CZ281667B6 - Ochranný povlak a způsob jeho vytvoření - Google Patents

Abstract

Ochranný povlak obsahuje povlakovou vrstvu vytvořenou tepelným rozstřikováním oceli, která je bohatě legována chromem a hliníkem a silně v rozstřiku během vytváření povlaku oxiduje, čímž vznikne velké množství kysličníků chromu a hliníku, které zůstanou uvnitř povlaku obklopeny ocelovou základní hmotou, a po ukončení tvorby povlaku se na povrchu povlakové vrstvy vlivem působení oxidačního účinku vzduchu vytvoří hustý film kysličníků chromu a hliníku.ŕ

Description

Ochranný povlak ocelových částí parní turbíny a způsob jeho vytváření

Oblast techniky

Vynález se týká ochranného povlaku, který chrání vnitřní plochy parní turbiny a sousedního potrubí a přehříváků a zabraňuje erozivnímu a korozivnímu opotřebení, které je způsobeno párou. Vynález se také týká způsobu vytváření povlaku na parní turbíně a sousedním potrubí a přehřívácích.

Dosavadní stav techniky

Jak je uvedeno ve švédských patentových přihláškách č. 762881 a 771073, ocelové plochy, na něž působí horko, vlhká pára o vysokém tlaku a rychlosti, jsou vystaveny těžkému erozivnímu a korozivnímu opotřebení.

Poškození způsobené opotřebením může vést k potřebě zaplnit a opravit svarové spoje, což je těžko proveditelné, nebo dokonce vyměnit skříň turbíny a potrubí.

Taková oprava nebo výměna způsobí zastavení výroby na delší dobu, což znamená její snížení, následkem čehož vznikají velké finanční ztráty. To je zejména případ velkých elektráren jako jsou elektrárny jaderné.

Dále uvedeny některé známé povlaky určené k ochraně turbínového potrubí:

1. Keramický povlak se slitinou niklu a hliníku v adhezivní vrstvě. Tloušťka adhezivní vrstvy je 10 μιη až 25 μιη a keramického povlaku 50 μια až 250 μιη.

2. Kovový třívrstvý povlak tvořený adhezivní vrstvou ze slitiny niklu a hliníku (t = 50 μιη až 100 μιη), mezilehlou vrstvou z chromové oceli (přibližné 13 % hmotn. Cr, tloušťka přibližně 200 μια), a povrchovou vrstvou z nerezavějící nebo proti kyselinám odolné oceli (přibližné 18 % hmotn. Cr, 5 % - 8 % hmotn. Ni, přibližně 8 % hmotn. Mn, tloušťka asi 200 μιη).

Keramické povlaky mají zejména následující nevýhody:

- malou odolnost vůči nárazu, například při vniknutí cizího tělesa do turbíny nebo potrubí může dojit k prasknutí povlaku,

- velmi nízký součinitel tepelné roztažnosti keramických povlaků ve srovnání s uhlíkovou ocelí, takže velké nebo rychlé změny teploty mohou vést ke vzniku trhlin v povlaku. Trhlina v povlaku může zase vést k rychlému lokálnímu poškození základního materiálu.

- keramické povlaky jsou dobrými izolátory. Povlak turbínové skříně tvořený keramickým materiálem by mohl narušit průběh vedení tepla uvnitř turbíny a způsobit tím nepředvídané deformace během činnosti turbíny,

-lCZ 281667 B6

- je obtížné nanášet keramický povlak na cejchované plochy určené k obrábění. Povlak může mít tvrdost větší než 1 000 HV a z toho důvodu je těžko obrobitelný a navíc vykazuje sklon k trhlinám,

- má-li být keramického povlaku užito pro vyplnění dutin, je obtížné s ním dosáhnout dostatečné tloušťky vrstvy.

Tzv. třívrstvý povlak se uspokojivé uplatňuje v potrubních systémech. Má však následující nevýhody:

- každé rozhraní mezi dvěma povlaky v třívrstvém povlaku vytváří silnou překážku pro vedení tepla, takže podobné problémy, jaké sledujeme u keramických povlaků, se mohou v souvislosti s vedením tepla v turbínové skříni objevit i zde,

- je-li nezbytné vyplnit dutiny v povlakových plochách, které mají být obráběny, existuje nebezpečí, že obrobená plocha bude procházet různými vrstvami,

- jestliže se třívrstvý povlak během provozu poškodí, například následkem silné místní eroze, opravu lze provést pouze tak, že se nejprve odstraní starý povlak a potom se na povrch nanese povlak nový, vrstva po vrstvě.

Podstata vynálezu

Prvořadým cílem předloženého vynálezu je navrhnout povlak použitelný jako ochranná vrstva pro skříň, dělicí roviny, potrubí, přehříváky a jiné části parní turbíny, vhodný pro požadované podmínky a přitom spolehlivé a dlouhodobé chránící ocelový povrch.

Dalším cílem vynálezu je, aby bylo možno vytvořit povlak na daném místě rychle a hospodárné, a přitom aby povlak byl vhodný jako ochranná vrstva i pro povrch, který má být obráběn.

