一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备，涉及耐热钢材料腐蚀层评价领域。该方法包括基于动态超临界CO2腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO2环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；利用超临界测量CO2腐蚀系统对所述超临界CO2环境下的耐热钢材料进行测量，确定腐蚀层厚度以及当量温度；根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩余寿命；根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命确定所述腐蚀层的当前等级。本发明专利技术能够确定超临界CO2环境下耐热钢材料腐蚀层的当前等级，填补行业空白，提高了耐热钢材料的产品性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及耐热钢材料腐蚀层评价领域，特别是涉及一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]未来电力系统将从化石能源主导进入可再生能源与化石能源共存的多源化模式。因此，新型高效灵活火力发电技术是今后重要的技术研究/产业引导方向。超临界CO2循环系统发电效率可比同参数蒸汽循环提高3％～5％，可实现热电完全解耦，且系统结构简单紧凑，灵活性更强，能满足与间歇性可再生能源配合发电的调峰需求。该技术正被以美国为首的多个国家进行研发，以提高国家未来能源工业竞争力。
[0003]超临界CO2循环发电系统具有如下优点：(1)系统更高效。采用布雷顿循环体系，超临界CO2布雷顿循环系统在工质温度620℃时，能达到蒸汽朗肯循环700℃的机组效率。在30MPa、700℃的工质参数下，超临界CO2布雷顿循环系统效率要高5％；(2)系统更紧凑。超临界CO2循环系统工质的临界点温度比较低，可以直接作为单相介质在系统循环，由于工质密度高，功率密度大，系统紧凑；(3)系统更灵活。采用单相循环，更灵活，具有更好的快速深度调峰能力。单相循环负荷变化时，工质物理特性变化相对较小，对设备的影响较小，系统具有更高的快速负荷调节能力；(4)工质腐蚀性低，系统更安全高效。超临界CO2流体性质不活泼、腐蚀性低。超临界CO2环境下，镍基合金应力腐蚀敏感性弱一些，在实现700℃机组方面比以水为介质的锅炉更具有优势，可能率先取得突破，更有望实现该参数。
[0004]由于工质与传统蒸汽锅炉差异巨大，超临界CO2会形成单质碳向材料内部扩散并与抗腐蚀性能元素铬结合形成碳化层。腐蚀—碳化耦合作用不仅会抑制富铬氧化物的形成，降低材料抗腐蚀性能；还会削弱耐热钢基体与腐蚀层之间的结合力，使腐蚀层易于剥落，进一步加速材料腐蚀；同时也可能降低材料冲击韧性和高温蠕变强度，增加其应力腐蚀开裂敏感性。因此，探明碳化层中碳化物含量、结构、分布特征及其对腐蚀层结合力的影响规律是亟待解决的关键科学问题之一。通过研究超临界CO2环境下典型耐热钢材料的腐蚀—碳化耦合作用过程，揭示腐蚀层的形成、生长和剥落机制，建立超临界CO2环境下耐热钢材料腐蚀层综合评价方法，具有重要的科学意义和工程应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备，以确定超临界CO2环境下耐热钢材料腐蚀层的当前等级。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种耐热钢材料腐蚀层评价方法，包括：
[0008]基于动态超临界CO2腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO2环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；所述腐蚀表征包括腐蚀增重、表面形貌、截面形貌、表面粗糙度、腐蚀产物相结构、碳元素含量以及碳元素沿腐蚀层厚
度方向分布；所述试验参数包括温度、压力和时间；
[0009]分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；所述腐蚀状态包括腐蚀层生长速率、腐蚀形貌特征、腐蚀演变机制以及抗脱落性能；
[0010]利用超临界测量CO2腐蚀系统对所述超临界CO2环境下的耐热钢材料进行测量，确定腐蚀层厚度以及当量温度；
[0011]根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩余寿命；
[0012]根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命确定所述腐蚀层的当前等级；所述当前等级包括优秀、良好、中等、基本合格以及不合格。
[0013]可选的，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：
[0014]获取不同试验参数下所述超临界CO2环境下的耐热钢材料的腐蚀增重；
[0015]拟合不同的腐蚀增重，生成增重曲线；
[0016]对所述腐蚀层进行动力学分析，根据所述增重曲线确定所述腐蚀层的生长速率。
[0017]可选的，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：
[0018]利用场发射电子扫描显微镜确定所述腐蚀层的表面形貌；
[0019]利用电子探针显微分析仪确定所述腐蚀层的截面形貌；
[0020]利用原子力显微镜确定所述腐蚀层的表面粗糙度；
[0021]对所述表面形貌、所述截面形貌以及所述表面粗糙度进行表界面分析，确定所述腐蚀层的腐蚀形貌特征。
[0022]可选的，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：
[0023]利用X射线衍射检测不同试验参数下所述腐蚀层表面的物相组成；
