CN101914766B

CN101914766B - 一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝

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Publication number: CN101914766B
Application number: CN2010102333241A
Authority: CN
Inventors: 刘宗德; 袁伟
Original assignee: BEIJING HUADIAN NAXIN TECHNOLOGY Co Ltd; North China Electric Power University
Current assignee: BEIJING HUADIAN NAXIN TECHNOLOGY Co Ltd; North China Electric Power University
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-07-19
Also published as: CN101914766A

Abstract

一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝，属于表面工程技术领域。双粉芯丝由粉芯丝I和粉芯丝II组成，利用等离子弧、氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆具有相同送丝速度的粉芯丝I和粉芯丝II，在基体表面形成由Ni-Cr-Mo-Fe-Ti为主相的熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合；熔覆层中，Cr的平均质量百分数为20-26wt％，Mo的平均质量百分数为13-17wt％，Ni的平均质量百分数为40-60％。利用等离子弧、氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆粉芯丝A和粉芯丝B，可形成厚度大于500μm的耐高温氯腐蚀熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合。优点在于，突破了现有热喷涂技术所存在的涂层与基体结合强度低、涂层厚度一般小于500μm、涂层存在孔隙率等局限性。

Description

一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是提供了一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝。

背景技术

生物质发电是解决能源与环境问题的一个重要突破口，秸秆是目前生物质发电锅炉中所用的主要燃料之一。由于秸秆中较高的氯含量(0.3-1％)，在过热器表面温度超过450℃时，秸秆燃烧过程中的沉积腐蚀问题限制了蒸汽参数的提高。秸秆能量密度低，且灰中含有大量的碱金属氯化物；在高温下碱金属及其相关无机元素可能在炉膛内形成熔渣或形成气相，以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面，不仅影响锅炉的热效率，还对换热面造成严重腐蚀。研究发现，以秸秆燃料为主的锅炉普遍存在受热面沉积腐蚀问题，其中过热器的高温氯腐蚀极为严重。

对于过热器管、水冷壁的严重高温氯腐蚀问题，只能采用主动防护和被动防护两种方法。主动防护法是通过优化设计和运行参数来减缓腐蚀速度，但该方法只能有限减缓局部区域的腐蚀速度，且可能影响锅炉效率。被动防护法包括表面涂覆层防护技术和选用耐高温氯腐蚀性好的镍基耐蚀合金材料，但选用镍基耐蚀高温合金作为锅炉管的造价过高，难以推广应用。因此，表面涂覆层技术是一种提高锅炉管耐高温腐蚀寿命、且具有好经济性的有效途径。

目前电厂常用热喷涂技术对锅炉管进行表面防腐，但热喷涂技术还存在如下固有局限性：

(1)涂层与基体为机械结合，其中电弧喷涂结合强度10-40MPa；涂层在交变热应力、颗粒冲刷等作用下，运行一定时间后易脱落；(2)对某些特殊的腐蚀严重部位涂层效果不明显，对这种顽症，尚找不到理想的喷涂方法及相应的材料，使之能具有与其它部位相同的寿命；(3)涂层厚度受限制，保质期较短；(4)二次喷涂效果更差；(5)涂层存在孔隙率，影响防腐效果。

采用表面熔覆技术的优点是：

(1)可在锅炉管外表面形成具有冶金结合的耐腐蚀熔覆层，厚度可在0.4-3mm范围内选择；(2)耐腐蚀熔覆层与管材达到冶金结合，熔覆层在整个寿命周期内不脱落；(3)耐蚀熔覆层的孔隙率为零，可有效避免空隙造成的腐蚀通道。

根据现有的研究与应用结果，生物质中有高含量的碱金属和氯气，且大多数生物质燃料中的S含量很少。干燥的生物质中各元素的含量大致是：钾0.2-1.9wt％，氯0.1-1wt％，硫0.1-0.2wt％。可燃气体中，每0.1wt％的氯产生大约100ppm的HCl。在生物质中，碱性金属一般以有机金属化合物的形式存在，有时也以盐形式存在，氯和硫的存在影响到生物质燃烧过程中钾的热力学行为。

