專利名稱：一種用于在鍋爐管外表面制備耐高溫氯腐蝕熔覆層的雙粉芯絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于在鍋爐管外表面制備耐高 溫氯腐蝕熔覆層的雙粉芯絲。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)發(fā)電是解決能源與環(huán)境問題的一個重要突破口，秸稈是目前生物質(zhì)發(fā)電鍋 爐中所用的主要燃料之一。由于秸稈中較高的氯含量(0.3-1%)，在過熱器表面溫度超過 450°C時，秸稈燃燒過程中的沉積腐蝕問題限制了蒸汽參數(shù)的提高。秸稈能量密度低，且灰 中含有大量的堿金屬氯化物；在高溫下堿金屬及其相關(guān)無機(jī)元素可能在爐膛內(nèi)形成熔渣或 形成氣相，以蒸汽和飛灰顆粒的形式沉積于受熱面，不僅影響鍋爐的熱效率，還對換熱面造 成嚴(yán)重腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)，以秸稈燃料為主的鍋爐普遍存在受熱面沉積腐蝕問題，其中過熱器 的高溫氯腐蝕極為嚴(yán)重。對于過熱器管、水冷壁的嚴(yán)重高溫氯腐蝕問題，只能采用主動防護(hù)和被動防護(hù)兩 種方法。主動防護(hù)法是通過優(yōu)化設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)來減緩腐蝕速度，但該方法只能有限減緩 局部區(qū)域的腐蝕速度，且可能影響鍋爐效率。被動防護(hù)法包括表面涂覆層防護(hù)技術(shù)和選用 耐高溫氯腐蝕性好的鎳基耐蝕合金材料，但選用鎳基耐蝕高溫合金作為鍋爐管的造價過 高，難以推廣應(yīng)用。因此，表面涂覆層技術(shù)是一種提高鍋爐管耐高溫腐蝕壽命、且具有好經(jīng) 濟(jì)性的有效途徑。目前電廠常用熱噴涂技術(shù)對鍋爐管進(jìn)行表面防腐，但熱噴涂技術(shù)還存在如下固有 局限性(1)涂層與基體為機(jī)械結(jié)合，其中電弧噴涂結(jié)合強(qiáng)度10_40MPa ；涂層在交變熱應(yīng) 力、顆粒沖刷等作用下，運(yùn)行一定時間后易脫落；(2)對某些特殊的腐蝕嚴(yán)重部位涂層效果 不明顯，對這種頑癥，尚找不到理想的噴涂方法及相應(yīng)的材料，使之能具有與其它部位相同 的壽命；(3)涂層厚度受限制，保質(zhì)期較短；(4) 二次噴涂效果更差；(5)涂層存在孔隙率， 影響防腐效果。采用表面熔覆技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是(1)可在鍋爐管外表面形成具有冶金結(jié)合的耐腐蝕熔覆層，厚度可在0. 4-3mm范 圍內(nèi)選擇；(2)耐腐蝕熔覆層與管材達(dá)到冶金結(jié)合，熔覆層在整個壽命周期內(nèi)不脫落；(3) 耐蝕熔覆層的孔隙率為零，可有效避免空隙造成的腐蝕通道。根據(jù)現(xiàn)有的研究與應(yīng)用結(jié)果，生物質(zhì)中有高含量的堿金屬和氯氣，且大多數(shù)生 物質(zhì)燃料中的S含量很少。干燥的生物質(zhì)中各元素的含量大致是鉀0.2-1. 9wt%，氯 0. 1-0. 2wt%0可燃?xì)怏w中，每0. Iwt%的氯產(chǎn)生大約IOOppm的HCl。在生物 質(zhì)中，堿性金屬一般以有機(jī)金屬化合物的形式存在，有時也以鹽形式存在，氯和硫的存在影 響到生物質(zhì)燃燒過程中鉀的熱力學(xué)行為。對于上述高溫燃燒氛圍，可選用耐高溫腐蝕性能最佳的哈氏合金C系列(如C22、C276)合金作為鍋爐管材料，但由于哈氏合金C系列合金管的價格昂貴(約為不銹鋼材料的 8-10倍)、制作工藝難度大，難以推廣應(yīng)用。如選用哈氏C系列合金作為表面熔覆用絲材， 存在的主要問題為(1)當(dāng)采用等離子弧或氬弧熔覆時，熔覆層存在一定的稀釋率(即基體 元素向熔覆層擴(kuò)散造成的結(jié)果)，其中Fe元素不可避免地向熔覆層中擴(kuò)散；這使得熔覆層 中Mo、Cr等重要的耐腐蝕元素含量減少，從而顯著降低熔覆層的高溫耐蝕性。(2)哈氏合 金C系列合金焊絲的制備技術(shù)難度大、成本高、價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于在鍋爐管外表面制備耐高溫氯腐蝕熔覆層的雙 粉芯絲。