【doc】加氧水处理应用于直流炉之基础研究（Ⅱ）：溶解氧对汽机材料抗腐蚀之影响

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【doc】加氧水处理应用于直流炉之基础研究（）：溶解氧对汽机材料抗腐蚀之影响【doc】加氧水处理应用于直流炉之基础研究（）：溶解氧对汽机材料抗腐蚀之影响加氧水处理应用于直流炉之基础研究（）：溶解氧对汽机材料抗腐蚀之影响东方锅炉2003年第l期37加氧水处理应用于直流炉之基础研究(II)溶解氧对汽机材料抗腐蚀之影响日本加氧水处理委员会摘要要把加氧水处理用于日本火电机组的直流炉,首先,必须搞清楚溶解氧对于低压汽机材料的抗腐蚀影响.就溶解氧对于LP转子,叶片材料的应力腐蚀裂纹(SCC)和腐蚀疲劳(cF)方面之

2、影响,加氧水处理委员会进行了研究.研究发现,AVT方式9o的加氧水条件下,应力腐蚀裂纹(SCC)敏感度不受AVT和加氧水处理之间的水质影响,而且,GE型3.5NiGrMoV钢和GE型12Cr钢的CF试验结果表明,AVT和加氧水处理之间的腐蚀疲劳并没有差别.在3.5NiGrMoV和12Cr钢CF试验中,相同应力水平之下,经过10加循环次数后,12CrMoV,12GrNiMoV及17-4PH钢不会产生裂纹.LP汽机材料的应力腐蚀裂纹(SCC)和腐蚀疲劳(CF)试验表明,AVT和加氧水处理之间并没有差别.I'刚舌为了设法抑制火电机组因附垢而引起的锅炉压差的上升,延长锅炉化学清洗间隔时间,曾有

3、人提出一个把水处理从现行的挥发性物质处理(AVT:ALLVolatileTreatment)(注.,改为加氧水处理的方案.但是,要把加氧水处理用于日本的直流炉,就需要进一步弄清楚结垢的减少效果,抑制压差上升的效果,对汽机材料的影响以及DSS(每日起停),WSS(周未起停)运行时的加氧水处理条件.加氧水处理委员会为了弄清楚上述课题,尽快使加氧水转入实用,就以下三个方面进行了综合试验和研究:(1)在高温水中,加氧水对锅炉管的腐蚀性影响.(2)加氧水对汽机材料的应力腐蚀裂纹(SCC)和腐蚀疲劳(CF)之影响.(3)对国外采用加氧水处理机组之运行状态的评价,以及日本机组采用加氧水处理的暂行运行方针.上

4、次的报告阐述了加氧水对于锅炉管耐腐蚀性的影响效果.报告中提到,加氧水处理比AVT更能防止锅炉给水系统的腐蚀,抑制锅炉垢的生成,以及抑制锅炉的压差.作为确认锅炉机组长期完好特性的环节之一,又在加氧水处理的联合水处理(CWT:CombindeWaterTreatment),中性水处理(NWT:NeutralWaterTreatment)以及AVT条件下,进行了应力腐蚀裂纹(scc)试验和腐蚀疲劳(CF)试验.本报告针对加氧水处理对于汽机材料的腐蚀性影响,在与AVT比较之后,进行了讨论和评价.(注1)AVT-一种只添加氨,联氨及挥发氨等挥发性物质,调整锅炉水或给水的pH值及脱氧之水处理方法.(注2)

5、CWT:一种以调整给水的pH值为目的,通过添加微量氨,再添加微量的氧或过氧化氢,作为氧化剂,在钢的表面生成Fe304(四氧化三铁锈层)和溶解度极低的Fe203(三氧化二铁)保护膜之防腐水处理方法.(注3)NWT-一种往中性的高纯度给水中添加微量的氧化氢,作为氧化剂,并通过氧化作用,在钢的表面形成四氧化三铁锈层和溶解度极小的三氧化二铁锈层保护膜,以防腐之水处理方法.(注4)CFRT:一种给试样一定的变形速38东方锅度以增加负荷方法,即强制性破坏试样表面膜,使新生金属面在腐蚀环境下显露出,以促1.1试样的化学成分和试样的形状这次研究把现行火电设备的汽轮机转子进新生金属面的溶解,并使之产生应力腐蚀裂

