專利名稱：一種耐高溫氯腐蝕的粉芯絲材及熔覆層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種耐高溫氯腐蝕的粉芯絲材及熔 覆層的制備方法，適用于生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐水冷壁、過熱器管耐高溫氯腐蝕用的粉芯絲及
熔覆層。
背景技術(shù)：
秸稈、稻殼鋸末等生物質(zhì)原料是目前生物質(zhì)發(fā)電鍋爐中所用的主要燃料之一。大 部分生物質(zhì)原料具有較高的氯含量，生物質(zhì)燃燒后的灰份中含有大量的堿金屬氯化物；在 一定的溫度下對(duì)水冷壁管、過熱器造成嚴(yán)重氯腐蝕，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。生物質(zhì)發(fā)電鍋爐運(yùn)行時(shí)，生物燃料中含有大量的堿金屬的氯化物和少量的硫化物 在高溫(約550°C -900°C )缺氧條件下變?yōu)轲こ砗腿刍癄顟B(tài)附著在水冷壁外表面，引起氧 化膜破壞并形成氯化物，當(dāng)氯化物與氧氣接觸時(shí)，氯被部分置換出來，強(qiáng)氧化性的氯再次腐 蝕管材，從而造成管材表面的活性氧化腐蝕。當(dāng)速度較高的高溫?zé)煔鈳ё吡烁街焕喂痰?氧化產(chǎn)物后，會(huì)導(dǎo)致水冷壁溫度劇烈波動(dòng)、較厚的氧化皮脫落，從而加劇水冷壁新暴露出來 的金屬表面的腐蝕，直到管壁因強(qiáng)度不足而發(fā)生爆管。過熱器超溫是生物質(zhì)發(fā)電廠常見的 故障，當(dāng)過熱器超溫時(shí)，即便采用耐蝕性能優(yōu)良的TP347不銹鋼材料，也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的高溫 氯腐蝕而導(dǎo)致爆管嚴(yán)重事故?；谝陨显颍枰捎帽砻嫱扛矊蛹夹g(shù)來延長水冷壁、過熱器管的高溫耐蝕壽 命。從耐蝕材料體系來看，Ni-Cr-Mo合金、Ni-Fe-Cr-Mo合金具有優(yōu)異的高溫耐氯腐蝕性 能。對(duì)于Ni-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo系合金材料，在設(shè)計(jì)中不僅考慮了耐蝕性，還要綜合考慮 高溫強(qiáng)度、成型工藝等問題，其價(jià)格非常昂貴。如采用Ni-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo系實(shí)心絲作 為熱噴涂或熔覆用絲材，一般經(jīng)過熔煉、澆注、鍛造、軋制和拔絲等復(fù)雜工序，工藝復(fù)雜，成 形困難、材料損耗率較高、價(jià)格昂貴等局限性。如采用熱噴涂法制備耐蝕涂層，存在如下局限性(1)涂層與基體為機(jī)械結(jié)合，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(shí)間后易脫落；(2)局部區(qū)域可能達(dá)不到效果。對(duì)爐膛局部區(qū)域(如爐膛邊角、流場復(fù)雜區(qū)域)難 以達(dá)到防腐效果。(3)涂層存在2-10%孔隙率，即便涂封孔劑，也易形成腐蝕通道，顯著影響整體耐 蝕性。利用等離子弧熔覆技術(shù)所制備熔覆層的優(yōu)點(diǎn)在于，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. 4-1. 5mm范圍內(nèi)選擇，可使耐蝕層在整個(gè)壽命周期內(nèi)不 脫落，從而大幅度提高耐蝕層的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫氯腐蝕的粉芯絲材及熔覆層的制備方法，適用于生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐水冷壁、過熱器管耐高溫氯腐蝕用的粉芯絲及熔覆層。突破了制備實(shí) 心絲所存在的工藝復(fù)雜、成形困難、材料損耗率較高、價(jià)格昂貴等局限性。1、配制原料所述粉芯絲中粉末原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍如下鉻粉(粒度-150+300目，純度彡99. 5 % ) :25-30wt. % ；鈮鐵合金粉(粒 度-150+300目，鈮含量50-70%，余量為鐵):l-1.5wt. 鎳鉻合金粉(粒度-100+300目， 鎳含量50-55%，余量為鉻):20-30wt. 鉬鐵合金粉(粒度-100+300目，鉬含量55-60%， 硅彡2%，S彡0. 1%，余量為鐵)余量。粉芯原料中各組分作用如下鉻是提高熔覆層材料在高溫氧化性腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕性和抗點(diǎn)蝕能力的基本元 素，同時(shí)，隨鉻含量的提高，熔覆層的抗沖蝕能力增強(qiáng)；鉬的作用是增加合金的鈍化能力，使 熔覆層材料的鈍態(tài)穩(wěn)定性和抗點(diǎn)蝕能力大大提高，顯著提高熔覆層材料的耐局部腐蝕和耐 氯化物晶間腐蝕(SCC)的性能；鎳的作用是提高熔覆層材料耐高溫氧化性和還原性介質(zhì)中 的耐蝕性；鈮的作用是通過形成NbC等形式的碳化物而取代鉻的碳化物，從而避免晶界鉻 的碳化物形成帶來的鉻貧化，提高熔覆層材料的抗晶間腐蝕性能。粉芯原料中，采用鉬鐵合金粉、鎳鉻合金粉、鈮鐵合金粉的目的是降低原材料成 本。2、制備粉芯絲的工藝(1)按步驟1所述的各種粉末比例，稱取粉芯原料所需的各種粉末；(2)將粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為100-120°C，干燥時(shí)間為2_3小 時(shí)；(3)利用球磨機(jī)混合粉芯原料，形成混合粉末，混料時(shí)間為3-4小時(shí)；(4)采用厚度為0. 2-0. 35mm、寬度為10_16mm的00Crl7Nil3Mo2不銹鋼帶包裹球 磨混合后的混合粉末形成粉芯絲，使粉芯絲中混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為38-50wt. %。所述 粉芯絲制備技術(shù)為已有的成熟工藝，具體步驟包括利用制備粉芯絲的機(jī)械裝置，依次經(jīng)不 銹鋼帶軋制成槽形、加入混合粉末、軋制成0形再拔絲減徑等工序，得到成品絲材粉芯絲， 粉芯絲的直徑為2-3mm ；(5)將成品粉芯絲材繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲。3、制備熔覆層工藝在經(jīng)過表面除銹處理后的水冷壁、過熱器管金屬基體上制備耐高溫氯腐蝕熔覆 層。在鍋爐管外表面制備熔覆層的工藝為已有技術(shù)，其制備與申請(qǐng)?zhí)枮?00910093083. 2的 發(fā)明專利申請(qǐng)相同。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括通過粉芯絲材的成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，使粉芯絲材中的鐵元素的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)達(dá)35%以上，從而有效降低原材料成本。


圖1為PWM500等離子熔覆設(shè)備電源照片。圖2為等離子熔覆照片，等離子槍1，水冷壁管2。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例采用國產(chǎn)被動(dòng)式拔拉式藥芯焊絲機(jī)制備粉芯絲，利用等離子熔覆法在水冷壁管外 表面制備耐高溫氯腐蝕熔覆層。1、粉芯絲中粉末原料組分鉻粉(粒度-200+300目，純度彡99. 5% )鈮鐵合金粉(粒度-200+300目， 鈮含量70%，余量為鐵)1. 5wt. 鎳鉻合金粉(粒度-200+300目，鎳含量50wt. %，余量 為鉻)25% ；鉬鐵合金粉(粒度-200+300目，鉬含量60%，硅< 2%，S < 0. 1%，余量為
鐵)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，稱取粉芯原料所需的各種粉末；(2)將粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為110°C，干燥時(shí)間為3小時(shí)；(3)利用球磨機(jī)混合粉芯原料，形成混合粉末，混料時(shí)間為4小時(shí)；(4)采用厚度為0. 25mm、寬度為IOmm的00Crl7Nil3Mo2不銹鋼帶包裹球磨混合后 的混合粉末形成粉芯絲，使粉芯絲中混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為42wt. %。所述粉芯絲制備 的具體步驟包括利用制備粉芯絲的機(jī)械裝置，依次經(jīng)不銹鋼帶帶軋制成槽形、加入混合粉 末、軋制成0形再拔絲減徑等工序，形成成品絲材粉芯絲粉芯絲的直徑為2. 8mm ；(5)將成品粉芯絲材繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲。3、等離子熔覆工藝在經(jīng)過表面除銹處理后的15CrMoG水冷壁管(其直徑為60mm、管壁厚5mm)外表面 制備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(qǐng) 號(hào)為200910093083. 2的發(fā)明專利申請(qǐng)相同。制備熔覆層設(shè)備主要由等離子弧焊機(jī)及焊槍(型號(hào)PWM500)、控制等離子弧焊槍 作直線運(yùn)動(dòng)的絲杠裝置、控制鍋爐管做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置、管內(nèi)水冷裝置 和熔覆工作臺(tái)等部分組成。主要工藝參數(shù)為等離子槍熔覆電流為160A，等離子槍直線運(yùn)動(dòng)速度為lOmm/min，鍋爐管外徑處 的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為4mm/s ；擺動(dòng)器的頻率為80次/min ；粉芯絲的速度為9mm/s，非轉(zhuǎn)移弧離 子氣的流速為0. llL/min，保護(hù)氣體的流速為3. 5L/min ；從而形成連續(xù)螺旋搭接熔覆的 Ni-Fe-Cr-Mo系耐蝕熔覆層，熔覆層平均厚度為800 μ m。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫氯腐蝕的粉芯絲材及熔覆層的制備方法，其特征在于，工藝步驟為(1)配制原料所述粉芯絲中粉末原料的質(zhì)量百分為鉻粉25-30%，鈮鐵合金粉1-1. 5% ；鎳鉻合金粉20-30% ；鉬鐵合金粉余量。(2)制備粉芯絲的工藝1)按步驟1所述的各種粉末比例，稱取粉芯原料所需的各種粉末；2)將粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為100-120°C，干燥時(shí)間為2-3小時(shí)；3)利用球磨機(jī)混合粉芯原料，形成混合粉末，混料時(shí)間為3-4小時(shí)；4)采用厚度為0.2-0. 35mm、寬度為10_16mm的OOCr 17Ni 13Mo2不銹鋼帶包裹球磨混 合后的混合粉末形成粉芯絲，使粉芯絲中混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為38-50% ；5)將成品粉芯絲材繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲；(3)制備熔覆層在經(jīng)過表面除銹處理后的水冷壁、過熱器管金屬基體上制備耐高溫氯腐蝕熔覆層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鈮鐵合金粉中鈮含量50-70wt.%, 余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鎳鉻合金粉中鎳含量50-55wt.%, 余量為鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鉬鐵合金粉中鉬含量55-60wt.%, 硅彡2%, S^ 0. 1%，余量為鐵。
全文摘要
一種耐高溫氯腐蝕的粉芯絲材及熔覆層的制備方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。工藝為配制原料鉻粉25-30％，鈮鐵合金粉1-1.5％；鎳鉻合金粉20-30％；鉬鐵合金粉余量。制備粉芯絲將粉芯原料放入干燥箱中干燥，利用球磨機(jī)混合粉芯原料，形成混合粉末，采用厚度為0.2-0.35mm、寬度為10-16mm的00Cr17Ni13Mo2不銹鋼帶包裹球磨混合后的混合粉末形成粉芯絲；將成品粉芯絲材繞制在繞線軸上，形成盤狀纏繞的粉芯絲；制備熔覆層在經(jīng)過表面除銹處理后的水冷壁、過熱器管金屬基體上制備耐高溫氯腐蝕熔覆層。優(yōu)點(diǎn)在于，突破了制備實(shí)心絲所存在的工藝復(fù)雜、成形困難、材料損耗率較高、價(jià)格昂貴等局限性；并從而有效降低原材料成本。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102134694SQ20111009719
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉宗德 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)