630℃超超临界发电机组水冷壁T91耐热钢高温腐蚀行为及机理研究

何闯; 陈雅娜; 梁志远; 卫鹏凯; 邵怀爽; 赵钦新

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (5) : 131 -141.

何闯, 陈雅娜, 梁志远, 卫鹏凯, 邵怀爽, 赵钦新

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摘要

为研究耐热钢高温腐蚀行为，选取630℃超超临界发电机组水冷壁使用的铁素体耐热钢T91为研究对象，开展不同负荷运行工况下耐热钢烟气腐蚀行为研究。采用分析天平测量耐热钢腐蚀前后质量变化，利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备表征腐蚀产物的形貌、成分及其分布。实验结果表明：500℃下耐热钢T91的腐蚀动力学曲线符合抛物线型规律，550℃和600℃下腐蚀动力学曲线在反应初期遵循抛物线型规律，分别在100 h和75 h转变为直线型规律，并且600℃下直线斜率增大，说明温度能够加速耐热钢腐蚀规律转变。耐热钢表面均呈现红褐色，表面形貌由丝状向尖晶石状和球状腐蚀产物转变。耐热钢T91表面腐蚀产物呈现3层腐蚀结构，由气体侧到基体侧腐蚀层分别为Fe-O腐蚀层（主要为Fe₃O₄、Fe₂O₃）、FeS腐蚀层、Fe-Cr-O腐蚀层（FeCr₂O₄）。随着温度升高，腐蚀层厚度增加，温度升高100℃氧化膜厚度增厚42.9%。腐蚀层的生长机制由以阳离子向外扩散为主导，逐渐转变为以阴离子向内扩散为主导。这一转变导致氧化膜/基体界面处形成孔隙及硫化物等缺陷，加剧了电站锅炉水冷壁失效风险。