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(yīng)用與性能分析隨著火力發(fā)電機(jī)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(yán)苛。燃燒器噴口作為燃料與空氣混合的關(guān)鍵部件，長(zhǎng)期暴露在高溫、腐蝕性氣氛及高速氣流沖刷下，對(duì)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(jiǎn)稱(chēng)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(xué)成分設(shè)計(jì)

ZG35Cr24Si7NiN的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?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(qiáng)高溫強(qiáng)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(qiáng)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(shí)通過(guò)氮元素微合金化進(jìn)一步優(yōu)化性能。

 1.2 微觀組織與力學(xué)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(xì)化，抗熱疲勞性能顯著提升。  

- 高溫力學(xué)性能：在800℃下，抗拉強(qiáng)度≥220 MPa，屈服強(qiáng)度≥150 MPa，延伸率≥15%。  

- 抗氧化性：在900℃空氣中經(jīng)1000小時(shí)氧化試驗(yàn)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(jī)理

 2.1 典型工況分析

燃燒器噴口的工作溫度可達(dá)800-950℃，需承受以下復(fù)合應(yīng)力：  

- 高溫燃?xì)鉀_刷導(dǎo)致的磨蝕  

- 頻繁啟停引起的熱機(jī)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(zhǎng)期服役后易出現(xiàn)以下問(wèn)題：  

- 氧化膜剝落導(dǎo)致基體加速腐蝕  

- 高溫蠕變導(dǎo)致噴口結(jié)構(gòu)變形  

- 熱裂紋擴(kuò)展引發(fā)整體失效  

 3. ZG35Cr24Si7NiN在燃燒器噴口中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

 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(fù)合氧化層，有效阻隔氧擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)化機(jī)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(kuò)展能力。有限元模擬顯示，ZG35Cr24噴口的熱疲勞壽命可達(dá)3萬(wàn)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(shí)，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(yīng)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(fù)雜流道結(jié)構(gòu)的尺寸精度（CT6級(jí)）。  

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

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

某660MW超超臨界機(jī)組燃燒器噴口采用ZG35Cr24材料后：  

- 服役周期從12個(gè)月延長(zhǎng)至36個(gè)月  

- 停機(jī)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(lái)研究方向

- 增材制造技術(shù)：探索激光熔覆修復(fù)工藝，延長(zhǎng)噴口使用壽命。  

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

ZG35Cr24Si7NiN耐熱鋼通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化，在高溫強(qiáng)度、抗腐蝕性和抗熱疲勞性能之間實(shí)現(xiàn)了良好平衡，為高參數(shù)鍋爐燃燒器噴口的安全運(yùn)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(yīng)用前景將更加廣闊。