CN110029305A - 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺 - Google Patents

锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN110029305A
CN110029305A CN201910308794.0A CN201910308794A CN110029305A CN 110029305 A CN110029305 A CN 110029305A CN 201910308794 A CN201910308794 A CN 201910308794A CN 110029305 A CN110029305 A CN 110029305A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ferrite
martensite
heat
resisting steel
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910308794.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110029305B (zh
Inventor
杨珍
鲁金涛
黄锦阳
张醒兴
周永莉
袁勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Power International Inc
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Power International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd, Huaneng Power International Inc filed Critical Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority to CN201910308794.0A priority Critical patent/CN110029305B/zh
Publication of CN110029305A publication Critical patent/CN110029305A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110029305B publication Critical patent/CN110029305B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C23C10/48—Aluminising
    • C23C10/50—Aluminising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/60—After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明提供锅炉管用铁素体‑马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺，所述工艺包括以下步骤，步骤1，将待处理的铁素体‑马氏体耐热钢工件充分沉浸在AlXn气氛中，加热至铁素体‑马氏体耐热钢的热扩散温度并保温；其中，X为Cl、Br或I，n为1或2；步骤2，将步骤1处理得到的铁素体‑马氏体耐热钢工件在空气气氛下进行退火处理，退火温度不高于热扩散温度。耐热钢采用上述工艺处理得到，其外部具有厚度为2.7μ.～111.7μ1的铝扩散层，铝扩散层中平均Al含量为45at.％～54at.％，其余为Fe。提高了铁素体‑马氏体钢工件的抗氧化性能。铁素体‑马氏体耐热钢工件渗铝后进行退火，可以降低铝扩散层的脆性。

