CN113953514B - 一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法 - Google Patents

一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法，具体内容为通过在高塑性的纯铁或纯镍带材上制备度不大于金属薄带厚度的10％高耐蚀性的金属间化合物层，获得薄带材料延展性、耐磨性与抗氧化性能的最佳性能组合。通过满足加热温度与保温时间的限定条件，本发明可在塑性(断裂延伸率)、耐磨性(硬度)及抗氧化性能(高温氧化速率)等方面的综合性能方面具有更好的服役表现。与现有技术相比，该薄带材料可以有效的提高燃煤锅炉受热面管抗烟气腐蚀性能和抗耐磨性能，由于薄带比较薄，对锅炉的传热影响可忽略。

Description

一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法
技术领域
本发属于燃煤锅炉受热面腐蚀领域，具体涉及一种高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法。
背景技术
锅炉受热面的烟气侧腐蚀广泛存在，而且种类多样。包括：1)高温腐蚀。通常包括硫化 物型高温腐蚀和硫酸盐型高温腐蚀两大类；2)机械沉积。由于水冷壁表面的粗糙和引力的作 用,使细粒飞灰堆积而形成疏松的灰污层；3)粘结沉积物。由于灰中碱金属氧化物在高温烟 气中的升华,遇冷凝结在水冷壁或灰层中灰粒相互产生化学作用,形成低熔点化合物形成粘 性沉积物；4)烧结性积灰。由于高温生化后凝结在水冷壁上的碱金属氧化物与烟气中的三氧 化硫、氧化铝、氧化铁等发生化学反应，形成各种硫酸盐；或是煤燃烧时释放出来的钠和钾与 烟气中的三氧化硫反应生成汽态的硫酸钠和硫酸钾，扩散及凝结在温度较低的管壁上；5)熔 渣层。沾污灰层表面温度较高，且粗糙，熔化灰粒极易在上面结渣。粘结灰层由于得不到冷 却,表面是熔化状态,更易不断粘结灰粒,使灰渣层变厚,温度更高,直接表面熔化成液态渣 流走,达到平衡为止。燃煤锅炉受热面腐蚀不但要造成受热面的频繁更换，使发电成本增加， 而且还将造成受热面的泄漏或爆管事故，危害很大。
针对受热面的腐蚀问题，解决的方法通常是改变燃烧设计或采用防腐蚀措施。根据电站 锅炉的运行经验，普遍采用的防腐蚀层为热喷涂耐蚀(耐磨)材料，盖防磨瓦(板)，耐蚀套 管、高温涂料等措施。目前，覆盖防磨瓦也是电厂常用的耐蚀、防磨手段之一。防磨瓦一般 由碳钢，锰钢制成，成本相对较低。通过不同形状防磨瓦的合理衔接，达到管表面完全覆盖 的目的。但是无论如何防磨瓦的设计如何，防磨瓦的耐磨性能都是通过增加厚度来实现，较 大的厚度对传热有严重的影响，从而会影响锅炉效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属 薄带及其制备方法，该薄带材料可以有效的提高燃煤锅炉受热面管抗烟气腐蚀性能和抗耐磨 性能，由于薄带比较薄，对锅炉的传热影响可忽略。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带，该金属薄带由高塑性的纯铁或纯镍带材以及附 着在母材表面上的高耐蚀性的金属间化合物层组成，金属间化合物与母材冶金结合，金属间 化合物层厚度不大于金属薄带厚度的10％。
一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带的制备方法，包括以下步骤：
1)将厚度小于1mm纯铁或纯镍带材切割成所需的宽度，并清洗除油、除锈；
2)将清洗后的纯铁或纯镍带材埋入由质量比为10％-30％铁铝合金粉、5％-10％纯铝粉、 5％-10％纯铬粉、5％-10％溴化铵、5％-10％三氯化铬和30％-70％氧化铝粉均匀混合的粉末中， 加热温度760-860℃，保温时间8-16小时后随炉冷却；
且为保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保温时间在上述范围内满足T＝870- 0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为取值为2.5-3的常数。
本发明进一步的改进在于，清洗包括除油和除锈。
本发明进一步的改进在于，纯铁带材中铁质量含量不小于99.6％。
本发明进一步的改进在于，纯镍带材镍质量含量不小于99.6％。
本发明进一步的改进在于，采用纯铁制作耐蚀薄带时，n为取值为2.5-2.8。
本发明进一步的改进在于，采用纯镍制作耐蚀薄带时，n为取值为2.8-3。
本发明进一步的改进在于，塑性耐蚀金属薄带室温下的断裂延伸率不低于30％，表面硬 度不低于45HRC，850℃以下的静态氧化速率小于0.1g/m2.h，达到完全抗氧化级。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
针对受热面的腐蚀问题，现有的解决方法通过使用覆盖防磨瓦来缓解电厂常用的耐蚀、 防磨。防磨瓦一般由碳钢，锰钢制成，成本相对较低。通过不同形状防磨瓦的合理衔接，达 到管表面完全覆盖的目的。但是无论如何防磨瓦的设计如何，防磨瓦的耐磨性能都是通过增 加厚度来实现，较大的厚度对传热有严重的影响，从而会影响锅炉效率。本发明提供了一种 锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带及其制备方法，该薄带材料可以有效的提高燃煤锅炉受热 面管抗烟气腐蚀性能和抗耐磨性能，由于薄带比较薄，对锅炉的传热影响可忽略。
附图说明
图1为本发明中实施例1高塑性耐蚀金属薄带微观形貌；
图2为本发明中实施例5高塑性耐蚀金属薄带微观形貌；