Uvedené nedostatky odstraňuje ochranný povlak ocelových částí parní turbíny zejména skříně, dělicích rovin, potrubí a přehříváků, vystavených v elektrárně korozivnimu a erozivnímu opotřebení způsobenému horkou mokrou párou, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje povlakovou vrstvu, uvnitř které jsou oxidy chrómu a hliníku, které jsou obklopeny ocelovou základní hmotou tvořenou ocelí legovanou chromém a hliníkem, a na povrchu povlakové vrstvy film oxidů chrómu a hliníku, přičemž povlak obsahu je v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku.

Ochranný povlak obsahuje s výhodou v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku. Navíc může obsahovat až 5 % hmotn. molybdenu.

Zvláště výhodné je, obsahuje-li povlak v hmotnostních procentech 22 % až 30 % chrómu, 5 % až 8 % hliníku a až 3 % molybdenu.

Výhodné je, je-li tloušťka povlaku 0,3 mm až 2,5 mm, a zejména 0,5 mm.

-2CZ 281667 B6

Podstata způsobu vytváření ochranného povlaku spočívá v tom, že ocel legovaná v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku se tepelné rozstřikuje na povrch, který má být opatřen povlakem, za vzniku oxidů chrómu a hliníku, které zůstanou uvnitř vzniklé povlakové vrstvy, která dále obsahuje ocelovou základní hmotu, jíž jsou uvedené oxidy chrómu a hliníku obklopeny, a dále se takto vzniklá povlaková vrstva po ukončení tepelného rozstřikování vystaví oxidačnímu účinku vzduchu pro vytvoření filmu oxidů chrómu a hliníku na jejím povrchu.

Tepelné rozstřikování se s výhodou provede pomocí oblouku, plazmatu nebo ultrazvuku.

Jako povlakový materiál pro postřikování se použije ocel obsahující v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku, která také může obsahovat až 5 % hmotn. molybdenu. Zvláště výhodné je, použije-li se ocel obsahující v hmotnostních procentech 22 % až 30 % chrómu, 5 % až 8 % hliníku a až 3 % molybdenu.

Pro správnou funkci ochranného povlaku je výhodné, vytvoří-li se povlak o tloušťce 0,3 mm až 2,5 mm, zejména však o tloušťce 0,5 mm.

Při realizaci způsobu vytváření povlaku podle vynálezu je povlakový materiál z oceli bohatě legované chromém a hliníkem rozstřikován za tepla na plochu, jež má být povlakem chráněna, přičemž v průběhu vytváření povlaku uvedený materiál rozstřiku silné oxiduje, čímž vzniká velké množství oxidů chrómu a hliníku, přičemž tyto oxidy zůstanou uvnitř povlaku obklopeny ocelovou základní hmotou. Po ukončení rozstřiku je povrch vzniklé vrstvy vystaven oxidačnímu účinku vzduchu, čímž na něm vznikne hustý film oxidů chrómu a hliníku.

Výhody povlaku podle vynálezu ve srovnání s dříve známými povlaky jsou následující:

Velmi hustý film oxidů chrómu a hliníku vytvořený na povrchu povlaku poskytuje výbornou ochranu proti korozi a erozi. Povlak je velmi houževnatý.

Je-li povlak poškozen, například účinkem cizího tělesa, které vniklo do turbíny, oxidy uvnitř povlaku zabrání rozšíření poškození .

Takže pov]ak poskytuje ochranný účinek jako keramický povlak, má však houževnatost a pevnost kovového povlaku.

Přilnavost povlaku k základovému materiálu je velmi dobrá. Použije-li se rozstřikování plasmové nebo obloukové, získá se přilnavá síla větší než 60 N/mm, což je zhruba dvojnásobek přilnavé síly slitiny niklu a hliníku nanesené rozstřikováním plamenem.

Dobrá přilnavost zaručuje, že se povlak neoddělí menším nárazem, a že bude také možné opatřit povlakem úzké hrany. Navíc dobrá přilnavost umožňuje, aby byl povrch obráběn.

-3CZ 281667 B6

Koeficient tepelné roztažnosti povlaku je blízký koeficientu uhlíkové oceli, takže deformace způsobené tepelným nárazem a tepelnou roztažnosti nepoškodí povlak.

Protože povlak je vytvořen z jedné jednoduché vrstvy, která může být zhotovena rozstřikováním s tloušťkou asi 2 mm, hodí se na ochranu velkých těsnicích povrchů určených k obrábění.

Ačkoliv pov]ak obsahuje velké množství tvrdých oxidů, jeho makrotvrdost je pouze 250 až 350 jednotek HV, takže jej lze snadno obrábět.

Protože jediným rozhraním působícím rušivě na vedení tepla je rozhraní mezi povlakem a základovým materiálem, vedení tepla nebude zdrojem problémů.

Provedení lokální opravy povlaku je snadné a nevyžaduje odstranění celého starého povlaku.

Obsah kobaltu v povlaku je velmi nízký (přibližně 0,02 % hmotn., takže povlak je vysoce vhodný pro použití v jaderných elektrárnách, a to i na aktivní stranu ploch.