Description

锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种金属表面化学热处理及涂层制备工艺，具体是锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺。
背景技术
由于具有较低的热膨胀系数、高的导热性和优异的抗疲劳性能，铁素体-马氏体耐热钢成为600℃超超临界燃煤锅炉主蒸汽管道和集箱的首选材料并获得了广泛的应用。目前600℃超超临界燃煤锅炉广泛使用的主蒸汽管道和集箱材料是铁素体-马氏体耐热钢，如P91钢和P92钢。与P91钢相比，P92钢的许用应力更高。根据ASME code case 2179-7，P92钢的最高使用温度为649℃，可望推广应用到620℃二次再热机组上。然而，P92钢的强度虽高，但其抗氧化性能较差。实验室研究表明，在550℃、25MPa超临界水中氧化1000h后P92钢表面形成厚度约为20μm的双层氧化膜，其中外层为疏松多孔的Fe3O4层，内层为较为致密的FeCr2O4层。温度升高至650℃，P92钢在常压纯水蒸气中热暴露1000h后表面氧化皮的厚度可达200μm。在现役600℃超超临界燃煤机组服役过程中，因P91钢和P92钢的氧化导致的集箱与高温过热器之间的管接头堵管并爆漏的事故时有发生。华能上安电厂、大别山发电公司均报道了相关事故案例。毫无疑问，这大大降低了600℃超超临界火电机组安全运行的可靠性，同时也将限制P91/P92钢在更高蒸汽参数下的应用，不利于我国目前正在进行的主蒸汽温度为600℃、一次再热蒸汽温度为600℃、二次再热蒸汽温度为620℃、蒸汽压力为30-35MPa的二次再热超超临界燃煤发电技术推广应用工作的开展。因此，寻求能够克服600℃现役超超临界火电机组铁素体-马氏体耐热钢服役过程中所面临的氧化问题的技术路径，提高铁素体-马氏体耐热钢的抗蒸汽氧化性能，是当前工作的重点之一。
提高金属的抗氧化性能的一个非常有效的途径就是在金属表面施加适当的涂层。通常涂层都比较薄，可在不影响基体金属其它性能的前提下，保护金属构件在服役环境中不受高温腐蚀的作用。欧洲的“Coatings for Supercritical Steam Cycles(SUPERCOAT)”项目主要采取了在耐热钢表面进行700℃传统热扩散渗铝的方法。但该法温度高且保温时间长达数小时，存在制备效率低、能耗高、成本高等问题。法国科学家在流化床上采取化学气相沉积法于580℃在P92钢表面制备了Al-Si涂层(参见文献：Saúl I.et al.，High performance of Al-Si-CVD-FBR coating on P92steel against steam oxidationat 650℃:Part 1,Materials and Corrosion,1,(2017))，然而该方法沉积速率低，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒，仅适合尺寸较小、形状复杂的构件，而不适用于大型构件。国内研究人员也针对锅炉管用钢表面涂层技术进行了探索。中国科学院金属研究所发明了一种大气条件下无保护气氛或保护层的料浆高速渗铝方法(公开号CN103014612A)，在工件表面沉积渗铝料浆后用感应加热或电加热的方式直接对工件进行加热，从而在工件表层制备一定厚度的铝扩散层。但该方法工艺复杂且不适用于形状复杂、尺寸较大的构件。西安热工研究院开发了一种锅炉过/再热器用奥氏体钢管表面合金化工艺(公开号CN104372338A)，大幅提高了奥氏体钢的抗蒸汽氧化性能，该工艺需将耐热钢管在850-920℃下保温，此温度远高于铁素体-马氏体耐热钢的最终热处理温度(为700℃左右，在此温度下可获得最优的微观组织结构和综合性能)。显然，直接将此工艺应用到铁素体-马氏体耐热钢上将破坏其基体金属的微观组织结构从而使得铁素体-马氏体钢的力学性能降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺，该工艺可实现锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面富Al涂层的制备，提高铁素体-马氏体耐热钢的抗氧化性能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，包括以下步骤，
步骤1，将待处理的铁素体-马氏体耐热钢工件充分沉浸在AlXn气氛中，加热至铁素体-马氏体耐热钢的热扩散温度并保温；其中，X为Cl、Br或I，n为1或2；
步骤2，将步骤1处理得到的铁素体-马氏体耐热钢工件在空气气氛下进行退火处理，退火温度不高于热扩散温度。
优选的，步骤1中，热扩散温度为550℃～800℃，保温时间为1～10小时。
进一步，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的回火温度700℃～780℃，保温时间为1～6小时。
进一步，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的焊后热处理温度700℃～800℃，保温时间为1～4小时。
进一步，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的服役温度550℃～650℃，保温时间为4～10小时。
优选的，步骤1中，AlXn气体是将FeAl粉末和NH4X粉末按照(9～99):1的质量比例置于气氛发生器中，加热至铁素体-马氏体耐热钢的热扩散温度制得。
优选的，步骤1中，将待处理的铁素体-马氏体耐热钢工件置于工件室中，将AlXn气体以一定的流速通入工件室内，使工件室内的压力维持正压，加热至热扩散温度并保温；还包括步骤3，泄压，并进行尾气处理。
优选的，步骤2中，退火时间为1-10小时。
优选的，铁素体-马氏体耐热钢为P/T92钢、T/P22钢、T/P24钢、T/P122钢或T/P91钢。
锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢，采用上述任一项所述表面化学热处理工艺处理得到，其外部具有铝扩散层，铝扩散层的厚度为2.7μm～111.7μm，铝扩散层中平均Al含量为45at.％～54at.％，其余为Fe。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将铁素体-马氏体耐热钢工件在AlXn气氛中进行化学热处理，可获得均匀致密的铝扩散层，铝扩散层中的Al在高温水蒸气环境中可形成Al2O3保护膜，阻止腐蚀环境与铁素体-马氏体耐热钢表面直接接触，防止铁素体-马氏体耐热钢基体被高温水蒸气氧化，从而提高铁素体-马氏体钢工件的抗氧化性能。铁素体-马氏体耐热钢工件渗铝后进行退火，可以降低铝扩散层的脆性。
本发明处理得到的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢外部具有铝扩散层，在高温水蒸气环境中可形成Al2O3保护膜，阻止腐蚀环境与铁素体-马氏体耐热钢表面直接接触，提高钢基体的抗氧化性能。
附图说明
图1为本发明的实施例3中进行化学热处理之后得到的P92-Al钢工件的扫描电子显微镜截面图；
图2为本发明的实施例3中进行化学热处理之后的P92-Al钢工件在650℃饱和干蒸气中的氧化动力学曲线，其中，纵坐标mass gain表示增重，横坐标time表示时间。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述。
锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，包括以下步骤：
(1)对铁素体-马氏体耐热钢工件进行吹砂处理或酸洗处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的铁素体-马氏体耐热钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4X粉末按照(9:1)～(99:1)的比例置于气氛发生器中，加热气氛发生器至铁素体-马氏体耐热钢工件的热扩散温度550℃～800℃，制备AlXn气体，其中X为Cl、Br或I，n是大于零的整数，通常为1或2；
(5)将AlXn气体以一定的流速通入工件室内，使工件室内的压力维持正压，并在铁素体-马氏体耐热钢的热扩散温度550℃～800℃下保持一定的热扩散时间，对铁素体-马氏体耐热钢进行化学渗铝；
(6)关闭AlXn气路，切换气路将空气通入工件室，在退火温度下对铁素体-马氏体耐热钢进行退火1～10小时，退火温度不高于步骤(5)中对应的热扩散温度；
(7)泄压，并进行尾气处理。
步骤(5)中热扩散时间应根据热扩散温度进行相应调整，通常为1～10小时；具体的，
把铁素体-马氏体耐热钢工件加热到铁素体-马氏体耐热钢的回火温度700℃～780℃，并在此温度下保持1～6小时，等于或小于该铁素体-马氏体耐热钢的标准回火时间；
或者，把铁素体-马氏体耐热钢工件加热到铁素体-马氏体耐热钢的焊后热处理温度700℃～800℃，并在此温度下保持1～4小时，等于或小于该铁素体-马氏体耐热钢的焊后热处理时间；
或者，把铁素体-马氏体耐热钢工件加热到铁素体-马氏体耐热钢的服役温度550℃～650℃，并在此温度下保持4～10小时。
上述铁素体-马氏体耐热钢可以是P/T92钢，也可以是其它牌号的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢，如T/P22钢、T/P24钢、T/P122钢、T/P91钢等。
上述工艺方法处理得到的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢，其外部具有铝扩散层，铝扩散层的厚度为2.7μm～111.7μm，铝扩散层中平均Al含量为45at.％～52at.％，其余为Fe。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行吹砂处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Cl粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至780℃生成AlCln气体；
(5)将温度为780℃的AlCln气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于780℃，即P/T92钢回火温度的上限，对P/T92钢进行化学渗铝3小时；
(6)关闭AlCln气路，切换气路将空气通入工件室，在780℃，即P92钢回火温度的上限，进行扩散退火1小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
