CN102134694B - 一种耐高温氯腐蚀的粉芯丝材及熔覆层的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐高温氯腐蚀的粉芯丝材及熔覆层的制备方法，属于表面工程技术领域。工艺为：配制原料：铬粉25-30％，铌铁合金粉：1-1.5％；镍铬合金粉：20-30％；钼铁合金粉：余量。制备粉芯丝：将粉芯原料放入干燥箱中干燥，利用球磨机混合粉芯原料，形成混合粉末，采用厚度为0.2-0.35mm、宽度为10-16mm的00Cr17Ni13Mo2不锈钢带包裹球磨混合后的混合粉末形成粉芯丝；将成品粉芯丝材绕制在绕线轴上，形成盘状缠绕的粉芯丝；制备熔覆层：在经过表面除锈处理后的水冷壁、过热器管金属基体上制备耐高温氯腐蚀熔覆层。优点在于，突破了制备实心丝所存在的工艺复杂、成形困难、材料损耗率较高、价格昂贵等局限性；并从而有效降低原材料成本。

Description

一种耐高温氯腐蚀的粉芯丝材及熔覆层的制备方法

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是提供了一种耐高温氯腐蚀的粉芯丝材及熔覆层的制备方法，适用于生物质发电厂锅炉水冷壁、过热器管耐高温氯腐蚀用的粉芯丝及熔覆层。

背景技术

秸秆、稻壳锯末等生物质原料是目前生物质发电锅炉中所用的主要燃料之一。大部分生物质原料具有较高的氯含量，生物质燃烧后的灰份中含有大量的碱金属氯化物；在一定的温度下对水冷壁管、过热器造成严重氯腐蚀，严重影响了锅炉的安全经济运行。

生物质发电锅炉运行时，生物燃料中含有大量的碱金属的氯化物和少量的硫化物在高温(约550℃-900℃)缺氧条件下变为黏稠和熔化状态附着在水冷壁外表面，引起氧化膜破坏并形成氯化物，当氯化物与氧气接触时，氯被部分置换出来，强氧化性的氯再次腐蚀管材，从而造成管材表面的活性氧化腐蚀。当速度较高的高温烟气带走了附着不牢固的氧化产物后，会导致水冷壁温度剧烈波动、较厚的氧化皮脱落，从而加剧水冷壁新暴露出来的金属表面的腐蚀，直到管壁因强度不足而发生爆管。过热器超温是生物质发电厂常见的故障，当过热器超温时，即便采用耐蚀性能优良的TP347不锈钢材料，也会发生严重的高温氯腐蚀而导致爆管严重事故。

基于以上原因，需要采用表面涂覆层技术来延长水冷壁、过热器管的高温耐蚀寿命。从耐蚀材料体系来看，Ni-Cr-Mo合金、Ni-Fe-Cr-Mo合金具有优异的高温耐氯腐蚀性能。对于Ni-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo系合金材料，在设计中不仅考虑了耐蚀性，还要综合考虑高温强度、成型工艺等问题，其价格非常昂贵。如采用Ni-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo系实心丝作为热喷涂或熔覆用丝材，一般经过熔炼、浇注、锻造、轧制和拔丝等复杂工序，工艺复杂，成形困难、材料损耗率较高、价格昂贵等局限性。

如采用热喷涂法制备耐蚀涂层，存在如下局限性：

(1)涂层与基体为机械结合，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)局部区域可能达不到效果。对炉膛局部区域(如炉膛边角、流场复杂区域)难以达到防腐效果。

(3)涂层存在2-10％孔隙率，即便涂封孔剂，也易形成腐蚀通道，显著影响整体耐蚀性。

利用等离子弧熔覆技术所制备熔覆层的优点在于，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0.4-1.5mm范围内选择，可使耐蚀层在整个寿命周期内不脱落，从而大幅度提高耐蚀层的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温氯腐蚀的粉芯丝材及熔覆层的制备方法，适用于生物质发电厂锅炉水冷壁、过热器管耐高温氯腐蚀用的粉芯丝及熔覆层。突破了制备实心丝所存在的工艺复杂、成形困难、材料损耗率较高、价格昂贵等局限性。

1、配制原料：所述粉芯丝中粉末原料的质量百分数范围如下：

铬粉(粒度-150+300目，纯度≥99.5％)：25-30wt.％；铌铁合金粉(粒度-150+300目，铌含量50-70％，余量为铁)：1-1.5wt.％；镍铬合金粉(粒度-100+300目，镍含量50-55％，余量为铬)：20-30wt.％；钼铁合金粉(粒度-100+300目，钼含量55-60％，硅≤2％，S≤0.1％，余量为铁)：余量。

粉芯原料中各组分作用如下：

铬是提高熔覆层材料在高温氧化性腐蚀介质中耐腐蚀性和抗点蚀能力的基本元素，同时，随铬含量的提高，熔覆层的抗冲蚀能力增强；钼的作用是增加合金的钝化能力，使熔覆层材料的钝态稳定性和抗点蚀能力大大提高，显著提高熔覆层材料的耐局部腐蚀和耐氯化物晶间腐蚀(SCC)的性能；镍的作用是提高熔覆层材料耐高温氧化性和还原性介质中的耐蚀性；铌的作用是通过形成NbC等形式的碳化物而取代铬的碳化物，从而避免晶界铬的碳化物形成带来的铬贫化，提高熔覆层材料的抗晶间腐蚀性能。