6、材料作为试样,试样的化学成分见表1,机械纹(SCC)Z试验万.特住见表2.1试验方法表1试验材料的化学成分化学成分(%)钢种CSiMnPSNiCrMOVCu转3.5%NiCrMoVO.230.07O.26O.O09O.oo93.651.65O.45O.15O.o9子钢GE型材3.5%NiCrMoVJ料钢WH型O.260.07O.3OO.OO5O.O023.3O1.540.35O.o912%Cr钢GE型O.130.33O.660.0210.0040.46l1.35O.O20.04O.03动12Cr钢GE型O.14O-390.47O.O2O.O020.491l-660.400.04O.03叶材12

7、%CrMoV钢O.19O.38O.730.014o.O010.4410.79O.95O.2O0.O2料12%CrNiMoV钢O.1OO.2lO.7O0.013O.O022.5811.161.16O.3o17.4PH钢O.O43O.240.400.O250.0044.2315.533.36表2试验材料的机械性能拉伸试验破坏韧性冲击试验】O.O2%O.2%钢种温度抗拉强度延伸率断面收缩率Jlc冲击值断口过渡温屈服强度屈服强度Kg/mm%Kg,mmKg.mJcm2度Kg,mmKg,mm3.5%NiCrMOV转室温74.177.388.517.O69.830.511.14一3.O钢GE型子9070.7

8、74.084.116.768.724.4(2O)3.5%NiCrMOV材室温82.187.799.517.571.627.328.5l03钢WH型料9O75.283.494.216.572.236.6(25)12%Cr钢GE型室温62.966.478.52l_O72.225.723.59O59.563.272.619.275.235.O(2O)712%Cr钢WH型室温56.264.179.419.O71.338.325.O动9052.461.575.218.273.O44.2(2O)24.O叶12%CrMoV钢室温77.989.31O6.516.554.417.15.9材9O73.O85.31

9、02.017.556.121.5(2O)2612%CrNiMoV钢室温88.7lO6.1121.916.470.745.428.54料9087.8101.8116.315.573.445.2(4)5817-4PH钢室温37.364.497.017.770.843.724.4O9034.464.990.717.968.942.6(2O)149转子材料使用3.5%NiCrMoV钢的WH类的试验材料.型,以及GE型的1个钢号2个种类的试验材用于SCC试验的恒定变形速度抗拉应力料;动叶使用12%Cr钢的WH型和GH型,腐蚀裂纹(SCC)试样(CERT:ConstantI2CrMoV钢以及17-4PH钢

10、的4个钢号5个种ExtensionRateTest),恒定荷载抗拉应力东方锅炉2003年第1期39腐蚀裂纹(SCC)试样,以及双u形弯头应力腐蚀裂纹(SCC)试样的形状分别见图l(a).(c),用于CF试验的试样形状见图2.1.2SCC及CF试验SCC及CF试验的试验环境条件见表3.实验环境为:AVT(pH=9.5,DO7lag,1);联合水处理CWT-1(pH=8.5,溶解氧(Do)=50lag/1):CWT?2(pH=8.5,DO-200lag/1):中性水处理NWT(pH=7.0,DO=50lag/1).另外,为了研究氯离子之影响,也在AVT+C1(AVT+500lag/1C1)以及CW

11、T1+C1(CWT-1+500IIg/lC1)条件下进行了试验.在这次试验中,首先考虑的是第3,4段LP最终段(约3o一8O左右)的温度,而不是动叶材料的应力腐蚀裂纹(SCC)成为问题的LP最终段的温度,另外,为了适当加快试验进度,试验温度确定为9o.表3SCC及cF试验的试验条件试验条件温度PHDoCI离子AVl9.5±O.157ug/1AVT+C19.5±O.157ug/1500ug/1CWT.18.5±o.1550+1_25+190±1CWT.1+C18.5±O.1550+25g/1500ug/1CWT.28.5±O.15200

12、+l0ug/1NWT7.0±0.1550+_25g/1氧气ta)CERT试验H试样【b)恒定载待试验用泼样一?一i一.一75据-0一-一;一一一(:)一,./;5701;(c)双u型弯试验用试样图1用于应力腐蚀裂纹(scc)试验的试样形状.图2用于腐蚀疲劳试验的试样形状.1.2.1恒定变形速度抗拉应力腐蚀裂纹(SCC)试验(CERT)恒定变形抗拉应力腐蚀裂纹(SCC)试验图3恒定变形抗拉应力腐蚀裂纹(scc)试验装置的亩l程图.东方锅炉2003年第l期f1.2.2恒定载荷抗拉应力腐蚀裂纹曲试样进行浸渍后,再做应力腐蚀裂纹(SCC)f(SCC)试验试验,试验时间为3000h.和CERT