利用等離子弧或氬弧熔覆法，在鍋爐管外表面同時熔覆粉芯絲A和粉芯絲B，可形 成厚度大于500 μ m的耐高溫氯腐蝕熔覆層，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合。本發(fā)明突破了現(xiàn) 有熱噴涂技術(shù)所存在的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低(機(jī)械結(jié)合)、涂層厚度一般小于500 μ m、涂 層存在孔隙率等局限性。本發(fā)明具有焊絲制備成本低、熔覆層制備工藝較簡單、熔覆層耐氯 腐蝕性能高等優(yōu)點(diǎn)，熔覆層耐高溫氯腐蝕性能為TP347不繡鋼的10倍以上，可顯著提高生 物質(zhì)發(fā)電鍋爐過熱器管壽命。本發(fā)明所述的雙粉芯絲也可用于垃圾焚燒爐鍋爐管或其它在 氯腐蝕環(huán)境下工作的部件。本發(fā)明所述的雙粉芯絲由粉芯絲I和粉芯絲II組成，利用等離子弧、氬弧熔覆法， 在鍋爐管外表面同時熔覆具有相同送絲速度的粉芯絲I和粉芯絲II，在基體表面形成由 Ni-Cr-Mo-Fe-Ti為主相的熔覆層，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合。熔覆層中，Cr的平均質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)為20-26wt %，Mo的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為13-17wt %，Ni的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-60 %。粉芯絲I由純Ni帶外皮和粉芯原料A組成。所用的粉芯原料A中，各種粉末的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)分別為Ti粉(粒度-100+300目、純度彡99. 9%) :2-4wt. %，Cr粉(粒度-100+300 目、純度彡99.9% ) =IO-Ilwt. %，Mo粉(粒度-100+300目、純度彡99.9% )余量。利用 純Ni帶包裹粉芯原料A，形成粉芯絲I ；粉芯絲I中粉芯原料A的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-50%。粉芯絲II由純Ni帶外皮和粉芯原料B組成。所用的粉芯原料B中，各種粉末的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為粉芯原料B所用各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為:W粉(粒度-200+300 目、純度彡99. 9%) :3-6wt· %，Cr粉(粒度-150+300目、純度彡99. 9%)余量。利用純 Ni帶包裹粉芯原料B，形成粉芯絲II ；粉芯絲II中粉芯原料B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-50%。本發(fā)明所用的粉芯絲制造工藝為已有的成熟技術(shù)，即依次經(jīng)Ni帶軋制成槽形、加 入粉芯原料、軋制成O形再拔絲減徑等工序而形成粉芯絲。本發(fā)明所述熔覆層的制備方法是，利用等離子弧、氬弧同時熔覆具有相同送絲速 度的粉芯絲I、粉芯絲II，從而形成Ni-Cr-Mo-Fe-Ti為主相的熔覆層。制備粉芯絲I、粉芯絲II的具體步驟包括1、粉芯絲I、粉芯絲II所用粉末材料的配比(1)粉芯絲I所用的粉芯原料A粉芯原料A所用各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為Ti粉(粒度-100+300目、純度 ^ 99. 9% ) :2-4wt. %，Cr 粉(粒度-100+300 目、純度彡 99. 9%) =IO-Ilwt. %，Mo 粉(粒 度-100+300目、純度> 99.9% )余量。(2)粉芯絲II所用的粉芯原料B