Příklady provedeni vynálezu

Podle vynálezu použitým povlakovým materiálem je ocel obsahující v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu, 5 % až 15 % hliníku a až 5 % molybdenu. Povlakový materiál může být nitkoví tý nebo práškový.

Povlak podle vynálezu, obsahující velké množství oxidů chrómu a hliníku, obsahuje chrom, hliník a molybden ve shora uvedeném množství.

Film z oxidů chrómu a hliníku podle vynálezu, vytvořený na povlaku po jeho dohotovení vlivem účinku oxidace, je silný a hutný a bude odolávat erozi a korozi, k níž vede působení vlhké páry.

Aby se dosáhlo dobré přilnavosti povlaku k základovému materiálu, povlak podle vynálezu je možno připravit rozstřikováním za tepla, užitím plamene, oblouku, plasmy a/nebo ultrazvukového rozstřikování, ale přednostně použitím oblouku, plasmy a/nebo ultrazvukového rozstřikování.

Tak dojde v povlaku podle vynálezu k vytvoření vrstvy s dobrou přilnavostí k základovému materiálu, ocelového povlaku obsahujícího velké množství oxidů, a povrchové vrstvy, která obsahuje hustý oxidační film.

Aby na rozhraní mezi základovým materiálem a povlakem nedošlo ke vzniku galvanické koroze, tloušťka povlaku by měla být minimálně 0,3 mm, s výhodou však 0,5 mm. Tloušťka povlaku může být až 2,5 mm, aniž by docházelo k nežádoucímu vnitřnímu smršťování povlaku, které by bylo provázeno jeho zvoněním’'.

Vhodným příkladem povlaku je povlak, který obsahuje v hmotnostních procentech 25 % chrómu, 7 % hliníku a 2 % molybdenu.

-4CZ 281667 B6

Tloušťka povlaku je v tomto případě s výhodou 0,5 mm.

Příkladem způsobu vytváření ochranného povlaku je postup, při kterém se ocel legovaná v hmotnostních procentech 25 % chrómu, 7 % hliníku a 2 % molybdenu tepelné rozstřikuje na povrch, který má být opatřen povlakem. Přitom vznikají oxidy chrómu a hliníku, které zůstanou uvnitř vzniklé povlakové vrstvy. Povlaková vrstva dále obsahuje ocelovou základní hmotu, jíž jsou uvedené oxidy chrómu a hliníku obklopeny. Po ukončení tepelného rozstřikování se takto vzniklá povlaková vrstva vystaví oxidačnímu účinku vzduchu pro vytvoření filmu oxidů chrómu a hliníku na jejím povrchu. Intenzita rozstřikování je s výhodou v tomto případě volené tak, aby tloušťka povlaku byla 0,5 mm.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ochranný povlak ocelových částí parní turbíny, zejména skříně, dělicích rovin, potrubí a přehříváků, vystavených v elektrárně korozivnímu a erozivnímu opotřebení způsobenému horkou mokrou párou, vyznačující se tím, že obsahuje povlakovou vrstvu, uvnitř které jsou oxidy chrómu a hliníku, které jsou obklopeny ocelovou základní hmotou tvořenou ocelí legovanou chromém a hliníkem, a na povrchu povlakové vrstvy film oxidů chrómu a hliníku, přičemž povlak obsahuje v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku.
2. 2. Ochranný povlak podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje až 5 % hmotn. molybdenu.
3. 3. Ochranný povlak podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje v hmotnostních procentech 22 % až 30 % chrómu, 5 % až 8 % hliníku a až 3 % molybdenu.
4. 4. Ochranný povlak podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že jeho tloušťka je

   0,3 mm až 2,5 mm.
5. 5. Ochranný povlak podle nároku 4, vyznačující se tím, že jeho tloušťka je 0,5 mm.
6. 6. Způsob vytváření ochranného povlaku podle nároku 1, vyznačující se tím, že ocel legovaná v hmotnostních procentech 20 % až 45 % chrómu a 5 % až 15 % hliníku, se tepelné rozstřikuje na povrch, který má být opatřen povlakem, za vzniku oxidů chrómu a hliníku, které zůstanou uvnitř vzniklé povlakové vrstvy, která dále obsahuje ocelovou základní hmotu, jíž jsou uvedené oxidy chrómu a hliníku obklopeny, a dále se takto vzniklá povlaková vrstva po ukončení tepelného rozstřikování vystaví oxidačnímu účinku vzduchu pro vytvoření filmu oxidů chrómu a hliníku na jejím povrchu.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že ocel je dále legována až 5 % hmotn. molybdenu.

   -5CZ 281667 B6
8. 8. Způsob podle nároků 6 nebo 7, vyznačující se tím, že ocel je legována v hmotnostních procentech 22 % až 30 % chrómu, 5 % až 8 % hliníku a až 3 % molybdenu.
9. 9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že tepe]né rozstřikování se provede pomocí oblouku, plazmatu nebo ultrazvuku.
10. 10. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že se vytvoří povlak o tloušťce 0,3 mm až 2,5 mm.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že se vytvoří povlak o tloušťce 0,5 mm.