图3为本发明中实施例1至6中加热温度与保温时间的限定条件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
选用纯度为99.9％纯铁薄带作为基材，将厚度0.8mm纯铁带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为10％铁铝 合金粉、10％纯铝粉、10％纯铬粉、10％溴化铵、5％三氯化铬和55％氧化铝粉均匀混合的粉 末中，加热温度760℃，保温时间16小时后随炉冷却。为保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热 温度与保温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间 /h，n为取值为2.5的常数；获得的耐蚀薄带形貌见图1。
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯铁，面层组织为厚度为 0.05mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，微观组织形貌见图2，其塑性指标和 抗氧化性能见表1。
实施例2
选用纯度为99.9％纯铁薄带作为基材，将厚度0.8mm纯铁带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为30％铁铝 合金粉、5％纯铝粉、5％纯铬粉、5％溴化铵、10％三氯化铬和45％氧化铝粉均匀混合的粉末 中，加热温度860℃，保温时间8小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与 保温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为 取值为2.8的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯铁，面层组织为厚度为 0.08mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，其塑性指标和抗氧化性能见表1。
实施例3
选用纯度为99.9％纯铁薄带作为基材，将厚度0.8mm纯铁带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为10％铁铝 合金粉、5％纯铝粉、5％纯铬粉、5％溴化铵、5％三氯化铬和70％氧化铝粉均匀混合的粉末中， 加热温度860℃，保温时间8小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保 温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为取 值为2.8的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯铁，面层组织为厚度为 0.08mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，其塑性指标和抗氧化性能见表1。
实施例4
选用纯度为99.9％纯铁薄带作为基材，将厚度0.8mm纯铁带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为30％铁铝 合金粉、10％纯铝粉、10％纯铬粉、10％溴化铵、10％三氯化铬和30％氧化铝粉均匀混合的粉 末中，加热温度800℃，保温时间12小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温 度与保温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h， n为取值为2.8的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯铁，面层组织为厚度为 0.08mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，其塑性指标和抗氧化性能见表1。
实施例5
选用纯度为99.9％纯镍薄带作为基材，将厚度0.8mm纯镍带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为20％铁铝 合金粉、8％纯铝粉、8％纯铬粉、8％溴化铵、8％三氯化铬和48％氧化铝粉均匀混合的粉末中， 加热温度860℃，保温时间8小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保 温时间需在上述范围内满足T＝863-0.1exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为取 值为2.8的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯镍，面层组织为厚度为 0.04mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，微观组织形貌见图3，其塑性指标和 抗氧化性能见表1。
实施例6
选用纯度为99.9％纯镍薄带作为基材，将厚度0.8mm纯镍带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为20％铁铝 合金粉、8％纯铝粉、8％纯铬粉、8％溴化铵、8％三氯化铬和48％氧化铝粉均匀混合的粉末中， 加热温度760℃，保温时间16小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保 温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为取 值为3的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯镍，面层组织为厚度为 0.065mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，其塑性指标和抗氧化性能见表1。
