CN110284094A - 锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术 - Google Patents

锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，本技术巧妙利用制备锅炉水冷壁高温防腐涂层所用热源，在制备涂层的同时实现对管材基体的热处理强化。管材基体材料经本发明的协同强化技术处理后，有效改善了疲劳特性和高温蠕变特性，从而使锅炉管道的使用寿命得以显著延长。

Description

锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术
背景技术
垃圾焚烧发电锅炉水冷壁是锅炉的主要受热部分，它分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，管壁主要吸收炉膛中高温燃烧垃圾的辐射热量。
近年来随着国家发展新能源战略的加快实施，国内垃圾焚烧发电产业近年发展迅速。目前制约垃圾焚烧发电的技术发展的瓶颈问题就是锅炉管由于高温腐蚀严重，爆管(管内的高压高温水及水蒸气喷出)现象频发。而且，近年来国际癌症研究中心已将二噁英列为人类一级致癌物，为防止垃圾焚烧过程低温下二噁英二次污染的产生，新设计的生物质锅炉国家标准现在已把锅炉管排耐温要求提高到700℃，且使用寿命达到6年以上。此要求下，锅炉管烟气侧工作温度达到800℃以上，从而进一步加重了管壁的剧烈腐蚀问题。
为了提高使用寿命，水冷壁一般都采用堆焊不锈钢或喷涂高温合金等方法，虽然有效，但效果却差强人意。为应对高温防腐需求和提高使用寿命，国内外锅炉水冷壁生产厂家普遍将注意力集中在对管外壁的防护上。但俗话说堡垒很容易从内部攻破，根据我们长期对爆管机理的研究可知，锅炉管材本身性能如抗疲劳和抗高温蠕变等提高和管壁防护同样重要，因为在长期剧烈的高低温交变环境下管材易产生疲劳微裂纹，而涂层再密实也不可能完全没有孔隙，高温腐蚀性烟气无孔不入，一旦钻进这些微裂纹后就会逐渐产生点状腐蚀。
发明内容
为上述技术问题，本发明提供一种锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，巧妙利用制备锅炉水冷壁高温防腐涂层所用热源，在制备涂层的同时实现对管材基体的热处理强化。
一种锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，其包括火焰喷涂和高频感应加热。
进一步的，所述高频感应加热包括喷涂前预热和重熔两个步骤。
进一步的，所述高频感应加热具体内容如下：
S1、当管排随传动链开始移动，进入感应加热线圈被预热，预热温度需满足管基材受热面温度与去应力退火要求温度相同；
S2、从高频线圈出来后随即开始火焰喷涂，喷涂完成后管排随传动链做反向移动；
S3、当再次到达加热线圈时重熔模式启动，重熔过程也是对管基体的正火过程，重熔温度与正火温度相同。
效果较佳的，温度由低到高的顺序进行即先退火再正火。
有益效果：本发明的管材基体材料实现去应力退火和正火处理后，有效改善了疲劳特性和高温蠕变特性，从而使锅炉管道的使用寿命得以显著延长。
此外，喷涂前预热不仅提升了管材和涂层综合性能，也可显著减小管排后续喷涂和重熔产生的变形，从而有效提升高温防腐涂层质量。
附图说明
图1为经本发明处理后的20G样品处理后晶粒度示意图；
图2为经本发明处理后的样品内表面完全脱碳层深度示意图；
图3为经本发明处理后的样品外表面完全脱碳层深度示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
一般情况下，绝大多数锅炉管生产均未经过强化处理如正火或退火等，致使锅炉管的高温疲劳性能较差，从而影响使用寿命。正火处理可消除无缝钢管生产过程中产生的过共析钢的网状渗碳体，能显著稳定组织和尺寸，提高锅炉钢管的综合力学性能，对提高高温防腐性能很有利。
此外，水冷壁是由若干根钢管与鳍片焊接而成的(简称管排)，焊后一般未做去应力退火，从而使得焊缝内应力较大，极易造成管排后续加工如喷涂中产生变形或裂纹。