该实施例得到的铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢外部铝扩散层的厚度为19.4μm，铝扩散层中平均Al含量为52.6at.％。
实施例2
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行吹砂处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Cl粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至760℃生成AlCln气体；
(5)将温度为760℃的AlCln气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于760℃，即P/T92钢的焊后热处理温度，对P/T92钢进行化学渗铝4小时；
(6)关闭AlCln气路，切换气路将空气通入工件室，在760℃，即P/T92钢的焊后热处理温度，进行扩散退火2小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
该实施例得到的铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢外部铝扩散层的厚度为82.5μm，铝扩散层中平均Al含量为50.0at.％。
实施例3
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行吹砂处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Cl粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至640℃生成AlCln气体；
(5)将温度为640℃的AlCln气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于640℃，P/T92钢的服役温度，对P/T92钢进行化学渗铝4小时；
(6)关闭AlCln气路，切换气路将空气通入工件室，在640℃，即P92钢的服役温度，进行扩散退火2小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
该实施例得到的铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢外部铝扩散层的厚度为2.7μm，铝扩散层中平均Al含量为45at.％。
实施例4
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行酸洗(50％盐酸+50％水)处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Cl粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至600℃生成AlCln气体；
(5)将温度为600℃的AlCln气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于600℃对P/T92钢进行化学渗铝10小时；
(6)关闭AlCln气路，切换气路将空气通入工件室，在600℃进行扩散退火7小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例5
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行吹砂处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4I粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至680℃生成AlIn气体；
(5)将温度为680℃的AlIn气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于680℃对P/T92钢工件进行化学渗铝9小时；
(6)关闭AlIn气路，切换气路将空气通入工件室，在680℃进行扩散退火8小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例6
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行酸洗(50％盐酸+50％水)处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4I粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至700℃生成AlIn气体；
(5)将温度为700℃的AlIn气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于700℃对P/T92钢工件进行化学渗铝6小时；
(6)关闭AlIn气路，切换气路将空气通入工件室，在700℃进行扩散退火4小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例7
对铁素体-马氏体耐热钢P/T92钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对P/T92钢工件进行酸洗(50％盐酸+50％水)处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的P/T92钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Cl粉末按照8:1的比例置于气氛发生器中，加热至720℃生成AlBr3气体；
(5)将温度为720℃的AlCln气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于720℃对P/T92钢工件进行化学渗铝5小时；
(6)关闭AlCln气路，切换气路将空气通入工件室，在720℃进行扩散退火1小时，得到P/T92-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例8
对铁素体-马氏体耐热钢T/P22钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对T/P22钢工件进行酸洗(50％盐酸+50％水)处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的T/P22钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Br粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至740℃生成AlBrn气体；
(5)将温度为740℃的AlBrn气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于740℃对T/P22钢工件进行化学渗铝2小时；
(6)关闭AlBrn气路，切换气路将空气通入工件室，在740℃进行扩散退火3小时，得到T/P22-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例9
对铁素体-马氏体耐热钢T/P22钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对T/P22钢工件进行吹砂处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的T/P22钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Br粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至650℃生成AlBrn气体；
(5)将温度为650℃的AlBrn气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于650℃对T/P22钢进行化学渗铝2小时；
(6)关闭AlBrn气路，切换气路将空气通入工件室，在650℃进行扩散退火4小时，得到T/P22-Al钢工件。
(7)泄压，并进行尾气处理。
实施例10
对铁素体-马氏体耐热钢T/P22钢表面进行化学热处理，具体包括以下步骤：
(1)对T/P22钢工件进行酸洗(50％盐酸+50％水)处理，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将清理后表面质量合格的待加工的T/P22钢工件置于工件室内；
(3)向气氛发生器中通入氮气，除去气氛发生器中的空气；
(4)将FeAl粉末和NH4Br粉末按照9:1的比例置于气氛发生器中，加热至550℃生成AlBrn气体；
(5)将温度为550℃的AlBrn气体以一定流速通入工件室，在高于一个大气压的前提下，于550℃对T/P22钢进行化学渗铝6小时；
(6)关闭AlBrn气路，切换气路将空气通入工件室，在550℃进行扩散退火4小时，得到T/P22-Al钢工件。
考虑到T/P91和T/P92的成分、T/P22和T/P24的成分仅略有差异，对T/P91和T/P92、T/P22和T/P24分别进行化学热处理所得出的铝扩散层的成分及厚度应近似，因此这里仅给出关于T/P92和T/P22的实施例。
实施例4-10的实验数据如表1所示。
表1实施例4-10的实验数据
实施例11-17的实验数据如表2所示。
表2实施例11-17的实验数据
从实施例1～17可以看出：用AlXn气体作为渗剂可以对铁素体-马氏体耐热钢进行化学热处理，铁素体-马氏体耐热钢工件热扩散渗铝的温度范围为550℃～800℃，涵盖铁素体-马氏体耐热钢的服役温度及最终热处理温度，铁素体-马氏体耐热钢工件热扩散渗铝的时间范围是1～10小时。为降低铝扩散层的脆性，渗铝后需进行退火，退火的温度等于或低于热扩散渗铝的温度，铁素体-马氏体耐热钢工件退火的时间高于1小时。
通过在饱和干蒸气中的氧化试验表明，用本发明方法对铁素体-马氏体耐热钢工件进行化学热处理后，得到的含铝扩散层的钢工件在饱和干蒸气环境中可形成Al2O3保护膜，阻止腐蚀环境与铁素体-马氏体耐热钢表面的进一步接触，从而大幅提高了铁素体-马氏体耐热钢的抗氧化性能。
图1为实施例3中经化学热处理后的P92钢的截面形貌。由图可知铝扩散层的厚度为2.7μm，铝扩散层致密且厚度均匀，能谱分析表明铝扩散层中平均Al含量为45at.％，其余为Fe。图2为实施例3中P92钢化学热处理前后在650℃饱和干蒸气中的氧化动力学曲线。由图可知化学热处理后P92钢的氧化增重大幅降低，达到了完全抗氧化级别。

