NiCr-Cr3C2 粉末属于高温耐磨复合粉末，与碳 化钨相比，其熔点较低，密度较低（6.7g/cm3）。在 升高温度条件下，其膨胀系数在150～980℃温度 范围内达10.9×10- 6/K，与耐热合金基体很接近， 比WC 几乎高出一倍，因而在高温下与耐热合金 基体有相当好的膨胀性能匹配。NiCr 耐热合金可 作为Cr3C2 颗粒的高温粘接母相，使喷油层与基体 金属有满意的结合强度。NiCr-Cr3C2 具有良好的耐 热耐蚀性，在金属碳化物中抗氧化能力最强，空 气中只有在1 100~1 400 ℃才开始显著氧化，在高 温条件下依然保持相当高的硬度。Cr3C2 还具有很 强的耐蚀性和耐磨性，稀硫酸中是1Cr18Ni9Ti 不 锈钢耐蚀性的30 倍，蒸汽中是WC-Co 合金的50 倍。NiCr-Cr3C2 复合粉末喷油层的组织为NiCr 合金 γ 相基体上分布Cr3C2 粒子硬质相，是相当理想的 抗高温冲蚀磨损、磨粒磨损、硬面磨损和微动磨 损涂层，并且已经广泛应用与电力、能源、航空 航天及冶金等领域。 本文采用HVAF 超音速火焰喷油工艺， 对 660/1 000 MW喷嘴叶栅的单叶片喷油、组焊叶片 喷油及涂层组织与性能分析等方面进行了大量的 试验与研究，并已完成了叶栅喷油所需工装的加 工、程序的编制等试生产准备工作。 1 导叶片喷油要求 对于660 MW 超超临界喷嘴叶片，要求采用 HVAF 喷油工艺在叶片表面喷油区域（见图1 所示） 制备NiCr-Cr3C2 耐高温耐磨涂层，且涂层的各项性 能参数指标，均需完全满足日立公司的设计要求 和质量检查要求。 1 2 010.03.25 第24卷Vo l. 24总第93期 图1 喷油区域示意图 2 工艺试验及结果分析 2.1 单片叶片喷油外观 图2 给出了660 MW喷嘴导叶片外形，在该叶 片出汽边的背弧面，喷油有～0.2 mm 厚的NiCr- Cr3C2 耐磨涂层（见图中标注）。 2.2 组焊叶片喷油外观 图3（a）给出了导叶片组焊后的外观情况，图3（b） 给出了组焊叶片喷油NiCr-Cr3C2 耐磨涂层后的外观 情况。从上图可以看出，组焊叶片经喷油NiCr- Cr3C2 涂层后，表面颜色更加均匀漂亮，呈一致灰 白亮色，且涂层均匀连续，无裂纹、剥落、分层 和边缘翘起等缺陷。 2.3 涂层组织性能分析 为了检测涂层的质量，需对喷油叶片进行抽 查取样分析。图4 中标示出了取样位置，我们选 择了在叶片出汽侧、近R 区取样,以便于同时观测 到叶片R 处和叶片叶身处涂层的金相组织情况， 观测箭头指为检测面，从图中可以看出叶片出汽 侧背弧面、叶身段耐磨涂层厚度均匀，R 围带部涂 层逐渐消失，过渡良好（涂层厚～0.2 mm）。 从图6 和图7 中可以看出，叶身和R 处涂层 均比较致密均匀，未熔颗粒很少，离子扁平化效 图2 喷油NiCr-Cr3C2涂层后的单叶片实物图 图3 组焊叶片外观 a. 喷油前组焊叶片外观 b. 喷油后组焊叶片外观 图5 取样截面宏观照片 图4 叶片中取样位置 图6 叶片叶身处金相组织（100X） 2 2010.03.25 第24卷Vo l. 24总第93期 图9 组焊叶片段与隔板体内、外环的模拟装焊外观 果很好，孔隙率很小，涂层与基体界面比较干净， 界面污染率很小；在300 g 载货下测得背弧面R 区 涂层硬度为HV744～811， 叶身区涂层硬度为 HV766～963，基材硬度为HV301～310，从结果 中可以看出，R 处硬度略低于叶身处，这可能与喷 涂角度有关，在喷油过程中，叶身与喷抢焰流是 垂直的，R 处往上与焰流有一定的角度倾斜，所以 在叶身处焰流的冲击力大于R 处，这就导致了R 处硬度略低于叶身处。 2.4 NiCr-Cr3C2 的抗高温磨损性能 NiCr-Cr3C2 涂层是一种抗高温磨损涂层，其涂层在高温状态下的耐磨性是评价此种涂层性能的 关键指标。我们采用HVAF 喷油的试样作为静止 件，Stellite 6# 焊接样作为运动件，在高温摩擦磨损 试验机上进行了对比试验，试验条件如下： ①试验温度：400℃（大气中） ②载荷：50 N ③冲程：3 mm ④往复频率：30 Hz ⑤试验时间：10 h ⑥干摩擦 图8 给出了NiCr-Cr3C2 涂层抗高温磨损性能测 试情况，在400℃温度大气环境中，50N 载荷下以 30Hz 的频率与Stellite 6# 对偶件干摩擦10 h 后， NiCr-Cr3C2 测试件的磨损深度仅为0.06 mm（图8 （a1））， 而Stellite 6# 对偶件的磨损深度0.25 mm （图8 （a2））。这说明NiCr-Cr3C2 测试件比Stellite 6# 对偶件抗高温磨损性能好的多，这可能与涂层的 组织本身组成有关，NiCr-Cr3C2 复合粉末喷油层的 组织为NiCr 合金γ 相基体上分布Cr3C2 粒子硬质 相，这就使其具有优越的抗高温冲蚀磨损、磨粒 磨损、硬面磨损和微动磨损性能。 