实施例7
选用纯度为99.9％纯镍薄带作为基材，将厚度0.8mm纯镍带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为10％铁铝 合金粉、10％纯铝粉、10％纯铬粉、10％溴化铵、5％三氯化铬和55％氧化铝粉均匀混合的粉 末中，加热温度760℃，保温时间16小时后随炉冷却。为保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热 温度与保温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间 /h，n为取值为2.9的常数。
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯镍，面层组织为厚度为 0.05mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，微观组织形貌见图2，其塑性指标和 抗氧化性能见表1。
实施例8
选用纯度为99.9％纯镍薄带作为基材，将厚度0.8mm纯镍带材切割成100mm宽度的薄 带，单根薄带长度为10m。
祛除薄带表面因加工和切割带来的油污和锈迹，将清洗后薄带埋入由质量比为30％铁铝 合金粉、10％纯铝粉、10％纯铬粉、10％溴化铵、10％三氯化铬和30％氧化铝粉均匀混合的粉 末中，加热温度800℃，保温时间12小时后随炉冷却。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温 度与保温时间需在上述范围内满足T＝870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h， n为取值为2.8的常数；
经分析，所获得的耐蚀薄带具有层状复合结构，芯部组织为纯镍，面层组织为厚度为 0.08mm金属间化合物，金属间化合物与母材冶金结合，其塑性指标和抗氧化性能见表1。
实施例1-8的结果表明，本发明金属薄带由高塑性的纯铁或纯镍带材与高耐蚀性的金属 间化合物层组成，金属间化合物与母材冶金结合，金属间化合物层厚度不大于金属薄带厚度 的10％。保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保温时间需在上述范围内满足T＝870- 0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n为取值为2.5-3的常数；图3为本发明 实施例工艺参数图，如图所示，本发明实施例工艺均满足加热温度与保温时间的限定条件。
表1为实施例1-8及参比例1-2性能对比结果。其中，参比例1为现役锅炉用典型防磨 瓦材料1Cr13；参比例2为20热浸渗铝防磨瓦。与参比例相比，本发明实施例在塑性(断裂延伸率)、耐磨性(硬度)及抗氧化性能(高温氧化速率)等方面的综合性能具有更好的服役表现。
表1实施例1-8及参比例1-2性能对比
Figure BDA0003311319370000071
Figure BDA0003311319370000081
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明 基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不 偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带的制备方法，其特征在于，该金属薄带由高塑性的纯铁或纯镍带材以及附着在母材表面上的高耐蚀性的金属间化合物层组成，金属间化合物与母材冶金结合，金属间化合物层厚度不大于金属薄带厚度的10%；该制备方法包括以下步骤：
1）将厚度小于1mm纯铁或纯镍带材切割成所需的宽度，并清洗除油、除锈；
2）将清洗后的纯铁或纯镍带材埋入由质量比为10%-30%铁铝合金粉、5%-10%纯铝粉、5%-10%纯铬粉、5%-10%溴化铵、5%-10%三氯化铬和30%-70%氧化铝粉均匀混合的粉末中，加热温度760-860℃，保温时间8-16小时后随炉冷却；
且为保证薄带高塑性与高耐蚀性，加热温度与保温时间在上述范围内满足T=870-0.58exp(t/n)的规律，其中T为温度/℃，t为时间/h，n的取值为2.5-3，采用纯铁制作耐蚀薄带时，n的取值为2.5-2.8，采用纯镍制作耐蚀薄带时，n的取值为2.8-3。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带的制备方法，其特征在于，纯铁带材中铁质量含量不小于99.6%。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带的制备方法，其特征在于，纯镍带材镍质量含量不小于99.6%。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面用高塑性耐蚀金属薄带的制备方法，其特征在于，塑性耐蚀金属薄带室温下的断裂延伸率不低于30%，表面硬度不低于45HRC，850℃以下的静态氧化速率小于0.1g/m2.h，达到完全抗氧化级。
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