inconel600材质密度硬度

煤气化作为一种洁净煤技术在我国 备受关注，同时该技术因对煤种适应性广、气化温度高、耗氧量少、单台设备能力 大、 有效气产量高、 环保效果好等特点具备了 最广阔的发展前景 。 但是， 煤粉气化炉烧嘴的使用寿命短， 正常周期为９０ ｄ 左右。 烧嘴在服役过程中常出 现冷去水盘管损坏， 中喷头物理磨蚀，热、化学、应力使外喷头受损等失效方式， 制约气化炉长周期运行， 并直接影响经济效益。 为此国内 科研院所对烧嘴结构设计、形式、材质等多方面进行研究， 期望提高其使用寿命。

宏观检查 ３ 号烧嘴宏观照片见图 １ 。 烧嘴头部表面存在大量黄褐色或黑色腐蚀产物， 中心孔周 围有径向 扩展的放射性裂纹， 裂纹长度在３～８ ｍｍ 左右。

维氏硬度测试 对烧嘴端面试样进行显微硬度测试， 测量结果见表１。 由试验结果知， 烧嘴头部中心孔处的 裂纹试样硬度低于烧嘴中间部位试样的硬度。

低倍形貌及金相组织分析 对烧嘴头部中心孔处和烧嘴头部中间位置进行低倍形貌观察， 结果见图 ２～ 图 ４。 由 图 １ 可见， 烧嘴头部的裂纹起源于中心孔， 沿中心孔的径向 向 外扩展； 由烧嘴外壁向内扩展， 裂纹内 嵌有较多腐蚀产物， 而在烧嘴中间部位试样未观察到裂纹。

所制的金相试样结果见图５～图８， 金相组织为γ 相， 未见异常。 中心孔处试样晶粒度为２～４ 级，且个别晶粒尺寸较大； 中部位置试样晶粒度为６ 级，晶粒非常细小均匀。 中心孔处试样裂纹尖端较为尖锐， 裂纹内存在较厚的腐蚀产物， 裂纹主要以沿晶方式扩展。

扫描电镜及能谱分析 对烧嘴头部中心孔处裂纹进行扫描电镜及能谱分析， 结果见图９ 及表２～ 表３。 中心孔处裂纹沿晶扩展， 裂纹内部存在腐蚀产物， 经能谱分析知该腐蚀 产 物中碳、硫、氧元素含量较高， 可见腐蚀产物主要为镍的硫化物和氧化物。

烧嘴中心孔内 煤粉、 水蒸汽和氧气三者混合物在高温下发生气化反应， 煤粉中的硫等杂质转变为硫化物存在于气化炉高温气氛中。 因 此， 硫在高温条件下与烧嘴头部的镍基合金发生反应， 硫原子优先沿镍基合金的晶界扩散形成硫化物 ， 形成沿晶扩展裂纹； 晶界上的 硫化物随后发生氧化形成氧化物， 所释放出来的 游离态硫在镍基合金未腐蚀的晶界继续扩散形成新的硫化物， 使硫化区域不断向纵深方向发展， 同 时裂纹不断沿晶界向 内 扩展并在裂纹内 部形成硫化物和氧化物。

烧嘴开裂原因分析 根据试验结果知， 烧嘴头部的 裂纹主要集中在中心孔周围， 裂纹起源于中 心孔处， 沿径向 呈放射状， 由外壁向 内 扩展， 裂纹长度在 ３ ～８ ｍｍ 之间。 烧嘴 头 部 （ Ｉｎｃｏｎｅｌ　６００ ） 的 化 学 成 分 符 合 ＡＳＴＭＢ５６４ 的相关要求。 烧嘴头部中心孔处的 硬度较中部无裂纹 处 的 硬 度 低， 中 心 孔 处 的 晶 粒 度 为 ２ ～４ 级、个别晶粒尺寸较大， 而中部无裂纹部位的晶粒 度为６ 级、晶粒非常细小均匀。 通过扫描电镜及能谱分析发现， 裂纹内 部的腐蚀产物主要为硫化物和氧化物。

根据以上分析认为， 烧嘴中心孔处温度较高， 在气化炉启停时因烧嘴头部冷却水不足， 出 现超温导致中心孔处的镍基合金局部晶粒长大， 过大晶粒引起硬度下降。 在高温条件下， 煤粉中的硫气化后形成硫化物而存在于气化炉的 气氛中， 烧嘴头部中心孔处的温度较高、环境最为恶劣， 该部位的镍基合金优先在硫的作用下发生高温硫腐蚀， 形成中心孔向外放射发展的裂纹， 且裂纹内 部充满了 硫化物和氧化物。 在反复启停过程中， 烧嘴中心孔处的热应力进一步加剧沿晶裂纹的 扩展， 使得烧嘴中心孔周 围的裂纹不断加深。

结论 该电站气化炉烧嘴裂纹为在高温条件下气化炉中的硫优先与镍基合金发生高温硫腐蚀造成的。 气化炉反复启停过程中， 中心孔处超温晶粒过大引 起硬度下降， 中心孔处的 热应力 进一步加剧裂纹的 扩展， 最终使得烧嘴头部中心孔处宏观开裂。 Ｉｎｃｏｎｅｌ６００ 在有硫环境中 易 发生腐蚀， 建议选用 耐硫腐蚀性能较好的高温合金， 如Ｉｎｃｏｎｅｌ　７４０ 等。