超超临界汽轮机叶片用钢的抗高温氧化性能

论文摘要

现代热电厂主要通过提高蒸汽参数（蒸汽温度和压力）来提高发电机组的效率,随之对汽轮机叶片材料在耐热性上提出更高的要求,新的叶片材料不断被研制与应用。根据工况条件对新引进的超超临界汽轮机叶片用1CrllMoNiW1VNbN耐热钢进行调质处理和抗高温氧化试验,并对其抗高温氧化性能进行了全面的评定。试验采用静态不连续增重法,依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》和HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性能测定试验方法》对钢开展了700℃下空气中恒温氧化1000h试验和700℃×11次温度循环氧化试验,获取了氧化增重数据；采用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪等分析手段检测氧化产物的形貌及相组成；分析了钢的氧化动力学及开裂剥落机理。试验结果表明：1CrllMoNiW1VNbN耐热钢经过1150℃淬火+710℃回火处理后,其常温力学性能符合标准要求,且该钢在700℃下恒温氧化1000h处于抗氧化级别。氧化膜大致分为三层,（Fe,Cr）2O3内层、混合中间层（无氧区+（Fe,Cr）3O4氧化物）和（Fe,Cr）2O3外层,表层有非平面生长的（Fe,Cr）2O3晶片；富铬氧化膜稳定生长,氧化近似符合抛物线规律；由于氧化膜表层形成了快速生长的Fe2O3以及膜的开裂剥落,氧化由抛物线转为直线规律；氧化末期出现二次失稳氧化,膜厚由10μm增至100μm,其中致密的Fe2O3外层占总厚度的3/5,氧化膜未出现明显剥落。膜的完整性与时间存在异常关系,氧化膜的退化、基体中合金元素的贫化、膜中的孔洞或空隙的形成以及热应力等导致了开裂剥落的发生,而与膜厚无关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超超临界汽轮机的发展历程
• 1.2.1 超超临界的定义
• 1.2.2 国内外超超临界汽轮机的发展动态
• 1.3 耐热钢简介
• 1.3.1 耐热钢的种类类型
• 1.3.2 耐热钢的合金化
• 1.3.3 耐热钢的热处理工艺
• 1.4 金属的高温氧化
• 1.4.1 氧化过程
• 1.4.2 高温氧化基础
• 1.4.3 高温氧化理论
• 1.5 本论文主要内容
• 第2章 试验材料及热处理
• 2.1 试验材料
• 2.2 热处理工艺参数的确定
• 2.3 热处理结果分析
• 2.3.1 金相组织观察
• 2.3.2 力学性能试验结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 高温氧化试验与性能检测方法
• 3.1 试验过程
• 3.1.1 试样制备与坩埚焙烧
• 3.1.2 恒温氧化试验
• 3.1.3 循环氧化试验
• 3.2 试验结果的检测手段
• 3.2.1 形貌观察
• 3.2.2 成分分析
• 3.2.3 物相鉴定
• 3.2.4 化学镀镍
• 3.3 试验设备及仪器仪表
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面、截面的形貌及物相分析
• 4.1 宏观氧化形貌观察
• 4.2 氧化膜的微观形貌、成分及结构
• 4.2.1 前期氧化
• 4.2.2 稳态氧化
• 4.2.3 失稳氧化
• 4.2.4 二次失稳氧化
• 4.3 氧化膜的组成变化
• 4.3.1 氧化膜的相结构变化
• 4.3.2 氧化膜的成分变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 高温氧化动力学分析
• 5.1 氧化速度分析
• 5.1.1 氧化动力学曲线
• 5.1.2 抗氧化性能评定
• 5.2 氧化机理
• 5.2.1 前期氧化
• 5.2.2 稳态氧化
• 5.2.3 失稳氧化
• 5.2.4 二次失稳氧化
• 5.3 循环氧化动力学
• 5.4 本章小结
• 第6章 氧化膜的开裂剥落分析
• 6.1 氧化膜的破坏研究
• 6.1.1 应力的产生与释放
• 6.1.2 氧化膜的开裂剥落模型
• 6.2 氧化皮脱落机理分析
• 6.2.1 氧化膜的退化
• 6.2.2 膜退化过程中元素的扩散
• 6.2.3 氧化膜的脱落方式
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