Claims (10)

1.锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将待处理的铁素体-马氏体耐热钢工件充分沉浸在AlXn气氛中，加热至铁素体-马氏体耐热钢的热扩散温度并保温；其中，X为Cl、Br或I，n为1或2；
步骤2，将步骤1处理得到的铁素体-马氏体耐热钢工件在空气气氛下进行退火处理，退火温度不高于热扩散温度。
2.根据权利要求1所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，热扩散温度为550℃～800℃，保温时间为1～10小时。
3.根据权利要求2所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的回火温度700℃～780℃，保温时间为1～6小时。
4.根据权利要求2所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的焊后热处理温度700℃～800℃，保温时间为1～4小时。
5.根据权利要求2所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，热扩散温度为铁素体-马氏体耐热钢的服役温度550℃～650℃，保温时间为4～10小时。
6.根据权利要求1所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，AlXn气体是将FeAl粉末和NH4X粉末按照(9～99):1的质量比例置于气氛发生器中，加热至铁素体-马氏体耐热钢的热扩散温度制得。
7.根据权利要求1所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤1中，将待处理的铁素体-马氏体耐热钢工件置于工件室中，将AlXn气体以一定的流速通入工件室内，使工件室内的压力维持正压，加热至热扩散温度并保温；还包括步骤3，泄压，并进行尾气处理。
8.根据权利要求1所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，步骤2中，退火时间为1-10小时。
9.根据权利要求1所述的锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢表面化学热处理工艺，其特征在于，铁素体-马氏体耐热钢为P/T92钢、T/P22钢、T/P24钢、T/P122钢或T/P91钢。
10.锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述表面化学热处理工艺处理得到，其外部具有铝扩散层，铝扩散层的厚度为2.7μm～111.7μm，铝扩散层中平均Al含量为45at.％～54at.％，其余为Fe。
CN201910308794.0A 2019-04-17 2019-04-17 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺 Active CN110029305B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910308794.0A CN110029305B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910308794.0A CN110029305B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110029305A true CN110029305A (zh) 2019-07-19
CN110029305B CN110029305B (zh) 2021-09-28

