CN104180706B - 一种低温省煤器管表面防护层及其形成方法 - Google Patents

一种低温省煤器管表面防护层及其形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温省煤器管表面防护层及其形成方法，防护层由粉芯丝采用氩弧焊接和堆焊工艺形成；粉芯丝表面是不锈钢，内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60‑70％，Cr为13‑23％，Si为3‑5％，Ni为5‑15％；粉末所占的重量比为30‑40％。形成防护层的方法包括：清洁、喷涂、封孔处理、氩弧焊和队焊。通过所述氩弧重熔铁基非晶复合涂层和所述冶金结合涂层，增加低温省煤器用换热管的使用期限。而采用上述工艺加工换热管防护层，成本低廉,自动化程度高,适合在线作业,满足大规模生产与维护的需求。

Description

一种低温省煤器管表面防护层及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种涂层材料的技术领域，尤其涉及一种低温省煤器管表面防护层及其形成方法。
背景技术
随着社会的进步，电力已经成为人们生活中的必需品。目前我国主要的电力来源主要是火力发电厂，而火力发电厂消耗了我国煤炭总量的50％，消耗了巨大的煤炭资源，所以研究火力发电过程中热能转化电能过程中各环节中能量损失显得相当重要。
目前，我国锅炉设计效率约85-93％左右，排烟温度约为120-180℃。但实际运行中锅炉排烟温度高于设计值5-10℃，使锅炉效率降低0.3-0.5％。一种解决能源效率的方式是，通过调整燃烧效率的优化和受热面智能吹灰优化技术降低排烟温度；但是仅有这种技术措施，还远不能达到节能的目标。另一种更好利用煤炭利用率的方式是，通过增加烟气余热利用系统，利用烟气余热加热凝结水，实现节能减排的目的；这种烟气余热利用系统主要的构成就是低温省煤器。
但是发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中使用高硫煤的发电厂锅炉尾部余热利用系统中，低温省煤器的换热管存在严重的磨损腐蚀问题，甚至导致排烟温度达不到设计值的情况，制约了锅炉余热的深度利用，造成资源的浪费。但现有热喷涂工艺所制备的耐磨涂层存在涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm等局限性，涂层在飞灰冲蚀、交变热应力作用下易脱落，仍无法满足省煤器管耐低温硫酸露点腐蚀的防护要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种耐磨损性好、防腐效果好的低温省煤器管表面防护层及其形成方法。
本发明提供的技术方案如下：
一方面，提供一种低温省煤器管表面防护层，其特征在于，所述防护层由粉芯丝采用氩弧焊接和堆焊工艺形成；所述粉芯丝表面是不锈钢，内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60-70％，Cr为13-23％，Si为3-5％，Ni为5-15％；粉末所占的重量比为30-40％。
优选地，上述粉芯丝的外径为2mm。
优选地，上述低温省煤器管主体表面上防护层的厚度为0.4～0.8mm。
另一方面，还提供一种低温省煤器管表面防护层的形成方法，其特征在于，包括：
一、除去低温省煤器管表面的铁锈；
二、采用喷涂设备，将粉芯丝喷涂在所述低温省煤器管表面，形成涂层；所述粉芯丝表面是不锈钢，内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60-70％，Cr为13-23％，Si为3-5％，Ni为5-15％；粉末所占的重量比为30-40％；
三、封孔处理，将步骤二中的涂层微孔封死；
四、用步骤二中的粉芯丝对低温省煤器管连接部位进行氩弧焊接和堆焊。
优选地，上述步骤二中喷涂工艺采用采用高速电弧喷枪，喷涂工艺参数为工作电压32V，工作电流200A，空气压力0.8MPa，喷涂距离300mm，喷枪移动速度为5-8cm/s。
优选地，上述步骤二中，低温省煤器直管部分表面喷涂三遍后，涂层厚度应达到0.3一0.35mm，喷涂8遍后，涂层厚度应达到0.85一0.9mm。
优选地，上述步骤四中，用上述粉芯丝材对连接部位进行氩弧焊接和堆焊之后，防护层的厚度为0.4-0.8mm，堆焊后的堆焊层为非晶相与纳米相的复合结构，非晶相所占体积分数为30％-60％。
采用上述通过所述氩弧重熔铁基非晶复合涂层和所述冶金结合涂层，利用涂层整体结合性能，增加低温省煤器用换热管的耐磨性和防腐性，增加低温省煤器用换热管的使用期限。而采用上述工艺加工换热管防护层，成本低廉,自动化程度高,适合在线作业,满足大规模生产与维护的需求，最大限度的提高了重熔层质量，降低了重熔过程带来的基体变形，增强涂层整体结合性能，有效延长换热管的使用期限。
技术方案，
附图说明
图1为发明实施例提供的一种低温省煤器管的局部示意图；