对于上述高温燃烧氛围，可选用耐高温腐蚀性能最佳的哈氏合金C系列(如C22、C276)合金作为锅炉管材料，但由于哈氏合金C系列合金管的价格昂贵(约为不锈钢材料的8-10倍)、制作工艺难度大，难以推广应用。如选用哈氏C系列合金作为表面熔覆用丝材，存在的主要问题为：(1)当采用等离子弧或氩弧熔覆时，熔覆层存在一定的稀释率(即基体元素向熔覆层扩散造成的结果)，其中Fe元素不可避免地向熔覆层中扩散；这使得熔覆层中Mo、Cr等重要的耐腐蚀元素含量减少，从而显著降低熔覆层的高温耐蚀性。(2)哈氏合金C系列合金焊丝的制备技术难度大、成本高、价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝。利用等离子弧或氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆粉芯丝A和粉芯丝B，可形成厚度大于500μm的耐高温氯腐蚀熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合。本发明突破了现有热喷涂技术所存在的涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm、涂层存在孔隙率等局限性。本发明具有焊丝制备成本低、熔覆层制备工艺较简单、熔覆层耐氯腐蚀性能高等优点，熔覆层耐高温氯腐蚀性能为TP347不绣钢的10倍以上，可显著提高生物质发电锅炉过热器管寿命。本发明所述的双粉芯丝也可用于垃圾焚烧炉锅炉管或其它在氯腐蚀环境下工作的部件。

本发明所述的双粉芯丝由粉芯丝I和粉芯丝II组成，利用等离子弧、氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆具有相同送丝速度的粉芯丝I和粉芯丝II，在基体表面形成由Ni-Cr-Mo-Fe-Ti为主相的熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合。熔覆层中，Cr的平均质量百分数为20-26wt％，Mo的平均质量百分数为13-17wt％，Ni的平均质量百分数为40-60％。

粉芯丝I由纯Ni带外皮和粉芯原料A组成。所用的粉芯原料A中，各种粉末的质量百分数分别为：Ti粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：2-4wt.％，Cr粉：(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：10-11wt.％，Mo粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：余量。利用纯Ni带包裹粉芯原料A，形成粉芯丝I；粉芯丝I中粉芯原料A的质量百分数为40-50％。

粉芯丝II由纯Ni带外皮和粉芯原料B组成。所用的粉芯原料B中，各种粉末的质量百分数分别为：粉芯原料B所用各种粉末的质量百分数分别为：：W粉(粒度-200+300目、纯度≥99.9％)：3-6wt.％，Cr粉(粒度-150+300目、纯度≥99.9％)：余量。利用纯Ni带包裹粉芯原料B，形成粉芯丝II；粉芯丝II中粉芯原料B的质量百分数为40-50％。

本发明所用的粉芯丝制造工艺为已有的成熟技术，即依次经Ni带轧制成槽形、加入粉芯原料、轧制成O形再拔丝减径等工序而形成粉芯丝。

本发明所述熔覆层的制备方法是，利用等离子弧、氩弧同时熔覆具有相同送丝速度的粉芯丝I、粉芯丝II，从而形成Ni-Cr-Mo-Fe-Ti为主相的熔覆层。

制备粉芯丝I、粉芯丝II的具体步骤包括：

1、粉芯丝I、粉芯丝II所用粉末材料的配比

(1)粉芯丝I所用的粉芯原料A

粉芯原料A所用各种粉末的质量百分数分别为：Ti粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：2-4wt.％，Cr粉：(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：10-11wt.％，Mo粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：余量。

(2)粉芯丝II所用的粉芯原料B

粉芯原料B所用各种粉末的质量百分数分别为：：W粉(粒度-200+300目、纯度≥99.9％)：3-6wt.％，Cr粉(粒度-150+300目、纯度≥99.9％)：余量。

2、粉芯丝的制备工艺

(1)按步骤1所述的各种粉末比例，分别称取粉芯原料A、粉芯原料B所需的各种粉末；

(2)将粉芯原料A、粉芯原料B分别放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为100-120℃，干燥时间为2-3小时；

(3)利用球磨机分别混合粉芯原料A、粉芯原料B，使粉芯原料A、粉芯原料B分别形成组分均匀的混合粉末；

(4)采用厚度为0.2-0.35mm、宽度为8-12mm的纯Ni带包裹球磨混合后的粉芯原料A，形成粗粉芯丝材I，粉芯原料A在粗粉芯丝材I中所占的质量百分数为40-50wt.％；

(5)采用厚度为0.2-0.35mm、宽度为8-15mm的纯Ni带包裹球磨混合后的粉芯原料B，形成粗粉芯丝材II，粉芯原料B在粗粉芯丝材II中所占的质量百分数为40-50wt.％；

