SK281564B6 - Ochranný povlak oceľových častí parnej turbíny a spôsob jeho vytvárania - Google Patents

Abstract

Ochranný povlak oceľových častí parnej turbíny, najmä skrine, deliacich rovín, potrubí a predhrievačov, vystavených v elektrárni korozívnemu a erozívnemu opotrebeniu spôsobenému horúcou mokrou parou, obsahuje povlakovú vrstvu, vnútri ktorej sú oxidy chrómu a hliníka, ktoré sú obklopené oceľovou základnou hmotou vytvorenou oceľou legovanou chrómom a hliníkom. Povrch povlakovej vrstvy je vybavený filmom oxidov chrómu a hliníka, pričom povlak obsahuje 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka. Podľa spôsobu vytvárania ochranného povlaku sa oceľ legovaná s 20 hmotn. až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka tepelne rozstrekuje na povrch, ktorý má byť vybavený povlakom, za vzniku oxidov chrómu a hliníka, ktoré zostanú vnútri vzniknutej povlakovej vrstvy, ktorá ďalej obsahuje oceľovú základnú hmotu, ktorou sú uvedené oxidy chrómu a hliníka obklopené. Ďalej sa takto vzniknutá povlaková vrstva po ukončení tepelného rozstrekovania vystaví oxidačnému účinku vzduchu na vytvorenie filmu oxidov chrómu a hliníka na jej povrchu.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka ochranného povlaku, ktorý chráni vnútorné plochy parnej turbíny, susedného potrubia a predhrievačov a zabraňuje erozívnemu a korozívnemu opotrebeniu, ktoré je spôsobené parou. Vynález sa tiež týka spôsobu vytvárania povlaku na parnej turbíne, susedného potrubia a predhrievačov.

Doterajší stav techniky

Ako je uvedené vo švédskych patentových prihláškach č. 762881 a 771073, oceľové plochy, na ktoré pôsobí teplo, vlhká para pri vysokom tlaku a rýchlosti, sú vystavené ťažkému erozívnemu a korozívnemu opotrebeniu.

Poškodenie spôsobené opotrebením môže viesť k potrebe zaplniť a opraviť zvarové spoje, čo je ťažko uskutočniteľné, alebo dokonca vymeniť skriňu turbíny a potrubia.

Taká oprava alebo výmena spôsobí zastavenie výroby na dlhší čas, čo znamená jej zníženie, následkom čoho vznikajú veľké finančné straty. To je najmä prípad veľkých elektrární, ako sú jadrové elektrárne.

Ďalej sú uvedené niektoré známe povlaky určené na ochranu turbínového potrubia:

1. Keramický povlak so zliatinou niklu a hliníka v adhezívnej vrstve. Hrúbka adhezívnej vrstvy je 10 pm až 25 pm.

2. Kovový trojvrstvový povlak vytvorený adhezívnou vrstvou zo zliatiny niklu a hliníka (t = 50 pm až 100 pm), medziľahlou vrstvou z chrómovej ocele (približne 13 hmotn. % Cr, hrúbka približne 200 pm) a povrchovou vrstvou z nehrdzavejúcej alebo proti kyselinám odolnej ocele (približne 18 hmotn. % Cr, 5 hmotn. % - 8 hmotn. % Ni, približne 8 hmotn. % Mn, hrúbka asi 200 pm).

Keramické povlaky majú najmä nasledujúce nevýhody

- malú odolnosť proti nárazu, napr. pri vniknutí cudzieho telesa do turbíny alebo potrubia môže dôjsť k prasknutiu povlaku,

- veľmi nízky súčiniteľ tepelnej rozťažnosti keramických povlakov v porovnaní s uhlíkovou oceľou, takže veľké alebo rýchle zmeny teploty môžu viesť v povlaku ku vzniku trhlín, trhlina v povlaku môže zase viesť k rýchlemu lokálnemu poškodeniu základného materiálu,

- keramické povlaky sú dobrými izolátormi, povlak turbínovej skrine vytvorený keramickým materiálom by mohol narušiť priebeh vedenia tepla vnútri turbíny a spôsobiť tým nepredvídané deformácie pri činnosti turbíny,

- je ťažké nanášať keramický povlak na ciachované plochy určené na obrábanie, povlak môže mať tvrdosť väčšiu než 1000 HV a z toho dôvodu je ťažko obrábateľný a navyše má sklon k trhlinám,

- ak má byť keramický povlak použiteľný na vyplnenie dutín, je ťažké dosiahnuť ním dostatočnú hrúbku vrstvy.