13、试验一样,在水质保持一定的试1.2.4腐蚀疲劳试验1验水溶液中,给试样加规定的载荷进行应力腐和CERT试验一样,在保持了一定水质的蚀裂纹(SCC)试验.此外,复合应力为O.75试验槽内,通过超声波震动装置给试样反复加6Y(6Y:屈服应力值),试验时间为3000h.载荷,进行高周期腐蚀疲劳(CF)试验,见图1.2.3双u形弯头SCC试验2.超声波腐蚀试验装置的概略图见图4,振动在恒定载荷抗拉应力腐蚀裂纹(SCC)试频率为15Hz.验的回路中,对具有一定弯曲变性的双u形弯l1c0n计口冈子交朝南油蝎II口I一I换-.p雌树曰lDo日腊l广气一体件贮振幅扩大喇叭冷.L一槽却'lYII器试样-

14、U予试验槽一i:'热器循环泵密封罐-图4腐蚀疲劳试验装置的流程图2试验结果2.1.1CERT试验2.1scc试验CERT试验见表4.表4恒定变形速度抗拉应力腐蚀裂纹(SCC)试验的结果试验环境AVTAVT+ClCWT.1CWT.1+ClCWT.2NWT条件SC最大断裂延SCC最大断裂延SCC最大断裂延最大断裂延最大断裂延最大断裂延C强度伸率强度伸率强度伸率SCCSCCCC强度伸率强度伸率强度伸率种K枷m%Kgf/mm%KgFmm%Kgf/mm%lnm%N00,281.114.90,280j12.9081.614.0076.8l4.2钢GE型%NC钿钢,III型0,292.016.10/

15、289.715.20,292.514.90,290.9l4.80陀90.015.00陀91.1l5I2%D钢a基0,27l-4l5-40,273.816.00,272.416.10,273.115.607l-715.7074.2l5-71'e/dr钢僵I型0/270j15.80,269.915.3071.216.0068.7l3-4l2%C钿V0/298.114.50,299.614.00,2lO0jl1.80/2101.014.901013l4-90101jl4.4婀扼M0,4113.1l4j0ll4.6l80,4112.714.20,2112.9l4.50/4113315.00/4

16、ll2.114.6霸钢0,29l-415.00,291.8l5.50,289.514.10/292.3l5.2089.8l40087.114.1转子材料1个钢号2个种类,以及动叶4个钢好5个种类在所有的试验环境条件下'均II东方锅炉2003年第1期4l未出现最大强度,断裂延伸率等机械性能降低的现象,应力腐蚀裂纹(SCC)断口率为O%,没有应力腐蚀裂纹(SCC)产生的迹象.另外,该CERT试验的变形速度为4.2×10'7/S,和汽机转子材料所进行的应力腐蚀裂纹(SCC)试验之其他研究报告相比,要小得多,可以看作是腐蚀环境中材料之应力腐蚀裂纹(SCC)敏感性.从该试验的结

17、果可以看出,没有因AVT,OWT,NWT以及添加CL离子的环境条件之差异而引起的应力腐蚀裂纹(SCC)敏感性差异.2.1.2恒定载荷应力腐蚀裂纹(SCC)的试验结果恒定载荷应力腐蚀裂纹(SCC)的试验结果见表5.转子和动叶的所有试验材料经过3000h试验后,均未出现应力腐蚀裂纹(SCC),无论在AVT,OWT.1,OWT.2以及NWT的任何环境之下,都没有发现产生力腐蚀裂纹(SCC)的征兆.另外,该恒定试验中的附加应力0.756Y比设计目标的最大应力值大,加速试验做得很充分.表5J恒定载荷应力腐蚀裂纹(scc)的试验结果CWT.负荷应力试验环境条件ALvTCWT.2NW,I(Kg/mm21)i

18、CEVIoV钢a垂0Ir20,2l20,257.9QM_0V钢WH垂0,20,262.612%Cr钢GE型0,2l20,2l249.812%Cr钢wH型0,2O,246.112%CrMoV钢0,20,264.012%NiCrMoV钢|A|AO,20,278.117.4PH钢0,2248.6分子:产生SCC的试样分母:试样一符号:无试验2.1.3双U型弯头应力腐蚀裂纹(SCC)试验双u型弯头应力腐蚀裂纹(SCC)试验结果见表6.表6双U型弯头应力腐蚀裂纹(SCC)试验结果试验环境条件AVTAVT+C1CWT.1CWT.1+C1CWT.2NWT$.SNiCrMoV钢CE型有(8,8)有(8,8)有

