锅炉管道内氧化皮的形成及脱落机理

1氧化皮的形成机理

过热蒸汽管道内氧化膜的形成分为制造加土和运行中两个阶段。 过热蒸汽管道制造加工过程中氧化膜的形成是在570℃以上的高温制造条科下，由空气中的氧和金属结合形成的。该氧化膜分三层，由钢表面起向外依次为FeO, Fe3O4. Fe2O3。试验表明:与金属基体相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570℃时结构不稳定，容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀。因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗，全部去除制造加工时形成的易脱落氧化层，然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好的氧化层。同时，在基建调试期间也可以考虑对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉的同时加速形成坚固的氧化层，否则，在投运后会产生严重的氧化皮问题。

运行中，钢表面氧化皮的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果。在570℃以下，生成的氧化膜是由Fe3O4和 Fe2O3组成，Fe3O4和 Fe2O3都比较致密(尤其Fe3O4 )，因而可以保护钢材以免其进一步氧化(图1)。当超过570℃时，氧化膜由Fe2O3 Fe3O4. FeO3, 层组成[（Fe0在最内层)，主要是由FeO组成，因FeO致密性差，破坏了整个氧化膜的稳定性(图2)。事实上，当温度超过450℃

时，由于热应力等因素的作用，生成的Fe3O4不能形成致密的保护膜，使水蒸气和铁不断发生反应。当汽水温度达到570℃以上，反应生成物为Fe0，且反应速度更快，此时，金属的抗氧化能力大大降低。

金属原始表面 间断的Fe2O2 外部的多孔柱状

Fe3O4

图1:蒸汽管内壁形成的致密氧化膜

图2:高于570℃管内壁多层氧化膜结构

2氧化皮脱落机理

氧化膜剥落的两个必须同时具备的基础条件如下: 1、厚度值是否达到临界值(随管材、温降幅度和速度等的不同而不同);2母材基体与氧化膜或氧化膜之间的应力(恒温生长应力或温降引起的热应力)是否达到临界值(与管材、氧化膜的特性、混降幅度和速度等有关)。这两个条件相互之间存在一定的影响，氧化层剥落的容许应力随氧化层厚度的增加而减小。

剥落的氧化膜形状分为粉末状和片状两种，过热器管剥落的氧化膜形状一般为粉末状或小片状(图3)，再热器管一般为大片或长条状(图4)。粉末状氧化膜开始剥落的混度比较低(厚度小)，片状氧化膜开始剥落的温度比较高(厚度较大)。有试验数据表明，氧化层一般是在降温过程中发生剥落，在350 ℃附近发生急剧脱落。氧化皮在升温过程中，在200～300℃时也会发生氧化皮剥落，但剥落量比降温过程少。

图3:过热器剥落氧化皮图 4:再热器剥落氧化皮