CN109848858A - 一种提高g115钢管内壁抗氧化性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，包括：以高压空气带动钢丸形成丸气混合流，经喷枪增速对G115钢管内壁射击，使钢管内壁表层形成组织和应力强化；其中，所述钢丸的硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa，喷丸时间控制在1m/min。本发明采用钢管内壁喷丸的方法，提高了新型国产材料G115高温下抗蒸汽氧化性能。

Description

一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法

技术领域

本发明属于锅炉高温承压部件技术领域，尤其涉及一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法。

背景技术

提高锅炉运行的蒸汽参数，可以有效地提高发电机组的效率，降低煤的消耗，从而达到节能和环保的目的。因此在未来的发电技术中，制造高蒸汽参数的发电机组必将成为主流。锅炉机组的发展是以材料的发展为基础，随机组容量增大、温度和压力的上升，材料服役环境变得更加恶劣，必然要求强度更高、耐热性更好的高温材料来保证锅炉的性能。

G115是国产新型马氏体耐热钢，650℃高温持久强度较高，具有性能良好、价格适宜等优点，是630℃超临界锅炉高温承压部件的重点候选材料。G115属于9％Cr钢，根据其含Cr量，其抗氧化性能将是制约其应用于高等级参数机组的关键因素。另外，高温部件在高温高压蒸汽中长期运行，高温蒸汽腐蚀问题会影响机组的安全运行，会造成严重的设备损伤，威胁人身安全。因此，研究和评价锅炉钢的抗高温蒸汽氧化性能是非常重要的，而目前关于G115的抗氧化性的相关研究相对较少，其抗氧化性数据资料匮乏。从抗氧化机理着手分析，急需找到一种既能提高G115抗氧化特性又能适合于工业大生产的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，采用钢管内壁喷丸的方法，提高新型国产材料G115高温下抗蒸汽氧化性能。

本发明提供了一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，包括：

以高压空气带动钢丸形成丸气混合流，经喷枪增速对G115钢管内壁射击，使钢管内壁表层形成组织和应力强化；其中，钢丸的硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa，喷丸时间控制在1m/min。

进一步地，钢丸为铸钢丸，钢丸的直径为600μm。

进一步地，喷枪包括喷头，喷头设有由变频电机驱动的叶轮轴，钢丸在离心力的作用下从叶轮轴的孔溢出到叶片上，由高速转动的叶片沿固定角度抛出。

进一步地，变频电机的最大转速为3000r/min。

进一步地，喷枪还包括丸料控制阀，通过调节丸料控制阀开口大小，用于调整进入喷头的钢丸流量，以保证充足的钢丸供给。

进一步地，喷枪还包括钢丸回收系统，通过在一定间隔时间内检测钢丸回收系统内的钢丸，及时去除不合格的钢丸，调换和增加一定量的钢丸，以保证合格钢丸的数量不少于90％。

借由上述方案，通过提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，采用钢管内壁喷丸的方法，提高了新型国产材料G115高温下抗蒸汽氧化性能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为P92和G115钢650℃蒸汽氧化增重与时间的关系图；

图2为P92和G115钢在650℃蒸汽氧化300h后氧化层形貌图；其中，(a)为P92(b)为未喷丸的G115(c)为喷丸的G115。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，包括：

以高压空气带动钢丸形成丸气混合流，经喷枪增速对G115钢管内壁射击，使钢管内壁表层形成组织和应力强化；其中，钢丸的硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa，喷丸时间控制在1m/min。

喷头是由变频电机直接驱动的，通过改变电机的频率可以改变喷头的转速。钢丸在离心力的作用下从叶轮轴上的孔溢出到叶片上，再由高速转动的叶片沿固定角度抛出，叶轮的转速决定了钢丸抛出的初速度。电机的最大转速是3000r/min。

由于喷头转动起来以后，钢丸会源源不断地抛出，因此进入喷头叶轮轴的钢丸流量必须能保证喷头有充足的钢丸供给，这就要求经常补充喷丸机(喷枪)钢丸回收系统中的钢丸存量，更重要的是通过调节丸料控制阀的开口大小来调整经过丸料控制阀进入喷头的钢丸流量。

必须在一定间隔时间内检查钢丸，及时去除不合格的钢丸，调换和增加一定量的钢丸。一般应保证合格钢丸的数量不少于90％。

强化喷丸过程中，当微小球形钢丸高速撞击受喷工件表面时，使工件表层材料产生弹、塑性变形，撞击处因塑性形变而产生一压坑，撞击导致压坑附近的表面材料发生径向延伸。当越来越多的钢丸撞击到受喷工件表面时，工件表面越来越多的部分因吸收高速运动钢丸的动能而产生塑性流变，使表面材料因塑性变化而产生的径向延伸区域越来越大，发生塑性形变的表面逐步连接成片，则使工件表面逐步形成一层均匀的塑性变形层。塑性变形层形成后，继续喷丸会使塑变层因继续延伸而厚度逐步变薄，同时塑变层的径向延伸会因受到邻近区域的限制而导致重叠部分发生破坏，最终塑变层因持续的喷丸而剥落。所以必须对喷丸的时间加以严格的控制，时间控制在1m/min。