粉芯原料中，采用钼铁合金粉、镍铬合金粉、铌铁合金粉的目的是降低原材料成本。

2、制备粉芯丝的工艺：

(1)按步骤1所述的各种粉末比例，称取粉芯原料所需的各种粉末；

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

(3)利用球磨机混合粉芯原料，形成混合粉末，混料时间为3-4小时；

(4)采用厚度为0.2-0.35mm、宽度为10-16mm的00Cr17Ni13Mo2不锈钢带包裹球磨混合后的混合粉末形成粉芯丝，使粉芯丝中混合粉末的质量百分数为38-50wt.％。所述粉芯丝制备技术为已有的成熟工艺，具体步骤包括：利用制备粉芯丝的机械装置，依次经不锈钢带轧制成槽形、加入混合粉末、轧制成O形再拔丝减径等工序，得到成品丝材粉芯丝，粉芯丝的直径为2-3mm；

(5)将成品粉芯丝材绕制在绕线轴上，形成盘状缠绕的粉芯丝。

3、制备熔覆层工艺

在经过表面除锈处理后的水冷壁、过热器管金属基体上制备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，其制备与申请号为200910093083.2的发明专利申请相同。

本发明的优点包括：通过粉芯丝材的成分优化设计，使粉芯丝材中的铁元素的质量分数达35％以上，从而有效降低原材料成本。

附图说明

图1为PWM500等离子熔覆设备电源照片。

图2为等离子熔覆照片，等离子枪1，水冷壁管2。

具体实施方式

实施例：

采用国产被动式拔拉式药芯焊丝机制备粉芯丝，利用等离子熔覆法在水冷壁管外表面制备耐高温氯腐蚀熔覆层。

1、粉芯丝中粉末原料组分

铬粉(粒度-200+300目，纯度≥99.5％)：28％；铌铁合金粉(粒度-200+300目，铌含量70％，余量为铁)：1.5wt.％；镍铬合金粉(粒度-200+300目，镍含量50wt.％，余量为铬)：25％；钼铁合金粉(粒度-200+300目，钼含量60％，硅≤2％，S≤0.1％，余量为铁)：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，称取粉芯原料所需的各种粉末；

(2)将粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为110℃，干燥时间为3小时；

(3)利用球磨机混合粉芯原料，形成混合粉末，混料时间为4小时；

(4)采用厚度为0.25mm、宽度为10mm的00Cr17Ni13Mo2不锈钢带包裹球磨混合后的混合粉末形成粉芯丝，使粉芯丝中混合粉末的质量百分数为42wt.％。所述粉芯丝制备的具体步骤包括：利用制备粉芯丝的机械装置，依次经不锈钢带带轧制成槽形、加入混合粉末、轧制成O形再拔丝减径等工序，形成成品丝材粉芯丝粉芯丝的直径为2.8mm；

(5)将成品粉芯丝材绕制在绕线轴上，形成盘状缠绕的粉芯丝。

3、等离子熔覆工艺

在经过表面除锈处理后的15CrMoG水冷壁管(其直径为60mm、管壁厚5mm)外表面制备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。

制备熔覆层设备主要由等离子弧焊机及焊枪(型号PWM500)、控制等离子弧焊枪作直线运动的丝杠装置、控制锅炉管做匀速旋转运动的电动机及传动装置、管内水冷装置和熔覆工作台等部分组成。主要工艺参数为：

等离子枪熔覆电流为160A，等离子枪直线运动速度为10mm/min，锅炉管外径处的转动线速度为4mm/s；摆动器的频率为80次/min；粉芯丝的速度为9mm/s，非转移弧离子气的流速为0.11L/min，保护气体的流速为3.5L/min；从而形成连续螺旋搭接熔覆的Ni-Fe-Cr-Mo系耐蚀熔覆层，熔覆层平均厚度为800μm。

Claims (1)

1.一种耐高温氯腐蚀的熔覆层的制备方法，其特征在于，工艺步骤为

(1)配制原料：所述粉芯丝中粉末原料的质量百分数为：

铬粉25-30％，铌铁合金粉：1-1.5％；镍铬合金粉：20-30％；钼铁合金粉：余量；

(2)制备粉芯丝的工艺：

1)按步骤(1)所述的各种粉末比例，称取粉芯原料所需的各种粉末；

2)将粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为100-120℃，干燥时间为2-3小时；

3)利用球磨机混合粉芯原料，形成混合粉末，混料时间为3-4小时；

4)采用厚度为0.2-0.35mm、宽度为10-16mm的00Cr17Ni13Mo2不锈钢带包裹球磨混合后的混合粉末形成粉芯丝，使粉芯丝中混合粉末的质量百分数为38-50％；

5)将成品粉芯丝材绕制在绕线轴上，形成盘状缠绕的粉芯丝；

(3)制备熔覆层：

采用步骤(2)所制备的粉芯丝在经过表面除锈处理后的水冷壁、过热器管金属基体上制备耐高温氯腐蚀熔覆层；

所述的铌铁合金粉中铌含量50-70wt.％，余量为铁；

所述的镍铬合金粉中镍含量50-55wt.％，余量为铬；

所述的钼铁合金粉中钼含量55-60wt.％，硅≤2％，S≤0.1％，余量为铁。

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