(6)利用制备粉芯丝的机械装置，依次经Ni带轧制成槽形、加入粉芯原料、轧制成O形再拔丝减径等工序而形成成品丝材粉芯丝I、粉芯丝II，成品粉芯丝I、粉芯丝II的直径为2-3mm；

(7)将成品丝材粉芯丝I、粉芯丝II分别绕制在绕线轴上，形成盘状缠绕的粉芯丝。

考虑到熔覆层稀释率随熔覆层厚度增加而降低这一工艺特性，当熔覆层厚度在0.5-1mm范围时，粉芯原料A在粉芯丝材I中所占的质量百分数为45-50wt.％，粉芯原料B在粉芯丝材II中所占的质量百分数为45-50wt.％；当熔覆层厚度在1-3mm范围时，粉芯原料A在粉芯丝材I中所占的质量百分数为40-45wt.％，粉芯原料B在粉芯丝材II中所占的质量百分数为40-45wt.％。

附图说明

图1为采用氩弧熔覆法所制备具有耐高温氯腐蚀熔覆层过热器管照片。

图2为熔覆层断面照片，基材1，熔覆层与基体结合界面2，熔覆层3。

具体实施方式

实施例：

1、粉芯丝I、粉芯丝II所用粉末材料的配比

(1)粉芯丝I所用的粉芯原料A

粉芯原料A所用各种粉末的质量百分数分别为：Ti粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：2wt.％，Cr粉：(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：10wt.％，Mo粉(粒度-100+300目、纯度≥99.9％)：余量。

(2)粉芯丝II所用的粉芯原料B

粉芯原料B所用各种粉末的质量百分数分别为：：W粉(粒度-200+300目、纯度≥99.9％)：3wt.％，Cr粉(粒度-150+300目、纯度≥99.9％)：余量。

2、粉芯丝的制备工艺

(2)将粉芯原料A、粉芯原料B分别放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为120℃，干燥时间为3小时；

(4)采用厚度为0.25mm、宽度为12mm的纯Ni带包裹球磨混合后的粉芯原料A，形成粗粉芯丝材I，粉芯原料A在粗粉芯丝材I中所占的平均质量百分数为45wt.％；

(5)采用厚度为0.25mm、宽度为12mm的纯Ni带包裹球磨混合后的粉芯原料B，形成粗粉芯丝材II，粉芯原料B在粗粉芯丝材II中所占的平均质量百分数为45wt.％；

(6)利用制备粉芯丝的机械装置，依次经Ni带轧制成槽形、加入粉芯原料、轧制成O形再拔丝减经等工序而形成粉芯丝I、粉芯丝II成品丝材，成品粉芯丝I、粉芯丝II的直径为2.8mm；

3、制备锅炉管耐高温氯腐蚀熔覆层

在锅炉管外表面制备熔覆层的工艺为已有技术，其原理与申请号为200910093083.2的发明专利申请相同。采用氩弧熔覆法在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层。实施氩弧熔覆工艺时，需保证粉芯丝I、粉芯丝II并行送至氩弧束作用区域，且粉芯丝I、粉芯丝II的送丝速度相同。图1为采用氩弧熔覆法所制备的具有耐高温氯腐蚀熔覆层过热器管照片，过热器管基材为TP347H。图2为熔覆层断面照片，熔覆层厚度约为1.05mm。

Claims

1.一种用于在锅炉管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层的双粉芯丝，其特征在于，双粉芯丝由粉芯丝I和粉芯丝II组成，利用等离子弧或氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆具有相同送丝速度的粉芯丝I和粉芯丝II，在基体表面形成由Ni-Cr-Mo-Fe-Ti为主相的熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合；熔覆层中，Cr的平均质量百分数为20-26wt％，Mo的平均质量百分数为13-17wt％，Ni的平均质量百分数为40-60％；

所述的粉芯丝I由纯Ni带外皮和粉芯原料A组成；所用的粉芯原料A中，各种粉末的质量百分数分别为：Ti粉：2-4wt.％，Cr粉：10-11wt.％，Mo粉：余量；利用纯Ni带包裹粉芯原料A，形成粉芯丝I；粉芯丝I中粉芯原料A的质量百分数为40-50％；

所述的粉芯丝II由纯Ni带外皮和粉芯原料B组成；所用的粉芯原料B中，各种粉末的质量百分数分别为：W粉：3-6wt.％，Cr粉：余量；利用纯Ni带包裹粉芯原料B，形成粉芯丝II；粉芯丝II中粉芯原料B的质量百分数为40-50％。