经过喷丸处理的工件表面也为金属本色，但是由于表面为球状面，光线部分被折射掉，故工件加工为亚光效果。

通过该提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，采用钢管内壁喷丸的方法，提高了新型国产材料G115高温下抗蒸汽氧化性能。

钢丸质量对喷丸强化效果影响甚大，钢丸直径小，工件表面残余应力较高，但强化层较浅；钢丸直径大，工件表面残余应力较低，但强化层较深；钢丸硬度高，喷丸强度也高；钢丸直径增加，喷丸强度也增加；钢丸速度增加，喷丸强度、表面压应力和强化层深三者均增加。合理的选择控制喷丸参数，才能获得良好的喷丸效果。在本实施例中，钢丸采用铸钢丸，钢丸的直径为600μm，能够获得良好的喷丸效果。

下面以P92和G115钢为例对本发明作进一步详细说明。

将长度大于6m的G115钢管，采用喷丸使用铸钢丸，钢丸直径600μm，以高压空气带动钢丸形成丸气混合流经喷枪增速对钢管内壁射击，受击内壁表面的应变硬化使钢管表层形成组织和应力强化；其中，钢丸的硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa。

对P92管、喷丸以及未喷丸的G115沿管内壁取样，试样尺寸为2mm×10mm×25mm。用砂纸将表面打磨至1000#(管内壁保留原始状态)，用超声波清洗10min后在干燥器下风干，称重待进行蒸汽氧化试验。

当氧化时间分别为100h、300h、500h及更长时间每次取出一组试样进行称重试验及微观观察，确定其G115的抗氧化效果。经抗氧化试验后，对于微观分析试样采用导电镶料对蒸汽氧化后的试样进行热镶，机械研磨抛光后，利用金相显微镜和扫描电镜观察内壁氧化层形貌，利用能谱分析元素分布。

1、氧化增重

P92和G115钢经650℃蒸汽氧化后，都有一定程度的增重，随着氧化时间的增加，增重逐渐增加。如图1所示，蒸汽氧化500h后，P92钢内壁单位面积的增重为32.1mg/cm2，而G115钢内壁单位面积的增重为19.0mg/cm2，相同蒸汽氧化时间，P92的氧化增重明显高于未喷丸的G115钢，从增重角度看，G115钢的抗蒸气氧化性能明显好于P92钢。氧化500h后，G115喷丸和未喷丸试样内壁单位面积的氧化增重分别为12.7和19.0mg/cm2，对于9％Cr的G115钢，喷丸处理能够降低氧化增重，提高G115钢的抗蒸汽氧化性能。

2、氧化皮结构

图2为P92和G115钢经650℃蒸汽氧化300h后氧化皮金相形貌，从图中可以看出，P92和G115钢内壁氧化皮出现明显的分层。未喷丸的G115钢内壁氧化皮厚度明显小于P92钢氧化皮厚度。经喷丸处理的G115钢内层氧化皮比较起伏，与基体的结合更为致密，且氧化皮厚度小于未喷丸的G115钢氧化皮厚度，与氧化增重结果一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，包括：

以高压空气带动钢丸形成丸气混合流，经喷枪增速对G115钢管内壁射击，使钢管内壁表层形成组织和应力强化；其中，所述钢丸的硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa，喷丸时间控制在1m/min。

2.根据权利要求1所述的提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，所述钢丸为铸钢丸，所述钢丸的直径为600μm。

3.根据权利要求2所述的提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，所述喷枪包括喷头，所述喷头设有由变频电机驱动的叶轮轴，所述钢丸在离心力的作用下从所述叶轮轴的孔溢出到叶片上，由高速转动的叶片沿固定角度抛出。

4.根据权利要求3所述的提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，所述变频电机的最大转速为3000r/min。

5.根据权利要求4所述的提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，所述喷枪还包括丸料控制阀，通过调节所述丸料控制阀开口大小，用于调整进入喷头的钢丸流量，以保证充足的钢丸供给。

6.根据权利要求5所述的提高G115钢管内壁抗氧化性的方法，其特征在于，所述喷枪还包括钢丸回收系统，通过在一定间隔时间内检测钢丸回收系统内的钢丸，及时去除不合格的钢丸，调换和增加一定量的钢丸，以保证合格钢丸的数量不少于90％。