蝕環境隔開，阻礙了氧化的進一步進行。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明中涉及到的提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝作進一步詳細說明。
圖1是提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明進一步詳細說明。
實施例1 :
請參閱圖1所示，本發明一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝為
(I)采用機械離心式噴丸設備，該設備具有彈丸尺寸篩選和破碎彈丸裝置，及抽風除塵裝置。
(2)采用陶瓷彈丸作為噴丸材料，其顯微硬度為700HV，直徑為O. 6mm。
(3)噴丸進行時，噴嘴到試樣表面的距離為150mm，噴丸流量為1. 8kg/min,噴丸時間為3min，噴射角度θ=50°。
(4)離心噴丸機轉速為3500r/min。
上述陶瓷彈丸的主要組織為密集的ZrO2晶相與SiO2非晶相，ZrO2晶相質量百分含量為60% 70%，SiO2非晶相質量百分含量為28% 33%，余量Al2O3質量百分含量為0 10%。
在噴丸開始前，首先對彈丸進行檢查，以符合圖樣參數規定；將檢查后的彈丸裝入機械離心式噴丸設備中，按圖樣規定的要求，設定機械式離心噴丸設備離心輪轉速、彈丸流量等噴丸工藝參數；對模擬試樣進行試噴丸；檢測試噴丸試樣的噴丸強度及表面覆蓋率等是否符合圖樣要求，如果不符合，則需要對相關參數進行調整優化；對高鉻奧氏體鋼試樣進行噴丸處理；最后對噴丸后的試樣進行表面清理。
待噴丸高鉻奧氏體鋼為Super304H，其化學組成如表I所示。將Super304H試樣放入到機械離心式噴丸設備中，調整機械式離心噴丸設備離心輪轉速以及彈丸流量，并進行噴丸，在設定的工藝條件下，使高鉻奧氏體鋼獲得O. 30A的噴丸強度以及200%的表面覆蓋率。
表lSuper304H鋼的主要化學的成分
權利要求
1.一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于，采用機械離心式噴丸設備進行噴，彈丸材質采用陶瓷彈丸，彈丸顯微硬度為660mT750HV，彈丸直徑為O.25 0. 75mm,噴嘴到試樣表面的距離為15(Tl90mm，噴丸流量為1. 0^2. 5kg/min,噴丸時間為2 4min，噴射角度Θ =40。 65。。
2.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于機械離心式噴丸設備具有彈丸尺寸篩選和破碎彈丸裝置，及抽風除塵裝置。
3.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于所述機械離心式噴丸設備的離心輪轉速為250(T4500;r/min。
4.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于陶瓷彈丸的主要組織為ZrO2晶相與SiO2非晶相，ZrO2晶相質量百分含量為60% 70%，SiO2非晶相質量百分含量為28% 33%，余量Al2O3質量百分含量為0 10%。
5.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于所述陶瓷彈丸顯微硬度為700HV，直徑為O. 6mm,噴嘴到試樣表面的距離為150mm,噴丸流量為1. 8kg/min,噴丸時間為3min,離心噴丸機轉速為3500r/min,噴射角度Θ =50° 。
6.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于所述試樣的材質為高鉻奧氏體鋼；所述高鉻奧氏體鋼的鉻的質量百分含量大于或等于15%。
7.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于所述高鉻奧氏體鋼為Super304H。
8.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于噴丸強度為O. 25 0. 35A，表面覆蓋率為200%。
9.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于經過噴丸工藝處理的試樣表面層的亞晶粒發生了碎化，經噴丸強化的亞晶粒細度小于O. 02 μ m。
10.根據權利要求1所述的一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，其特征在于經過噴丸工藝處理的試樣表面層形成一層致密的Cr2O3薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種提高高鉻奧氏體鋼抗高溫蒸汽氧化的表面噴丸工藝，采用機械離心式噴丸設備進行噴丸，彈丸材質采用陶瓷彈丸，彈丸顯微硬度為660HV~750HV，彈丸直徑為0.25~0.75mm，噴嘴到試樣表面的距離為150~190mm，噴丸流量為1.0~2.5kg/min，噴丸時間為2~4min，噴射角度θ=40°~65°。采用本工藝發明，能夠使高鉻奧氏體鋼獲得0.25A~0.35A的噴丸強度以及200%的表面覆蓋率，同時，該工藝發明能夠有效提高高鉻奧氏體不銹鋼在高溫蒸汽中的抗氧化腐蝕能力，極大推動了超臨界及超超臨界機組高溫蒸汽氧化防護方法的發展。
文檔編號C21D7/06GK103045830SQ201310013289
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者王樹眾, 李學東, 陳林, 吳志強, 孟海魚, 王龍飛 申請人:西安交通大學