基于此原理，本发明提出一种锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，具体内容如下：
在水冷壁管排涂层制备生产线上安置两套系统，即火焰喷涂和高频感应加热系统，而高频感应加热系统被设计为具备喷涂前预热和重熔两个功能，即采用高频感应加热变功率调温控制系统，具有根据需求实时无级调温的能力。当管排随传动链开始移动，首先进入感应加热线圈被预热400-500℃。喷涂前预热的目的一是减小涂层与基体的温度差和应力，因为对于管类薄壁零件，可减小喷涂后冷却时由管壁和涂层的收缩不一致性而造成的应力，这些应力会影响涂层的结合强度，使涂层产生裂纹；其次可以使涂层中的碳化物相充分析出，提高涂层的耐磨性和抗疲劳强度。预热过程同时也是对管基体的退火过程。
从高频线圈出来后随即开始火焰喷涂，喷涂完成后管排随传动链做反向移动。当再次到达加热线圈时重熔模式启动，此时加热温度升高为1000℃左右，重熔过程也是对管基体的正火过程。管排移动速度主要根据喷涂和重熔需求，同时兼顾退火、正火要求综合确定。
由国标可知，我国目前几种常用的锅炉管正火标准为：20G：900-930℃，15CrMoG：930-960℃，12Cr1MoVG：980-1020℃。三种材质的去应力退火温度均为400-500℃。设置的预热温度为400℃，火焰喷涂焰流传到管基材表面为100-200℃，则管基材受热面温度约500-600℃，与去应力退火要求温度接近。加热时间则由喷涂粉末沉积速度决定；同理，重熔温度1000℃与正火温度也基本相同，而重熔时间则由重熔效果而定。理论上正火和去应力退火保温时间约为2-3分/mm，与实际火焰喷涂和重熔时间接近，即使实际所用时间比理论时间长些，也会使管材基体偏析的组织逐渐溶化，组织会越来越均匀。二者冷却均为空气中的自然冷却，也与退火和正火的冷却方式相同。
综上，对管基体正火有利于提高其疲劳强度和高温蠕变性能，去应力退火可消除管排的内应力。如表1-表4所示：
表1两种锅炉管基材重熔前后的拉伸测试结果
表2两种锅炉管基材重熔前后硬度测试结果
表3 20G样品处理前后晶粒度测试结果
表4 20G样品处理后全脱碳深度测试结果
由表1、表2可知管排基材经预热-喷涂-重熔处理后强度提高，硬度降低，符合退火-正火效应。
由表3可知经预热-喷涂-重熔后晶粒得到细化，管材的综合性能提高；由表4可知处理后虽然全脱碳深度有所改变，但符合国标，对管材性能影响很小。
假设，管排在生产时进行了正火和退火处理，除去工期大幅度加长之外，其成本与未正火处理相比要高15％以上。而我们这种退火-正火热处理强化无需花费额外任何费用和专门时间，类似于“搭船出海”，以近于零成本实现了管基体与涂层高温防腐性能的同步提升。
由于巧妙地利用了具备喷涂预热和涂层重熔双重功能的高频感应加热系统，充分挖掘了设备的潜力，从而使应用厂家节省一次性设备投资。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，其特征在于，由火焰喷涂和高频感应加热组合而成的技术。
2.如权利要求1所述的锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，其特征在于，所述高频感应加热包括喷涂前预热和重熔两个步骤。
3.如权利要求1所述的锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，其特征在于，所述高频感应加热具体内容如下：
S1、当管排随传动链开始移动，进入感应加热线圈被预热，预热温度需满足管基材受热面温度与去应力退火要求温度相同；
S2、从高频线圈出来后随即开始火焰喷涂，喷涂完成后管排随传动链做反向移动；
S3、当再次到达加热线圈时重熔模式启动，重熔过程也是对管基体的正火过程，重熔温度与正火温度相同。
4.如权利要求3所述的锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术，其特征在于，温度由低到高的顺序进行即先退火再正火。
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