| 成果名称: | 表层梯度纳米结构含稀土元素奥氏体不锈钢高温氧化机理研究 |
| 完成单位: | 东莞材料基因高等理工研究院 |
| 主要人员: | 魏亮亮 |
| 介绍: | (1) 课题来源及背景：本课题来源于广东省科学技术厅。由于发电技术的进步，超超临界电站火电机组对关键机组材料的高温抗氧化性能提出了更高的要求。目前，我国已经运行或在建超超临界机组的蒸汽温度已达600 ℃，基于性能和成本方面的考虑，机组过热器和再热器管主要采用Super304H和HR3C牌号奥氏体不锈钢。然而，奥氏体不锈钢具有热膨胀系数较高的特点，在服役过程中Super304H奥氏体不锈钢表面生成的氧化膜会出现大量剥落现象，给机组维护工作带来了极大的困难。同时，氧化膜不断地剥落以及再生成降低了机组的预期服役寿命，并给安全生产也带来了潜在的隐患。此外，我国超超临界发电技术正朝着700 ℃等级方向发展，对机组核心部件材料在更高温度下的抗氧化性能要求更为苛刻。因此，需要提升耐热奥氏体不锈钢在更高温环境下的耐腐蚀性能并改善氧化膜的粘附性，从而满足其在更高服役温度下的性能要求。 (2) 技术原理及性能指标：本研究以耐热奥氏体不锈钢为研究对象，通过添加微量稀土Ce以及利用表面机械滚压处理(SMRT)技术提升其高温抗氧化性能。通过表面机械滚压处理技术，可以有效地改变材料表面的晶粒结构、晶界分布和残余应力状态，从而提高材料的耐热性能和抗氧化性能。通过SMRT处理，可以在材料表面形成细小的晶粒，增加晶界密度，提高晶界的强度和稳定性，从而抑制氧化反应的进行，延缓氧化膜的形成速度。此外，SMRT处理还可以引入残余压应力，增强材料的抗氧化性能，减少氧化膜的脱落和剥落。通过表面机械滚压处理，Super304H耐热不锈钢在700℃下的氧化膜厚度降低90%(100h)。 (3) 技术创造性与先进性：本技术提出利用稀土元素与梯度纳米结构组织的协同作用改善奥氏体不锈钢的抗高温氧化性能。充分发挥稀土元素的“反应元素效应”以及梯度纳米结构组织对Cr扩散的促进作用，提升不锈钢的抗高温氧化性能。梯度纳米结构材料开发为前沿科学研究，技术先进。 (4) 技术的成熟程度，适用范围和安全性：本技术非常成熟，现已开发出表面机械滚压处理装备，此外，稀土合金化技术也较成熟。在耐热不锈钢的高温抗氧化性能方面，SMRT技术的应用前景非常广阔。通过SMRT处理，不仅可以提高材料的抗氧化性能，延长材料的使用寿命，还可以降低材料在高温环境下的氧化速率，提高材料的稳定性和可靠性。此外，SMRT技术还可以在不改变材料化学成分和基本性能的情况下，通过表面处理的方式实现对材料高温抗氧化性能的改善，在耐热合金的高温抗氧化性能提升领域具有非常明显的优势和应用前景。本技术涉及材料改性及机械加工，无安全风险。 (5) 应用情况及存在的问题：该技术尚未应用，有待推广。该技术成熟，但缺少推广。 (6) 历年获奖情况：无。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-04-25 |
| 研究起止时间: | 2021-10-01至2024-09-19 |
| 所属行业: | 电力、热力、燃气及水生产和供应业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2025-01-23 |