19、(8,8)微小(4/8)3.SNICrMoV钢WH型无(0/8)无(0/8)有(1/8)无(0/8)无(O,8)无(0/8)12%Cr钢GE型无(0,8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)12%Cr钢WH型无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)12%CrMoV钢无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)12%N|CrMoV钢?无(0/16)无(0/8)无(0/16)无(0/8)有(5/8)小(3/16)微小(4/8)17-4PH钢无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(0/8)无(O,8)无(0/8)分子:产生裂纹的

20、试样数.分母:全部试样数.有:在30100下观察到的裂纹.微小:在500下观察到的裂纹.一符号:无试验.t符号:在别的试验中做试样时观察到细小的裂纹.就转子材料的3.5NiCrMoV钢一CE型而言,在ATV,OwT.1以及owT.2环境中,所有的材料(每种8根)都有裂痕,而在NWT环境中,8根中有4根出现了要用500倍的倍率显微镜才能观察到的细小裂痕.另外,3.5NiCrMoV钢一WH型在AVT,OWT.2,NWT,AVT+CL以及owT-I+CL环境下未出现裂纹,和CWT.I+CL环境相比,只是在腐蚀作用弱的OWT.1环境中,8根中才有l根出现裂纹.动叶材料中,12%Cr钢(GE型及WH型)

21、,12%CrMoV17-4PH钢无论是在添加了CL的环境,还是在任何别的环境,都不会产生裂纹.但是,动叶材料中,强度最高,延伸率最小的12%CrNiMoV钢在AVT,AVT+CL,wT.1以及wT.I+CL环境中,未发现裂纹,和OWT.I+CL相比,在普遍认为腐蚀作用弱的NWT中,16根中却有3根出现了细小的裂纹;42东方锅炉2003年第1期在OWT.2环境中,8根中有4根在500倍显微镜下观察到细小的裂纹.所谓双U形弯头试验方法,乃是把平板的试样叠成2层,通过弯曲加工,给予一定的抗拉变形而形成间隙的应力腐蚀裂纹(SCC)加速试验方法.2层u型弯曲试验方法的内侧试样和外侧试样相比,腐蚀条件恶劣

22、,故该试验把接触间隙部分的内侧试样作为评价的对象.u型弯头试样的圆周部分的全变形量,在试样的厚度(T)ZU弯头试验部分的半径(R)时,全变形量的近似值=T/2R.用于该试验的内侧试样形状不能完全满足TZR的条件,然而,即使TZR,倘若上一个公式成立,通过计算,则全变形量约为13%.该双u型弯头试验的变形量约13%,与之相对,3.5%NiMoV钢的抗拉断裂延伸率为17%;12%CrNiMoV钢的抗拉断裂延伸率为16%左右,其试验条件是相当恶劣的.为了查清该实验中产生裂纹的原因,在氩气中做了3000h双u形变头的应力腐蚀裂纹(SCC)试验.对于3.5%NiCrMoV钢和l2%CrNiMoV钢,在试

23、验前后使用扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面发现,试验前已经存在细小的裂.纹.很明显,这种裂纹在惰性氩气环境中不会扩展.从该结果可得知,3.5%NiCrMoV钢和12CrNiMoV钢上面出现的裂纹是在加工试样过程中,即进行u型加工时产生的裂纹,这种裂纹还在腐蚀环境中扩展.因此,在该双u型弯头试验中产生了裂纹的3.5%NiCrMoV钢及12%CrNiMoV钢,在腐蚀作用最大的添加了CL的环境中,并没有产生裂纹,从而可以认为裂纹并非是由环境的差异引起的,而是应力过大造成的.另外,对于其他的试验材料,无论在什么样的环境下,都不会产生裂纹,可以说不存在因环境造成的显着差异.2.2腐蚀疲劳(CF)试验

24、3.5%NiCrMoV钢和12Cr钢的腐蚀疲劳(CF)试验结果分别见图5和图6.东方锅炉2003年第1期年3月.【8】曾凡林,林洪书,锅炉三通和弯头的热弹塑性一蠕变三维有限元应力分析,东方锅炉研究报告,1993年1O月.【9】清华大学工程力学系固体力学教研组,三维组合结构有限元瞬态温度应力分析和疲劳分析,1998年l1月.【1O】张军等,锅炉高温部件应力计算分析,东方锅炉研究报告,2000年12月,本研究项目子项.【ll】西南交通大学,东方锅炉材料研究所,12Cr1MoV钢蠕变,疲劳交互作用行为研究,2000年3月,本研究项目子项.【12】林洪书等,锅炉高温部件应力分析程序研制,2001年6月,本研究项目子项.【13】陈杰富等,锅炉启动,停炉曲线制定方法及程序研制,2000年9月,本研究项目子项.【14】陈杰富等,锅炉启动