电站锅炉15CrMo钢管的腐蚀行为研究

周 闯，蒲建业

（中电投东北能源科技有限公司，辽宁 沈阳 110179）

当今世界各国所用的内耐热性钢材料以15CrMo钢为主。15CrMo钢与20g钢相比，其钢结构更具有一定力学特征，具有很好的可焊接性，在350℃～400℃之间，其材料会产生较高的持久性与蠕变能力，因此，这种材料的腐蚀速度相对缓慢，因此，所使用的寿命也会延长，同时，也有很好的发展前景[1]，锅炉管道广泛采用15CrMo材质的管子做受热面，在一定条件下存在酸腐蚀的情况，经过不同热处理方式后酸腐蚀速率发生明显变化。

1 基本性能及化学成分

15CrMo钢材料，属于珠光耐热性，并在钢材当中加入金属元素铬及钼，形成一种合金元素，这种合金元素可以在金属表面形成一种致密的氧化膜，从而使15CrMo钢材料提高抗氧化性，从而阻止了石墨的化学反应。

15CrMo钢的化学成分见表1，15CrMo钢的力学性能见表2。

2 焊接性

15CrMo钢材料的焊接性能与地合金钢材结构相类似。因在钢材料当中加入很多铬、钼合金元素，致使碳当量大大增长，钢材料的淬硬倾向方向大涨，从而提高焊接焊接处的区域硬度，很容易产生冷钢材焊接裂痕。由于钢材的母材与焊接当中，金属碳及合金元素的含量产生一定的差异性，当滞后相变的母材焊接热处理区域发生奥氏体并转向马氏体时，将氢以过饱和状态出现在于马氏体当中，会导致氢致的产生。当合金金属元素与焊接金属的含碳量相互比较时，就有可能使母材料的热焊接处理先于焊接，并发生较大的改变，氢就会从热影响区域向着焊接区域进行扩散，使在焊接缝当中的氢处于饱和状态。在焊缝进入冷却之后，转变为马氏体组织，焊接的裂缝处就会通过热影响区域向焊接裂缝进行扩散，使金属焊接裂缝当中的氢处于饱和状态。当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。因此在焊接时应进行焊前预热，焊后热处理[2]。

3 腐蚀试验研究

3.1 热处理工艺

对15CrMo钢的组织形态经过变形处理后，组织结构的腐蚀性能发生改变，并同时受到影响。

首先，对15CrMo钢的管材进行手工切割，并将其据成较小的试验样品，对钢材料的样品重新进行热处理，所处理的方式以电阻炉工艺为主，电阻炉的型号为SX-4-10。所进行的热处理工艺如下曲线图所示，如图1。将试验样品加热到950℃，并将其保温至1.5h，在进行淬火工艺及空冷和随炉冷却。

图1 热处理工艺曲线

3.2 金相检验

不同热处理条件下的15CrMo钢的金相照片如图2。

15CrMo钢管的原始组织结构为铁素体+珠光体。如下图显微镜下照片可以看出，在金属材料淬火工艺下，钢材料结构以马氏体结构为主，在空冷的条件下，钢结构组织呈现出块状的分布情况，并且钢表面会出现少量的的针状铁素体及颗粒状贝氏体，同时，钢材料在冷炉条件下，其组织会出现珠光体及铁素体。

表1 15CrMo钢的化学成分

表2 15CrMo钢的力学性能

图2 15CrMo钢不同热处理条件下的组织

3.3 显微硬度测试

本次的钢材料样品测试以维氏显微进行硬度测试。其钢材料的压头状态呈现出一种椎体形状，并且，将这种椎体形状进行测量，其夹角均为136°。该维氏的的硬度公式计算为：

式中，F为施加在压头上的载荷；d为压痕的对角线长度[2]。

在钢材料样品到年中，按照金相试验进行一系列的工艺，例如抛光、打磨、腐蚀，在进行试验管径方向由外到内的硬度进行测试，其试验结果如下图3所示。

图3 显微硬度分布图

3.4 腐蚀试验

根据金属在单位面积上和单位时间内失去的重量，作为评定金属腐蚀速度的一个指标，即称为失重法。在对金属测量的腐蚀程度进行一种检测时，一般施工的方法为失重法测量，因其这种方法主要将测试的金属样品经过表面处理共组，例如磨平、除污等，精准的对金属表面进行测量，并在一定的温度内，保持相同压力进行搅拌，同时，将试验样品放在此媒介内，放置一定时间（t）将介质内的试验样品驱逐，冰洁进行冲洗处理，经过处理后，要去表面所附着的污物，并对其重新进行称重、除去附着腐蚀产物后重新称重。据腐蚀前后的重量差算出腐蚀速率（υ）：

失重法测定的是平均腐蚀速率。其优点是简便易行，缺点是腐蚀速率低的场合下，测量所需时间过长[3]。试验结果如图4，图5。

图4 硫酸浓度对腐蚀速率的影响图（70℃，3h）

图5 温度对腐蚀速率的影响（40%，3h）

3.5 试验结果分析

（1）从上图可以看出，15CrMo钢在硫酸浓度较低时，各组织的腐蚀速率较高。硫酸浓度越高，腐蚀速率越低。这主要是因为硫酸在低浓度下主要呈酸性，导致氢的去极化，加剧腐蚀。在高浓度下，主要是氧化作用，使金属表面钝化，降低腐蚀速率。当硫酸浓度为30%左右时，腐蚀速率最高。

（2）由图9可以看出，随着温度的升高，各种组织的腐蚀速率也都随着增大。

（3）15CrMo钢在硫酸中的各种结构的腐蚀速率为：珠光体+铁素体＞+贝氏体＞马氏体。其中，马氏体抗硫酸腐蚀能力最强。

4 结论

由于锅炉燃烧产生的的废气中含有大量的腐蚀性气体，使得锅炉在使用过程中出现腐蚀失效。对15CrMo钢管在硫酸中的腐蚀行为进行了试验，试验表明，淬火状态下（马氏体组织）的15CrMo钢管最耐硫酸腐蚀。而且不同组织的15CrMo均在低浓度的硫酸中腐蚀较快，在高浓度的硫酸中腐蚀较慢，随着温度的升高，腐蚀速率增大。不同组织在硫酸中的腐蚀速率顺序为：铁素体+珠光体组织＞铁素体+贝氏体组织＞马氏体组织。