Family

ID=67238812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910308794.0A Active CN110029305B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110029305B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444999A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 中国科学院金属研究所 一种促进铁素体-马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09195049A (ja) * 1996-01-11 1997-07-29 Toshiba Corp ガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09195049A (ja) * 1996-01-11 1997-07-29 Toshiba Corp ガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. ESLAMI等: "GAS PHASE ALUMINIZING OF A NICKEL BASE SUPERALLOY BY A SINGLE STEP HTHA ALUMINIZING PROCESS", 《CANADIAN METALLURGICAL QUARTERLY》 *
L. SÁNCHEZ等: "Effect of Ce and La additions in low temperature aluminization process by CVD–FBR on 12%Cr ferritic/martensitic steel and behaviour in steam oxidation", 《CORROSION SCIENCE》 *
S. GUO等: "An Aluminide Surface Layer Containing Lower-Al on Ferritic-Martensitic Steel Formed by Lower-Temperature Aluminization", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY》 *
范凯平: "CVD法渗铝设备及工艺研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444999A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 中国科学院金属研究所 一种促进铁素体-马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法
CN113444999B (zh) * 2021-06-25 2022-05-06 中国科学院金属研究所 一种促进铁素体-马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110029305B (zh) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109881196B (zh) 一种包含内壁抗氧化涂层的主蒸汽管道及其制备方法
CN110029305A (zh) 锅炉管用铁素体-马氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺
Liang et al. Corrosion behavior of heat-resistant materials in high-temperature carbon dioxide environment
CN103014612A (zh) 一种大气条件下无保护气氛或保护层的料浆高速渗铝方法
CN109913795A (zh) 锅炉管用奥氏体耐热钢及其表面化学热处理工艺
Gond et al. High temperature corrosion behaviour of T-91 and T-22 bare steel in 75wt.% Na 2 SO 4+ 25wt.% NaCl molten salt environment at 900 C
Hagarová et al. Influence of flowing water vapor containing environment on high-temperature behavior of 9Cr creep-resistant steels
Nakai et al. Improvement in steam oxidation resistance of Fe–10% Cr–0.08% C steel by suppressing hydrogen dissolution
Chen et al. Corrosion behavior of Ti powder enhanced potassium silicate coating with solid NaCl deposit in wet oxygen at 500░ C
Metsäjoki et al. Oxidation of Uncoated and Aluminized 9-12% Cr Boiler Steels at 550-650° C
JPH01159362A (ja) Ｎｉ基合金伝熱管の熱処理方法
JP6049256B2 (ja) フェライト系耐熱鋼の耐酸化処理方法
JP4990323B2 (ja) フェライト系耐熱鋼
JP2005298878A (ja) 鋼の表面処理方法
US11674212B2 (en) Cast product having alumina barrier layer
CN108823488A (zh) 一种抗高温氧化和耐盐热腐蚀的铁素体类耐热钢及其热处理工艺
KR20190057602A (ko) 보일러 튜브용 내열 부품의 크롬 산화물 피막 형성 방법 및 보일러 튜브용 내열 부품
CN116536557A (zh) 一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金及其制备方法和应用
Kim et al. Oxidation Behavior of Surface-modified Stainless Steel 316LN in Supercritical-CO2 Environment
JPS58177459A (ja) ニツケル、クロム合金拡散浸透法
CN1026421C (zh) 奥氏体高温抗氧化钢
CN116190080A (zh) 改性铁钴矾合金磁片及其制备方法
Gupta et al. Ultrasonic Shot Peening and Its Influence on Oxidation Behavior of 347 Grade Austenitic Stainless Steel
Calmunger et al. Local Surface Phase Stability during Cyclic Oxidation Process
JPH09176824A (ja) 高Ｃｒオーステナイト鋼の耐食性改善熱処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 100031, 6, Fuxing Avenue, Xicheng District, Beijing

Applicant after: Huaneng Power International, Inc.

Applicant after: Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd.

Address before: 100031 Beijing city Xicheng District Fuxingmen South Street No. 2 C

Applicant before: Huaneng Power International, Inc.

Applicant before: Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant