700℃超超临界火电机组备选材料GH3625的熔盐腐蚀

作者：admin 发布时间：2024-12-16 16:22点击：

今后一段时间内，火力发电仍将继续作为我国电力的主体能源。然而，火力发电存在CO₂排放量大、效率低下等明显缺点。为了应对这些挑战，600℃超临界锅炉机组应运而生，并且在技术进步的推动下，700℃超超临界火电机组的研发计划也被提出。这一计划将蒸汽机组的参数要求从原来的600℃、25 MPa提高到了700℃、35 MPa，使得“锅炉四管”所承受的温度与压力也随之增加。同时，这些管道在工作过程中还会面临硫酸盐、氯化盐等熔盐的热腐蚀，以及SO₂、H₂S等气体的高温烟气腐蚀。
面对更高的使用参数，对锅炉材料的高温性能提出了更高要求。原600℃超临界锅炉机组材料已无法满足需求，因此镍基高温合金GH3625因其卓越的高温力学性能和优异的高温耐蚀性能，成为了700℃超超临界火电机组的备选材料之一。
近年来，国内关于高温合金在高温环境下的服役行为研究日益增多。其中，马原俊等人的研究揭示了GH3625合金在不同介质下的腐蚀速率差异，Artur等人则研究了Inconel 625合金在不同温度下的高温氧化行为，张洁等人则发现了Inconel 625合金在特定环境下的腐蚀层形成现象，而Mahmood等人则关注了增材制造Inconel 625合金的高温腐蚀行为。尽管这些研究涵盖了高温氧化和高温气氛腐蚀等方面，但针对GH3625合金的高温熔盐腐蚀报道相对较少。
因此，本文以GH3625合金为研究对象，以75%Na₂SO₄-25%NaCl熔盐环境为腐蚀环境，深入研究了GH3625合金的高温熔盐腐蚀行为。研究发现，GH3625合金在熔盐中的腐蚀过程是一个氧化膜形成-破坏-再形成的循环过程。其中，主要氧化产物包括Cr₂O₃、NiO和NiCr₂O₄。由于NiO的生长速度相较于Cr₂O₃更快，且NiCr₂O₄是在Cr₂O₃氧化膜形成前产生的，因此早期氧化层结构为中间层为Cr₂O₃，表层为NiO和NiCr₂O₄。
此外，研究还发现GH3625合金在腐蚀过程中，氧化膜的形成与溶解存在相互竞争的关系。其中，Cr₂O₃氧化层的溶解与剥落主要与介质中的Cl⁻离子和Na₂O有关。这会导致氧化膜疏松剥落，但同时基体中的Cr又会向外扩散以形成新的Cr₂O₃氧化层。因此，在熔盐腐蚀的后期阶段，合金基体会在表层形成贫Cr区。
最后，本文得出了以下结论：GH3625合金的组织为晶粒内部带有大量孪晶的奥氏体等轴晶；在75%Na₂SO₄-25%NaCl熔盐中，其平均增重速率由最初的0.86 mg/cm²/h降低至0.16 mg/cm²/h，呈现出“两级”增重规律；腐蚀16小时后便形成了相对完整的腐蚀层，主要腐蚀产物与腐蚀80小时后的产物相同；腐蚀80小时后，由合金最外层至基体内部的结构依次为尖晶状NiO、片层状NiCr₂O₄、相对致密的Cr₂O₃氧化层、带有孔洞的“蜂窝”状Ni₂S₃硫化层以及基体贫Cr层和合金基体。整个腐蚀过程为氧化膜形成-腐蚀-再形成的循环过程，其中氧化膜的腐蚀过程主要为Cr₂O₃与Cl⁻和Na₂O的反应。

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