组织老化对<strong>P92</strong>钢在超临界水中氧化行为影响研究

doi:10.11902/1005.4537.2022.347

中国腐蚀与防护学报

2023, Vol. 43

Issue (6): 1349-1357 CSTR: 32134.14.1005.4537.2022.347 DOI: 10.11902/1005.4537.2022.347

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组织老化对P92钢在超临界水中氧化行为影响研究

於琛钧, 张天翼, 张乃强, 朱忠亮(

)

华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京 102206

Influence of Thermal Aging on Corrosion Behavior of Ferritic-martensitic Steel P92 in Supercritical Water

YU Chenjun, ZHANG Tianyi, ZHANG Naiqiang, ZHU Zhongliang(

)

Key Laboratory of Power Station Energy Transfer, Conversion and System, Ministry of Education, North China Electric Power University, Beijing 102206, China

引用本文:

於琛钧, 张天翼, 张乃强, 朱忠亮. 组织老化对P92钢在超临界水中氧化行为影响研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2023, 43(6): 1349-1357.
Chenjun YU, Tianyi ZHANG, Naiqiang ZHANG, Zhongliang ZHU. Influence of Thermal Aging on Corrosion Behavior of Ferritic-martensitic Steel P92 in Supercritical Water[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 2023, 43(6): 1349-1357.

全文: PDF(20095 KB) HTML

摘要:

实验研究了P92耐热钢的组织老化规律及其在超临界水环境中的氧化行为，讨论了微观组织老化对其腐蚀行为的影响机理。在800 ℃下进行了200和400 h的老化实验，之后在600 ℃、25 MPa超临界水环境下进行了最长1500 h腐蚀实验。利用扫描电镜 (SEM)、透射电镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD) 对金相组织、氧化膜微观形貌、物相成分等进行了分析。结果表明：组织老化特征表现为板条马氏体粗化、M₂₃C₆的析出熟化及亚晶的形成和长大。在超临界水中氧化动力学曲线均介于抛物线和立方规律之间，氧化增重随老化时间的增加而增加；氧化物主要为Fe₃O₄、(Fe,Cr)₃O₄以及Cr₂O₃；与未经老化的试样相比，组织老化后的试样更容易出现裂纹和剥落现象。

关键词 ： P92钢, 组织老化, 超临界水, 高温氧化, 氧化机理

Abstract：

Ferritic-martensitic steel P92 was themally aged at 800 °C for 200 and 400 h, respectively. Then corrosion behavior of the aged P92 steels was investigated in supercritical water at 600 °C, 25 MPa up to 1500 h. The microstructure, oxidation kinetics of the steels, morphology and phase composition of oxide scales were characterized by means of SEM, TEM and XRD. The results indicate that after thermal ageing at 800 ℃, the P92 steel presented microstructure composed of coarsened martensitic lath, Ostwald ripening of M₂₃C₆ carbides and sub-grains. Furthermore, the oxidation kinetics curves of the aged P92 steels at 600 ℃ are between parabolic and cubic curves, while the weight gain increased with the increasing ageing time. The oxide scales are composed of Fe₃O₄, (Fe,Cr)₃O₄ and Cr₂O₃. It is also discovered that there is more cracks on oxide scales of the aged steels, which led to spallation of oxide scales, whereas no signs of spallation were found on the not aged steel.

Key words： P92 steel thermal aging supercritical water high-temperature oxidation oxidation mechanism

收稿日期: 2022-11-08 32134.14.1005.4537.2022.347

ZTFLH:

TK245

基金资助:国家重点研发计划(2022YFB4100403)

通讯作者: 朱忠亮，E-mail: zhzl@ncepu.edu.cn，研究方向为电厂高温受热面材料的腐蚀与防护、高温材料性能与寿命评估

Corresponding author: ZHU Zhongliang, E-mail: zhzl@ncepu.edu.cn

作者简介: 於琛钧，男，1998年生，硕士生

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图1 P92钢析出相和基体相的质量分数与温度的关系

图2 退火态P92钢在未经时效以及经800 ℃下200和400 h时效后的SEM金相形貌

图3 析出相尺寸分布

图4 P92钢时效后微观结构TEM像

图5 碳化物的衍射斑和化学组成

图6 不同老化程度的P92钢在600 ℃超临界水环境下氧化增重与时间关系

图7 经不同时间时效处理的P92钢在600 ℃超临界水环境中氧化不同时间后的XRD谱

图8 不同老化程度P92钢在600 ℃超临界水中氧化不同时间后的氧化膜表面形貌

图9 P92钢在超临界水中氧化500 h后氧化膜截面形貌和EDS线扫

图10 P92钢在超临界水中氧化1500 h后氧化膜截面形貌和EDS线扫

图11 不同时间时效处理后的P92钢在SCW中氧化500和1500 h后各氧化层占比

图12 老化P92钢在超临界水中氧化1500 h后氧化膜表面裂纹形貌

图13 老化200 h的P92钢在超临界水中氧化1500 h后剥落区形貌

图14 老化400 h的P92钢在超临界水中暴露1500 h后氧化膜截面的裂纹形貌

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