Takzvaný trojvrstvový povlak sa uspokojivo uplatňuje v potrubných systémoch. Má však nasledujúce nevýhody:

- každé rozhranie medzi dvoma povlakmi v trojvrstvovom povlaku vytvára silnú prekážku na vedenie tepla, takže podobné problémy, aké sledujeme pri keramických povlakoch, sa môžu v súvislosti s vedením tepla v turbínovej skrini objaviť aj tu,

- ak je nevyhnutné vyplniť dutiny v povlakových plochách, ktoré majú byť obrábané, existuje nebezpečie, že obrobená plocha bude prechádzať rôznymi vrstvami,

- ak sa trojvrstvový povlak pri prevádzke poškodí, napr. následkom silnej miestnej erózie, opravu možno uskutočniť len tak, že sa najprv odstráni starý povlak, a potom sa na povrch nanesie povlak nový, vrstva po vrstve.

Podstata vynálezu

Prvoradým cieľom predloženého vynálezu je navrhnúť povlak použiteľný ako ochranná vrstva na skriňu, deliace roviny, potrubie, predhrievače a iné časti parnej turbíny, vhodný pre požadované podmienky a pritom spoľahlivo a dlhodobo chrániaci oceľový povrch.

Ďalším cieľom vynálezu, je aby bolo možné vytvoriť povlak na danom mieste rýchle a hospodárne, a pritom aby povlak bol vhodný ako ochranná vrstva aj na povrch, ktorý má byť obrábaný.

Uvedené nedostatky odstraňuje ochranný povlak oceľových častí parnej turbíny, najmä skrine, deliacich rovín potrubia a predhrievačov, vystavených v elektrárni korozívnemu a erozívnemu opotrebeniu spôsobenému horúcou mokrou parou, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje povlakovú vrstvu, vnútri ktorej sú oxidy chrómu a hliníka, ktoré sú obklopené oceľovou základnou hmotou vytvorenou oceľou legovanou chrómom a hliníkom, a na povrchu povlakovej vrstvy film oxidov chrómu a hliníka, pričom povlak obsahuje 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka.

Ochranný povlak obsahuje výhodne 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka. Navyše môže obsahovať až 5 hmotn. % molybdénu.

Zvlášť je výhodné, ak povlak obsahuje 22 hmotn. % až 30 hmotn. % chrómu, 5 hmotn. % až 8 hmotn. % hliníka a až 3 hmotn. % molybdénu.

Podstata spôsobu vytvárania ochranného povlaku spočíva v tom, že oceľ legovaná 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka sa tepelne rozstrekuje na povrch, ktorý má byť vybavený povlakom, za vzniku oxidov chrómu a hliníka, ktoré zostanú vnútri vzniknutej povlakovej vrstvy, ktorá ďalej obsahuje oceľovú základnú hmotu, ktorou sú oxidy chrómu a hliníka obklopené, a ďalej sa takto vzniknutá povlaková vrstva po ukončení tepelného rozstrekovania vystaví oxidačnému účinku vzduchu na vytvorenie filmu oxidov chrómu a hliníka na jej povrchu.

Tepelné rozstrekovanie sa výhodne vykoná pomocou oblúka, plazmy alebo ultrazvuku.

Ako po vlakový materiál na postrekovanie sa použije oceľ obsahujúca 20 hmotn. až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka, ktorá tiež môže obsahovať až 5 hmotn. % molybdénu.

Zvlášť výhodné je, ak sa použije oceľ obsahujúca 22 hmotn. % až 30 hmotn. % chrómu, 5 hmotn. % až 8 hmotn. % hliníka a až 3 hmotn. % molybdénu.

Na správnu funkciu ochranného povlaku je výhodné, ak sa vytvorí povlak s hrúbkou 0,3 mm až 2,5 mm, najmä však s hrúbkou 0,5 mm.