粉芯原料B所用各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為W粉(粒度-200+300目、純度 彡 99. 9% ) :3-6wt. %，Cr 粉(粒度-150+300 目、純度彡 99. 9% )余量。2、粉芯絲的制備工藝(1)按步驟1所述的各種粉末比例，分別稱取粉芯原料A、粉芯原料B所需的各種 粉末；(2)將粉芯原料A、粉芯原料B分別放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為100-120°C， 干燥時間為2-3小時；(3)利用球磨機(jī)分別混合粉芯原料A、粉芯原料B，使粉芯原料A、粉芯原料B分別 形成組分均勻的混合粉末；(4)采用厚度為0. 2-0. 35mm、寬度為8_12mm的純Ni帶包裹球磨混合后的粉芯原 料A，形成粗粉芯絲材I，粉芯原料A在粗粉芯絲材I中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-50wt. % ；(5)采用厚度為0. 2-0. 35mm、寬度為8_15mm的純Ni帶包裹球磨混合后的粉芯原 料B，形成粗粉芯絲材II，粉芯原料B在粗粉芯絲材II中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-50wt. %；(6)利用制備粉芯絲的機(jī)械裝置，依次經(jīng)Ni帶軋制成槽形、加入粉芯原料、軋制成 0形再拔絲減徑等工序而形成成品絲材粉芯絲I、粉芯絲II，成品粉芯絲I、粉芯絲II的直 徑為2-3mm ；(7)將成品絲材粉芯絲I、粉芯絲II分別繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲?？紤]到熔覆層稀釋率隨熔覆層厚度增加而降低這一工藝特性，當(dāng)熔覆層厚度在 0. 5-lmm范圍時，粉芯原料A在粉芯絲材I中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45_50wt. %，粉芯原料B 在粉芯絲材II中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45-50wt. % ；當(dāng)熔覆層厚度在l_3mm范圍時，粉芯原 料A在粉芯絲材I中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-45wt. %，粉芯原料B在粉芯絲材II中所占的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-45wt. %。


圖1為采用氬弧熔覆法所制備具有耐高溫氯腐蝕熔覆層過熱器管照片。圖2為熔覆層斷面照片，基材1，熔覆層與基體結(jié)合界面2，熔覆層3。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、粉芯絲I、粉芯絲II所用粉末材料的配比(1)粉芯絲I所用的粉芯原料A粉芯原料A所用各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為Ti粉(粒度-100+300目、純度 ^ 99. 9 % ) :2wt. %, Cr 粉(粒度-100+300 目、純度彡 99. 9 % ) :10wt. %, Mo 粉(粒 度-100+300目、純度> 99.9% )余量。(2)粉芯絲II所用的粉芯原料B粉芯原料B所用各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為W粉(粒度-200+300目、純度 彡 99. 9% ) :3wt. %，Cr 粉(粒度-150+300 目、純度彡 99. 9% )余量。2、粉芯絲的制備工藝
(1)按步驟1所述的各種粉末比例，分別稱取粉芯原料A、粉芯原料B所需的各種 粉末；(2)將粉芯原料A、粉芯原料B分別放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為120°C，干燥 時間為3小時；(3)利用球磨機(jī)分別混合粉芯原料A、粉芯原料B，使粉芯原料A、粉芯原料B分別 形成組分均勻的混合粉末；(4)采用厚度為0. 25mm、寬度為12mm的純Ni帶包裹球磨混合后的粉芯原料A，形 成粗粉芯絲材I，粉芯原料A在粗粉芯絲材I中所占的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45wt. % ；(5)采用厚度為0. 25mm、寬度為12mm的純Ni帶包裹球磨混合后的粉芯原料B，形 成粗粉芯絲材II，粉芯原料B在粗粉芯絲材II中所占的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為45wt. % ；(6)利用制備粉芯絲的機(jī)械裝置，依次經(jīng)Ni帶軋制成槽形、加入粉芯原料、軋制成 0形再拔絲減經(jīng)等工序而形成粉芯絲I、粉芯絲II成品絲材，成品粉芯絲I、粉芯絲II的直 徑為2. 8mm ；(7)將成品絲材粉芯絲I、粉芯絲II分別繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲。3、制備鍋爐管耐高溫氯腐蝕熔覆層在鍋爐管外表面制備熔覆層的工藝為已有技術(shù)，其原理與申請?zhí)枮?200910093083. 2的發(fā)明專利申請相同。采用氬弧熔覆法在鍋爐管外表面制備耐高溫氯腐 蝕熔覆層。實(shí)施氬弧熔覆工藝時，需保證粉芯絲I、粉芯絲II并行送至氬弧束作用區(qū)域，且 粉芯絲I、粉芯絲II的送絲速度相同。圖1為采用氬弧熔覆法所制備的具有耐高溫氯腐蝕 熔覆層過熱器管照片，過熱器管基材為TP347H。圖2為熔覆層斷面照片，熔覆層厚度約為 1. 05mmo