[0024]利用X射线光电子能谱检测不同试验参数下所述腐蚀层表面的元素组成；所述元素组成包括元素化学价态和电子态；
[0025]根据所述物相组成以及所述元素组成绘制衍射图谱；
[0026]对比所述衍射图谱以及标准物质卡片，基于腐蚀热力学分析，确定腐蚀演变机制。
[0027]可选的，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：
[0028]根据所述碳元素含量以及所述碳元素沿腐蚀层厚度方向分布进行碳化层分析，确定抗脱落性能。
[0029]可选的，所述根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩余寿命，具体包括：
[0030]利用公式T(C+lgτ)＝P(σ)确定所述耐热钢材料的剩余寿命；其中，τ为蠕变断裂时间，即剩余寿命；T为当量温度；C为材料常数；P为所述耐热钢材料的额定工作压力；σ为应力。
[0031]可选的，所述根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命确定所述腐蚀层的当前等级，具体包括：
[0032]获取腐蚀层评价等级；
[0033]根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命构建影响因素集合；
[0034]确定所述影响因素集合中的单因素对所述腐蚀层评价等级的隶属度；
[0035]根据每个所述单因素的隶属度确定单因素评价集；
[0036]根据所述单因素评价集确定评价矩阵；
[0037]根据所述评价矩阵确定所述腐蚀层的当前等级。
[0038]一种耐热钢材料腐蚀层评价系统，包括：
[0039]腐蚀层表征确定模块，用于基于动态超临界CO2腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO2环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；所述腐蚀表征包括腐蚀增重、表面形貌、截面形貌、表面粗糙度、腐蚀产物相结构、碳元素含量以及碳元素沿腐蚀层厚度方向分布；所述试验参数包括温度、压力和时间；
[0040]腐蚀状态确定模块，用于分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；所述腐蚀状态包括腐蚀层生长速率、腐蚀形貌特征、腐蚀演变机制以及抗脱落性能；
[0041]腐蚀层厚度以及当量温度确定模块，用于利用超临界测量CO2腐蚀系统对所述超临界CO2环境下的耐热钢材料进行测量，确定腐蚀层厚度以及当量温度；
[0042]剩余寿命确定模块，用于根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热钢材料腐蚀层评价方法，其特征在于，包括：基于动态超临界CO2腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO2环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；所述腐蚀表征包括腐蚀增重、表面形貌、截面形貌、表面粗糙度、腐蚀产物相结构、碳元素含量以及碳元素沿腐蚀层厚度方向分布；所述试验参数包括温度、压力和时间；分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；所述腐蚀状态包括腐蚀层生长速率、腐蚀形貌特征、腐蚀演变机制以及抗脱落性能；利用超临界测量CO2腐蚀系统对所述超临界CO2环境下的耐热钢材料进行测量，确定腐蚀层厚度以及当量温度；根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩余寿命；根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命确定所述腐蚀层的当前等级；所述当前等级包括优秀、良好、中等、基本合格以及不合格。2.根据权利要求1所述的耐热钢材料腐蚀层评价方法，其特征在于，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：获取不同试验参数下所述超临界CO2环境下的耐热钢材料的腐蚀增重；拟合不同的腐蚀增重，生成增重曲线；对所述腐蚀层进行动力学分析，根据所述增重曲线确定所述腐蚀层的生长速率。3.根据权利要求1所述的耐热钢材料腐蚀层评价方法，其特征在于，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：利用场发射电子扫描显微镜确定所述腐蚀层的表面形貌；利用电子探针显微分析仪确定所述腐蚀层的截面形貌；利用原子力显微镜确定所述腐蚀层的表面粗糙度；对所述表面形貌、所述截面形貌以及所述表面粗糙度进行表界面分析，确定所述腐蚀层的腐蚀形貌特征。4.根据权利要求1所述的耐热钢材料腐蚀层评价方法，其特征在于，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：利用X射线衍射检测不同试验参数下所述腐蚀层表面的物相组成；利用X射线光电子能谱检测不同试验参数下所述腐蚀层表面的元素组成；所述元素组成包括元素化学价态和电子态；根据所述物相组成以及所述元素组成绘制衍射图谱；对比所述衍射图谱以及标准物质卡片，基于腐蚀热力学分析，确定腐蚀演变机制。5.根据权利要求1所述的耐热钢材料腐蚀层评价方法，其特征在于，所述分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态，具体包括：根据所述碳元素含量以及所述碳元素沿腐蚀层厚度方向分布进行碳化层分析，确定抗脱落性能。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫凯，马少海，车畅，廖晓炜，钱林峰，刘光奎，刘峰，杨喜胜，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：