Pri realizácii spôsobu vytvárania povlaku podľa vynálezu je povlakový materiál z ocele bohato legovanej chrómom a hliníkom rozstrekovaný za tepla na plochu, ktorá má byť povlakom chránená, pričom v priebehu vytvárania povlaku uvedený rozstrekovaný materiál silne oxiduje, čím vzniká veľké množstvo oxidov chrómu a hliníka, pričom tieto oxidy zostanú vnútri povlaku obklopené oceľovou základnou hmotou. Po ukončení rozstrekovania je povrch vzniknutej vrstvy vystavený oxidačnému účinku vzduchu, čím na ňom vznikne hustý film oxidov chrómu a hliníka.

Výhody povlaku podľa vynálezu v porovnaní s už známymi povlakmi sú nasledujúce:

Veľmi hustý film oxidov chrómu a hliníka vytvorený na povrchu povlaku poskytuje výbornú ochranu proti korózii a erózii. Povlak je veľmi húževnatý.

SK 281564 Β6

Ak je povlak poškodený, napr. účinkom cudzieho telesa, ktoré vniklo do trhliny, oxidy vnútri povlaku zabránia rozšíreniu poškodenia, takže povlak poskytuje ochranný účinok ako keramický povlak, má však húževnatosť a pevnosť kovového povlaku.

Priľnavosť povlaku k základnému materiálu je veľmi dobrá. Ak sa použije plazmové alebo oblúkové rozstrekovanie, získa sa priľnavá sila väčšia než 60 N/mm, čo je zhruba dvojnásobok priľnavej sily zliatiny niklu a hliníka nanesenej rozstrekovaním plameňom.

Dobrá priľnavosť zaručuje, že sa povlak neoddelí menším nárazom, a že bude tiež možné vybaviť povlakom úzke hrany. Navyše, dobrá priľnavosť umožňuje, aby bol povrch obrábaný.

Koeficient tepelnej rozťažnosti povlaku je blízky koeficientu uhlíkovej ocele, takže deformácie spôsobené tepelným nárazom a tepelnou rozťažnosťou nepoškodia povlak.

Pretože je povlak vytvorený z jednej jednoduchej vrstvy, ktorá môže byť zhotovená rozstrekovaním s hrúbkou asi 2 mm, hodí sa na ochranu veľkých tesniacich povrchov určených na obrábanie.

Napriek tomu, že povlak obsahuje veľké množstvo tvrdých oxidov, jeho makrotvrdosť je len 25 až 350 jednotiek HV, takže ho možno ľahko obrábať.

Pretože jediným rozhraním pôsobiacim rušivo na vedenie tepla je rozhranie medzi povlakom a základným materiálom, vedenie tepla nebude zdrojom problémov Uskutočnenie lokálnej opravy povlaku je jednoduché a nevyžaduje odstránenie celého starého povlaku.

Obsah kobaltu v povlaku je veľmi nízky (približne 0,02 hmotn. %), takže povlak je veľmi vhodný na použitie v jadrových elektrárňach, a to aj na aktívnu stranu plôch.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Podľa vynálezu použitým povlakovým materiálom je oceľ obsahujúca 20 hmotn. až 45 hmotn. % chrómu, 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka a až 5 hmotn. % molybdénu. Povlakový materiál môže byť nitkovitý alebo práškový.

Povlak podľa vynálezu, obsahujúci veľké množstvo oxidov chrómu a hliníka, obsahuje chróm, hliník a molybdén v uvedenom množstve.

Film z oxidov chrómu a hliníka podľa vynálezu, vytvorený na povlaku po jeho dotvorení vplyvom účinku oxidácie, je silný a hutný a bude odolávať erózii a korózii, ku ktorej vedie pôsobenie vlhkej pary.

Na dosiahnutie dobrej priľnavosti povlaku k základnému materiálu je možné povlak podľa vynálezu pripraviť rozstrekovaním za tepla, použitím plameňa, oblúka, plazmy a/alebo ultrazvukového rozstrekovania, ale prednostne použitím oblúka, plazmy a/alebo ultrazvukového rozstrekovania.

Tak dôjde k povlaku podľa vynálezu k vytvoreniu vrstvy s dobrou priľnavosťou k základnému materiálu, oceľového povlaku obsahujúceho veľké množstvo oxidov, a povrchovej vrstvy, ktorá obsahuje hustý oxidačný film.