图2为本发明实施例提供的一种低温省煤器管防护层的形成方法流程图；
图3为本发明实施例提供换热管中的氩弧重熔铁基非晶复合涂层的金相照片；
图4为本发明实施例提供换热管中氩弧重熔铁基非晶复合涂层的扫描电镜图；
图5为本发明实施例提供换热管中氩弧重熔铁基非晶复合涂层的硬度曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。
实施例
本实施例提供一种低温省煤器管表面防护层，防护层由粉芯丝采用氩弧焊接和堆焊工艺形成；所述粉芯丝表面是不锈钢，内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60-70％，Cr为13-23％，Si为3-5％，Ni为5-15％；粉末所占的重量比为30-40％。优选地，上述粉芯丝的外径为2mm。优选地，上述低温省煤器管主体表面上防护层的厚度为0.4～0.8mm。
如图2所示，另一方面，还提供一种低温省煤器管表面防护层的形成方法，包括：
S1、对省煤器管进行清洁：除去低温省煤器管表面的铁锈；优选地，基体为20G钢管，对钢管表面进行严格的清洁目的是为了保证喷涂涂层和基体结合良好。具体包括对20G钢管进行喷砂处理，砂料为白刚玉或石英砂，目的是去除钢管表面的铁锈，且在基体钢管表面产生足够大且多的毛刺，以使涂层能牢固结合；然后用丙酮擦拭钢管外表面，去除表面的油脂。
S2、对省煤器管进行喷涂：采用喷涂设备，将粉芯丝喷涂在所述低温省煤器管表面，形成涂层；所述粉芯丝表面是不锈钢，内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60-70％，Cr为13-23％，Si为3-5％，Ni为5-15％；粉末所占的重量比为30-40％；
S3、封孔处理：将步骤S2中的涂层微孔封死，以防有害气体侵入涂层与基体界面，采用已有的封孔剂，以其协同效应，增强涂层整体结合性能，有效延长涂层使用期限；
S4、焊接和堆焊：用步骤S2中的粉芯丝对低温省煤器管连接部位进行氩弧焊接和堆焊。
优选地，上述步骤S2中喷涂工艺采用采用高速电弧喷枪，喷涂工艺参数为工作电压32V，工作电流200A，空气压力0.8MPa，喷涂距离300mm，喷枪移动速度为5-8cm/s。
优选地，上述步骤S2中，低温省煤器直管部分表面喷涂三遍后，涂层厚度应达到0.3一0.35mm，喷涂8遍后，涂层厚度应达到0.85一0.9mm。
优选地，上述步骤S4中，用上述粉芯丝材对连接部位进行氩弧焊接和堆焊之后，防护层的厚度为0.4-0.8mm，堆焊后的堆焊层为非晶相与纳米相的复合结构，非晶相所占体积分数为30％-60％。
如图1所示，采用方法形成防护层之后的低温省煤器管包括管道基材部分，并且管道基材部分包括直管部分1、弯头部分2和迎风面；以及设置在管道基材表面还设置有氩弧重熔铁基非晶复合涂层3，并且直管部分的表面上设置所述氩弧重熔铁基非晶复合涂层的厚度为0.4～0.8mm；弯头部分和所述迎风面设置有冶金结合的涂层4，冶金结合涂层的厚度为0.3～0.6mm。图3为氩弧重熔铁基非晶复合涂层的不同区域的金相照片，可以看到组织结构致密，没有大的空隙和裂纹。图4氩弧重熔铁基非晶复合涂层截面的扫描电镜图，表面分布大量的纳米晶颗粒。通过所述氩弧重熔铁基非晶复合涂层和所述冶金结合涂层，利用涂层整体结合性能，增加低温省煤器用换热管的耐磨性和防腐性，增加低温省煤器用换热管的使用期限。
如图5所示，优选地，上述所述低温省煤器用换热管还包括堆焊层，堆焊层的厚度优选地为0.6mm；对应的硬度大于900HV。
采用上述技术方案，通过所述氩弧重熔铁基非晶复合涂层和所述冶金结合涂层，利用涂层整体结合性能，增加低温省煤器用换热管的耐磨性和防腐性，增加低温省煤器用换热管的使用期限。而采用上述工艺加工换热管防护层，成本低廉,自动化程度高,适合在线作业,满足大规模生产与维护的需求，最大限度的提高了重熔层质量，降低了重熔过程带来的基体变形，增强涂层整体结合性能，有效延长换热管的使用期限。
最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (3)

1.一种低温省煤器管表面防护层，其特征在于，所述防护层由粉芯丝采用氩弧焊接和堆焊工艺形成，所述粉芯丝表面是不锈钢，所述粉芯丝内部填充有增强耐磨强度和硬度的FeB、FeSi、Ni、Cr粉末；并且粉芯丝成分的原子比为：Fe为60-70％，Cr为13-23％，Si为3-5％，Ni为5-15％；粉末所占的重量比为30-40％；堆焊后的堆焊层为非晶相与纳米相的复合结构，非晶相所占体积分数为30％-60％。
2.如权利要求1所述的低温省煤器管表面防护层，其特征在于，所述粉芯丝的外径为2mm。
3.如权利要求1所述的低温省煤器管表面防护层，其特征在于，所述低温省煤器管主体表面上防护层的厚度为0.4～0.8mm。
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