權(quán)利要求
一種用于在鍋爐管外表面制備耐高溫氯腐蝕熔覆層的雙粉芯絲，其特征在于，雙粉芯絲由粉芯絲I和粉芯絲II組成，利用等離子弧或氬弧熔覆法，在鍋爐管外表面同時熔覆具有相同送絲速度的粉芯絲I和粉芯絲II，在基體表面形成由Ni Cr Mo Fe Ti為主相的熔覆層，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合；熔覆層中，Cr的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20 26wt％，Mo的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為13 17wt％，Ni的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40 60％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙粉芯絲，其特征在于，所述的粉芯絲I由純Ni帶外皮和粉 芯原料A組成；所用的粉芯原料A中，各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為Ti粉2-4wt. %, Cr 粉10-1 Iwt. %，Mo粉余量；利用純Ni帶包裹粉芯原料A，形成粉芯絲I ；粉芯絲I中粉 芯原料A的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙粉芯絲，其特征在于，所述的粉芯絲II由純Ni帶外皮和 粉芯原料B組成；所用的粉芯原料B中，各種粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為W粉3-6wt. %,Cr 粉余量；利用純Ni帶包裹粉芯原料B，形成粉芯絲II ；粉芯絲II中粉芯原料B的質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)為40-50%。
全文摘要
一種用于在鍋爐管外表面制備耐高溫氯腐蝕熔覆層的雙粉芯絲，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。雙粉芯絲由粉芯絲I和粉芯絲II組成，利用等離子弧、氬弧熔覆法，在鍋爐管外表面同時熔覆具有相同送絲速度的粉芯絲I和粉芯絲II，在基體表面形成由Ni-Cr-Mo-Fe-Ti為主相的熔覆層，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合；熔覆層中，Cr的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-26wt％，Mo的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為13-17wt％，Ni的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40-60％。利用等離子弧、氬弧熔覆法，在鍋爐管外表面同時熔覆粉芯絲A和粉芯絲B，可形成厚度大于500μm的耐高溫氯腐蝕熔覆層，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合。優(yōu)點(diǎn)在于，突破了現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)所存在的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低、涂層厚度一般小于500μm、涂層存在孔隙率等局限性。
文檔編號C23C24/10GK101914766SQ20101023332
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者劉宗德, 袁偉 申請人:華北電力大學(xué);北京華電納鑫科技有限公司