Aby na rozhraní medzi základným materiálom a povlakom nedošlo ku vzniku galvanickej korózie, hrúbka povlaku by mala byť minimálne 0,3 mm, výhodne však 0,5 mm. Hrúbka povlaku môže byť až 2,5 mm bez toho, aby dochádzalo k nežiaducemu vnútornému zmršťovaniu povlaku, ktoré by bolo sprevádzané jeho „zvonením“.

Vhodným príkladom povlaku je povlak, ktorý obsahuje 25 hmotn. % chrómu, 7 hmotn. % hliníka a 2 hmotn. % molybdénu. Hrúbka povlaku je v tomto prípade výhodne 0,5 mm.

Príkladom spôsobu vytvárania ochranného povlaku je postup, pri ktorom sa oceľ legovaná s 25 hmotn. % chrómu, 7 hmotn. % hliníka a 2 hmotn. % molybdénu tepelne rozstrekuje na povrch, ktorý má byť vybavený povlakom. Pritom vznikajú oxidy chrómu a hliníka, ktoré zostanú vnútri vzniknutej povlakovej vrstvy. Povlaková vrstva ďalej obsahuje oceľovú základnú hmotu, ktorou sú uvedené oxidy chrómu a hliníka obklopené. Po ukončení tepelného rozstrekovania sa takto vzniknutá povlaková vrstva vystaví oxidačnému účinku vzduchu na vytvorenie filmu oxidov chrómu a hliníka na jej povrchu. Intenzita rozstrekovania je výhodne v tomto prípade zvolená tak, aby hrúbka povlaku bola 0,5 mm.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ochranný povlak oceľových častí parnej turbíny, najmä skrine, deliacich rovín, potrubia a predhrievačov, vystavených v elektrárni korozívnemu a erozívnemu opotrebeniu spôsobenému horúcou mokrou parou, vyznačujúci sa tým, že obsahuje povlakovú vrstvu, vnútri ktorej sú oxidy chrómu a hliníka, ktoré sú obklopené oceľovou základnou hmotou vytvorenou oceľou legovanou chrómom a hliníkom, a na povrchu povlakovej vrstvy filmom oxidov chrómu a hliníka, pričom povlak obsahuje 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. až 15 hmotn. % hliníka.
2. 2. Povlak podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že ďalej obsahuje až 5 hmotn. % molybdénu.
3. 3. Povlak podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujú -.·· c i sa t ý m , že obsahuje 22 hmotn. % až 30 hmotn. % chrómu, 5 hmotn. % až 8 hmotn. % hliníka a až 3 hmotn. % molybdénu. ·;
4. 4. Povlak podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, v y značujúci sa tým, že jeho hrúbka je 0,3 mm až 2,5 mm.
5. 5. Povlak podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že jeho hrúbka je 0,5 mm.
6. 6. Spôsob vytvárania ochranného povlaku podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že oceľ legovaná s 20 hmotn. % až 45 hmotn. % chrómu a 5 hmotn. % až 15 hmotn. % hliníka sa tepelne rozstrekuje na povrch, ktorý má byť vybavený povlakom, za vzniku oxidov chrómu a hliníka, ktoré zostanú vnútri vzniknutej povlakovej vrstvy, ktorá ďalej obsahuje oceľovú základnú hmotu, ktorou sú uvedené oxidy chrómu a hliníka obklopené, a ďalej sa takto vzniknutá povlaková vrstva po ukončení tepelného rozstrekovania vystaví oxidačnému účinku vzduchu na vytvorenie filmu oxidov chrómu a hliníka na jej povrchu.
7. 7. Spôsob podľa nároku 6, vyznačujúci sa t ý m , že oceľ je ďalej legovaná až 5 hmotn. % molybdénu.
8. 8. Spôsob podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúci sa t ý m , že oceľ je legovaná s 22 hmotn. % až 30 hmotn. % chrómu, 5 hmotn. % až 8 hmotn. % hliníka a až 3 hmotn. % molybdénu.
9. 9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 8, vyznačujúci sa tým, že tepelné rozstrekovanie sa vykoná pomocou oblúka, plazmy alebo ultrazvuku.
10. 10. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 9, vyznačujúci sa tým, že sa vytvorí povlak s hrúbkou 0,3 mm až 2,5 mm.