[发明专利]锅炉尾部受热面防护用铁基纳米晶复合涂层及其激光熔覆成型工艺

说明书

技术领域

本发明属于电站锅炉表面防护领域，具体是指锅炉尾部受热面防护用铁基纳米晶复合涂层及其激光熔覆成型工艺。

背景技术

我国以煤为主要一次能源的局面长期难以改变，燃煤带来的污染以及温室气体的排放是影响我国可持续发展的主要问题之一。我国燃煤种类繁多，包括褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤等，煤热值变化很大，硫含量普遍较高(含硫﹤1％的占56％，含硫1％-2％的占32％，含硫﹥2％的占12％)。因此，煤炭发电成为燃煤污染物的主要来源。发展洁净煤发电技术，提高能源利用率，提高发电效率，降低污染排放，是我国能源战略的重要方面。

燃煤锅炉的烟气中含有大量的飞灰颗粒，流动时对锅炉尾部受热面管束产生冲刷，使管壁表面受到不同程度的磨损，从而对电站锅炉的运行可靠性、安全性和经济性构成威胁。在燃煤锅炉运行中，因尾部受热面发生磨损泄漏造成的停炉事故占相当大的比例。锅炉制造厂设计时一般考虑尾部受热面工作寿命为100kh，而许多锅炉在实际运行5～20kh后，部分受热面就发生严重的磨损，发生泄漏或爆管事故。锅炉尾部受热面磨损爆管势必造成停炉检修，电厂由此而受到巨大的经济损失，因此，探索含灰气流对锅炉尾部受热面的冲击磨损机理，提出有效的防磨措施，对锅炉的安全经济运行具有重要意义。

烟气流过受热面时，其中的飞灰颗粒对受热面管壁将产生冲蚀。当灰粒相对管壁表面的冲击角较小，甚至接近平行时，灰粒主要对管壁产生冲刷磨损。此时灰粒垂直于管壁表面的分力使它楔入被冲击的管壁，而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动，两个分力合成的结果对管壁表面起到切削作用，使管壁表面金属颗粒脱离母体而流失。在大量飞灰长期反复切削作用下，管壁表面将产生磨损。当灰粒相对管壁表面的冲击角度较大，或接近于垂直时，灰粒主要对管壁产生撞击磨损。飞灰颗粒以一定运动速度撞击管壁表面，使管壁表面产生微小塑性变形或显微裂纹，在大量灰粒长期反复撞击下，逐渐使塑性变形层脱落而产生磨损。一般在锅炉受热面的磨损过程中，飞灰对受热面的冲击角度范围为0～90°，因此锅炉尾部受热面的飞灰磨损是冲刷磨损与撞击磨损的综合作用结果。飞灰磨损的速度主要取决于灰粒的烟气流速(动能)、飞灰浓度、灰粒成份、灰量等等。

锅炉管常采用的材料有20G、25MnG、15CrMoG、20MnG、15MoG、12Cr1MoVG等，现有锅炉管材料具有较高的中高温强度、含碳量较低、有较好的塑性和韧性、良好冷热成型和焊接性能，但其耐磨性能较低，无法满足锅炉安全运行的要求。为了延长锅炉管寿命，电厂必须采用成本较高的镍基合金、表面涂层技术或炉膛改造(常常会降低燃烧效率)的方法。但现有热喷涂工艺所制备的耐磨涂层存在涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm等局限性，涂层在飞灰冲蚀、交变热应力作用下易脱落，仍无法满足锅炉管同时具备耐冲蚀和耐低温硫酸露点腐蚀的综合防护要求，这是严重影响火电厂锅炉安全、经济、长期连续运行，并制约低温烟气余热回收系统大规模发展的重要原因。国家“十二五”期间将大力发展新一代大容量、高效率超临界锅炉，也迫切需要开发新型耐腐蚀的锅炉管的关键材料和制备工艺，大幅度提高省煤器管的服役寿命。

纳米晶合金具有优异的耐腐蚀性，现有热喷涂法所制备的涂层存在涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm等局限性，涂层在飞灰冲蚀、交变热应力作用下易脱落，无法满足锅炉管同时具备耐冲蚀和耐低温硫酸露点腐蚀的综合防护要求。本发明所用的激光熔覆法制备的涂层与基体结合强度高(冶金结合)、涂层厚度范围大，涂层成品率高，组织结构紧密，硬度高，耐冲蚀性能好。)制备非晶耐蚀涂层方面取得较大进展，已经广泛用于舰船、锅炉和海洋石油钻井的防护。

发明内容

本发明的目的之一是提供锅炉尾部受热面防护用铁基纳米晶复合涂层，该铁基纳米晶复合涂层能够显著增强锅炉尾部受热面的耐磨耐腐蚀性能，有效减轻余热利用过程中因锅炉尾部烟气温度低于酸露点后对受热面造成的低温磨损腐蚀，具有良好的经济效益。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：锅炉尾部受热面防护用铁基纳米晶复合涂层，其特征在于：所述铁基纳米晶复合涂层中各组分及其所占的质量百分比wt.％为：Fe：49.9-62.8，Cr：14.2-20.4，Mo：9.0-16.3，B：2.9-4.1，C：0.6-1.3，Mn：1.0-2.4，W：3.4-8.0，Si：1.0-1.9，RE：0-3.9，其中RE为稀土元素。

本发明中，所述稀土元素为Nd、La、Y或Er中的一种或两种以上的任意组合。