電廠鍋爐用耐熱鋼ZG35Cr24Si7NiN燃燒器噴口ZG35Cr24Si7NiN耐熱鋼在電廠鍋爐燃燒器噴口中的應用與性能分析隨著火力發(fā)電機組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，鍋爐燃燒器噴口的工作環(huán)境日益嚴苛。燃燒器噴口作為燃料與空氣混合的關(guān)鍵部件，長期暴露在高溫、腐蝕性氣氛及高速氣流沖刷下，對材料的耐熱性、抗蠕變性和抗熱疲勞性能提出了要求。ZG35Cr24Si7NiN（以下簡稱ZG35Cr24）作為一種高性能奧氏體耐熱鑄鋼，憑借其優(yōu)異的綜合性能，逐漸成為超臨界、超超臨界鍋爐燃燒器噴口的優(yōu)選材料。

1. ZG35Cr24Si7NiN的材料特性

 1.1 化學成分設(shè)計

ZG35Cr24Si7NiN的化學成分（質(zhì)量分數(shù)%）為：  

- Cr（24%）：形成致密Cr?O?氧化膜，提高抗氧化和抗硫化腐蝕能力。  

- Ni（7%）：穩(wěn)定奧氏體組織，增強高溫強度和抗?jié)B碳性。  

- Si（1.2-1.8%）：改善抗高溫氧化性能，抑制晶界腐蝕。  

- N（0.15-0.25%）：固溶強化，提升材料硬度和抗蠕變能力。  

該成分體系在高溫下形成穩(wěn)定的奧氏體基體，同時通過氮元素微合金化進一步優(yōu)化性能。

 1.2 微觀組織與力學性能                                電廠鍋爐用耐熱鋼ZG35Cr24Ni7SiN燃燒器噴口

- 組織特征：鑄態(tài)下為奧氏體基體+少量碳化物（M??C?型）。經(jīng)1150℃固溶處理后，碳化物溶解，晶粒細化，抗熱疲勞性能顯著提升。  

- 高溫力學性能：在800℃下，抗拉強度≥220 MPa，屈服強度≥150 MPa，延伸率≥15%。  

- 抗氧化性：在900℃空氣中經(jīng)1000小時氧化試驗后，氧化增重≤1.5 mg/cm2，優(yōu)于傳統(tǒng)Cr20Ni14Si2材料。  

2. 燃燒器噴口的服役環(huán)境與失效機理

 2.1 典型工況分析

燃燒器噴口的工作溫度可達800-950℃，需承受以下復合應力：  

- 高溫燃氣沖刷導致的磨蝕  

- 頻繁啟停引起的熱機械疲勞  

- 煙氣中H?S、SO?等介質(zhì)的腐蝕  

- 煤粉顆粒的沖蝕磨損  

 2.2 傳統(tǒng)材料的局限性

早期使用的Cr-Mo系耐熱鋼（如ZG40Cr25Ni20）在長期服役后易出現(xiàn)以下問題：  

- 氧化膜剝落導致基體加速腐蝕  

- 高溫蠕變導致噴口結(jié)構(gòu)變形  

- 熱裂紋擴展引發(fā)整體失效  

 3. ZG35Cr24Si7NiN在燃燒器噴口中的應用優(yōu)勢

 3.1 抗高溫氧化性能

Cr和Si元素的協(xié)同作用使材料表面形成連續(xù)致密的SiO?-Cr?O?復合氧化層，有效阻隔氧擴散。實驗表明，其在900℃下的氧化速率較傳統(tǒng)材料降低40%以上。

 3.2 抗熱疲勞性能

奧氏體基體與氮固溶強化機制的結(jié)合，顯著提升了材料在熱循環(huán)（ΔT=600℃）下的抗裂紋擴展能力。有限元模擬顯示，ZG35Cr24噴口的熱疲勞壽命可達3萬次以上。

 3.3 抗沖蝕與耐腐蝕性能

高硬度（HRC≥28）及高Cr含量使材料在含灰分氣流中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗沖蝕性。同時，Ni元素的存在抑制了硫化物引起的晶界脆化，腐蝕速率降低至0.05 mm/年以下。

4. 制造工藝與工程應用案例

 4.1 鑄造與熱處理工藝

- 精密鑄造：采用熔模鑄造保證噴口復雜流道結(jié)構(gòu)的尺寸精度（CT6級）。  

- 熱處理規(guī)范：1150℃×4h固溶處理+水冷，消除鑄造應力并優(yōu)化組織。  

 4.2 工程應用效果                                          電廠鍋爐用耐熱鋼ZG35Cr24Ni7SiN燃燒器噴口

某660MW超超臨界機組燃燒器噴口采用ZG35Cr24材料后：  

- 服役周期從12個月延長至36個月  

- 停機檢修頻率降低60%  

- 熱變形量控制在0.5 mm以內(nèi)（原材料為2-3 mm）  

5. 未來研究方向

- 增材制造技術(shù)：探索激光熔覆修復工藝，延長噴口使用壽命。  

- 多尺度模擬：結(jié)合分子動力學與宏觀力學模型，優(yōu)化材料成分設(shè)計。  

ZG35Cr24Si7NiN耐熱鋼通過合理的成分設(shè)計與工藝優(yōu)化，在高溫強度、抗腐蝕性和抗熱疲勞性能之間實現(xiàn)了良好平衡，為高參數(shù)鍋爐燃燒器噴口的安全運行提供了可靠保障。隨著清潔燃煤技術(shù)的發(fā)展，該材料的應用前景將更加廣闊。