2.5 组焊叶片段与隔板体内、外环的模拟装焊 由于组焊后的叶栅最终要与喷嘴室铸件进行 装焊和回火热处理，所以为验证在焊接、热处理 后对涂层的影响，进行了组焊叶片段与隔板体内、 外环的模拟装焊试验，并对装焊后涂层区域进行 了外观检测分析。 从图10 和图11 可以看出，叶片装焊后，近R 处涂层局部烧蚀剥落及微裂纹，这可能与焊接时 b2. 磨损深度0.25 mm 图8 NiCr-Cr3C2涂层抗高温磨损性能测试情况 图7 叶片R处金相组织（50X） a1. NiC-75 Cr3C2r （静止件） b1. Stellite 6# （运动件） a2. 磨损深度0.06 mm 3 2 010.03.25 第24卷Vo l. 24总第93期 图10 装焊后涂层烧蚀坑 的局部高温有关，且涂层上还有较多飞溅焊珠， 这就影响了涂层的外观和整体质量，进而会影响 叶片的使用寿命。 2.6 喷嘴叶片R 区涂层装焊回火前后对比 从图12 可以看出，喷油+ 装焊+ 腐蚀的涂层 与基材间存在明显的高温扩散亮带， 近涂层 1Cr11Co3W3NiMoVNbNB 发生相变重结晶，从图 13 可以看出，喷油+ 腐蚀后不经装焊的涂层叶片， 其涂层与基材间不存在明显扩散亮带。 2.7 喷油+装焊后叶片涂层的分析 为了检测装焊后叶片涂层的质量，需对喷油 叶片进行抽查取样分析。图14 标示出了叶片取样 位置，图15 给出了取样处截面宏观照片。图16 和图17 分别给出了焊接回火后导叶侧边涂层金相 组织和叶身金相组织。叶片装焊、回火后，R 区耐 磨涂层的出现垂直裂纹，这可能是由于Cr3C2 涂层 在焊接过程中突然升温至1 000℃以上，在受热膨 胀差异拉应力作用，R 处涂层产生了密集的束状细 微裂纹的缘故；叶片装焊、回火后R 区涂层硬度 HV500～626；叶身段涂层良好HV720～887，基 材HV293～296，回火后涂层硬度并无明显的降 低，且涂层质量良好。 2 010.03.25 第24卷Vo l. 24总第93期 图17 焊接回火后导叶身涂层金相组织 较大，叶片耐磨涂层应在最终加工状态后进行喷 涂，以防止因装焊热应力造成涂层局部剥离和R 处密集束状细微裂纹的产生。 3 结语 采用HVAF 超音速火焰喷油工艺，对660 MW 喷嘴叶栅从单叶片喷油、组焊叶片喷油及涂层组 织与性能分析等方面进行了大量的试验与研究， 结果表明：用HVAF 超音速火焰喷油工艺在喷嘴 叶栅叶片上制备的NiCr-Cr3C2 涂层厚度0.2 mm 左 右，厚度均匀，界面良好，孔隙少，R 区硬度为 HV636～811；叶身区硬度为HV766～963，围带R 处涂层厚度过渡良好。 HVAF 制备的NiCr-Cr3C2 涂层的抗高温磨损优 良，抗高温磨损性、冲蚀性约是司太立合的4 倍； 且NiCr-Cr3C2 涂层受焊接热应力影响较大，叶片耐 磨涂层应在最终加工状态后进行喷油，以防止因 装焊热应力造成涂层局部剥离和R 处密集束状细 微裂纹的产生。 （上接第4页） 后的平行烟气挡板来调节的，通过控制烟气挡板 的开度大小来控制流经后竖井水平再热器管束及 过热器管束的烟气量，以改变低温再热器和低温 过热器的吸热量，从而达到控制再热器蒸汽出口 温度。 再热器事故喷水减温器布置在低温再热器至 高温再热器间连接管道上，分左右两侧喷入。再 热器喷水仅用于紧急事故工况、扰动工况或其它 非稳定工况。 3.7 省煤器 省煤器顺列布置于低温过热器下方，省煤器 与烟气以逆流方式换热。为防止省煤器管排的磨 损，在省煤器管束与四周墙壁间设有阻流板，并 且在每组最上排及弯头区域设置防磨盖板。 3.8 空气预热器 每台锅炉配两台容克式空气预热器，立式布 置，由推力轴承下部的中心驱动装置传动。空气 和烟气以逆流方式进行换热。其中冷段蓄热元件 采用耐腐蚀的材料，以防止发生空气预热器的低 温腐蚀；热段和中间段蓄热元件采用优质低碳钢。 空气预热器采用先进的径向—轴向、径向—旁路 双密封系统。 4 可配置SCR 脱硝装置 鉴于目前应用低挥发份煤发电技术上，首选 “W”型火焰锅炉炉型，它能满足安全稳定高效燃 烧，但它的NOx 排放水平较高，东方锅炉能够为 锅炉另外提供技术成熟可靠的SCR 脱硝装置配套 使用，可以将NOx 排放进一步降低到低于300 mg/Nm3 的水平，以满足环境保护的要求，图1 示 出了可选择配套的SCR 脱硝装置的布置位置。 5 结语 DG1900/25.4- II8 型锅炉充分吸收借鉴了亚临 界“W”炉和常规超临界炉的设计经验，采用成熟 可靠的设计技术和系统结构。目前该炉型已取得 了8 个项目、16 台锅炉的订单。我们完全有理由 相信，东方600 MW超临界“W”型火焰锅炉将成 为性能先进、安全可靠的产品，为我国节能减排 事业做出贡献。 |
