新型不锈钢材料耐高温氧化及耐高温KCl蒸汽腐蚀性能的研究

生物质电厂是一种重要的、绿色的可再生能源的利用设施，具有非常环保、高效的应用前景。但由于其燃料中含有大量的碱性物质，在利用焚烧生物质燃料发电过程中形成的碱金属氯化物附着在锅炉水冷壁、过热器等换热管管壁上，在高温环境下，管壁表面这些沉积盐易于形成低熔点的复合盐，使管壁发生严重的热腐蚀，限制蒸汽参数的提高，给生物质电厂造成较大经济损失。

目前，对生物燃料经常出现的NaCl、KCl蒸汽对材料高温腐蚀的影响研究已有报道，如：提出氧-氯气氛中，金属腐蚀速度主要受高挥发性金属氯化物通过氧化膜向外扩散这一步骤控制；氯可通过固溶的形式渗入保护膜，改变保护膜的晶体结构，增加腐蚀性气体在保护膜的扩散系数，从而提高了金属腐蚀速率。

合理的化学成分设计可使金属材料具有所需要的使用性能，并且有较长的使用寿命；同时，成分设计可以充分发挥金属材料的潜力，再配合适当的加工方法及热处理工艺，使金属材料具有所能达到的最佳性能；最后，在保证材料使用性能和加工性能的前提下，具有较低的原料成本和加工成本。在生物质锅炉的高温、高碱金属、高氯化物的环境条件下，过热器材料处于非常强的侵蚀性环境中，故需要对该条件下使用的材料进行专门的分析和设计。

研究人员针对生物质电厂锅炉烟气侧的高温碱性腐蚀环境，对中科院金属研究所设计、研发的4种新型不锈钢材料进行高温挂片试验，通过高温氧化动力学、高温KCl蒸汽腐蚀动力学试验定性分析新型不锈钢材料的抗腐蚀性能，并对腐蚀后的材料进行表征分析。通过与其他相关研究的材料以及常用材料TP316的性能进行比较，给出生物质电厂过热管材料选择上的一些建议与指导。试验结果表明：

（1）4种新型不锈钢材料在700℃高温氧化试验中均显示出了较好的抗氧化腐蚀性能，增重变化集中在0.05～0.50mg/cm2，优于以往的试验材料。

（2）4种新型不锈钢材料在700℃高温KCl蒸汽腐蚀试验中，ww2xx材料的增重变化最小，腐蚀程度最轻，ww3xx、ww4xx材料优于ww1xx材料，表现出一定的耐高温KCl蒸汽腐蚀性能，ww1xx材料在试验中期出现了明显的腐蚀层脱落现象，耐蚀性能相对较差。

（3）与传统的TP316材料以及高铬材料1xx、2xx相比，新型不锈钢材料在高温氧化试验和高温KCl蒸汽腐蚀试验中均显示出较大优势，目前更适合作为生物质电厂过热管材料，其优劣顺序为ww2xx＞ww3xx＞ww4xx＞1xx＞ww1xx＞2xx＞TP316。

（4）高铬、高铝含量的ww2xx材料在700℃高温KCl蒸汽腐蚀环境下形成了相对致密均匀的氧化层，阻止了KCl进一步侵蚀金属基体，单位面积质量变化范围控制在0.5mg/cm2以内，使得ww2xx材料在所有材料中表现出优良的耐高温KCl蒸汽腐蚀性能，但由于30h后出现了局部鼓包现象，能否持续表现耐蚀性能还有待进一步研究。