産業廃棄物焼却排ガス回収、高温溶融塩加熱システム、ボイラー排ガス熱交換装置では、316 ステンレス鋼加熱管は、高温酸化、固体粒子の研磨、酸性ガス腐食、交互の冷熱サイクルなどを組み合わせた過酷な使用環境にさらされます。-基材自体は中程度の高温耐食性を備えていますが、フライアッシュ、金属酸化物粒子、硫黄と塩素が混合した腐食性排ガスによる長期的な影響により、クロムに富む自然不動態皮膜が継続的に摩耗および破壊されます。-、高温酸化、露点酸腐食、エロージョン腐食-が引き起こされます。従来の有機および無機の防食コーティングは、長期にわたる高速粒子の衝撃や頻繁な熱衝撃に耐えることができず、亀裂、剥離、急速な保護機能の低下が発生しやすくなっています。-溶射合金コーティング技術は、高温溶解と高速衝撃蒸着によってチューブ表面に高性能のニッケル-ベース、コバルト-ベース、または鉄-ベースの合金保護層を堆積させ、冶金学的に結合したコンパクトな絶縁バリアを形成します。同時に高温酸化、粒子浸食、酸性媒体の浸透にも耐性があり、超-過酷な高温-腐食-作業条件下でチューブを加熱するための高度な表面強化方法として機能します。多くの企業は、チューブの壁厚を増やすか、単純な表面不動態化処理を採用するだけですが、機械的摩耗と高温化学腐食の組み合わせに根本的に耐えることができず、加熱チューブ束の早期の穴あき故障が頻繁に発生します。-したがって、過酷な高温の排ガスや溶融塩の環境で加熱管の耐用年数を延ばすには、溶射材料の合理的な選択と標準化された溶射プロセス制御が重要です。{30}}
溶射合金コーティングは、物理的バリア、耐高温酸化性、機械的耐摩耗性の複合保護メカニズムに基づいて、耐食性および耐摩耗性の保護を実現します。-まず、緻密な合金コーティングがステンレス鋼の基材を高温の排ガス、固体粒子、酸性凝縮物から完全に隔離し、硫黄、塩素、酸素元素の拡散チャネルをブロックして、高温の粒界酸化と母材の酸エッチングを回避します。-第二に、クロム、アルミニウム、ニッケルが豊富な合金成分は、高温使用条件下で安定した緻密な Cr₂O₃ および Al₂O₃ 保護酸化膜を自発的に形成します。これにより、軽度のコーティング欠陥を自己修復し、さらなる酸化膨張を抑制できます。-第三に、溶射皮膜の高硬度で緻密な層状構造により、表面耐摩耗性が大幅に向上し、高速固体粒子の衝撃を効果的に緩衝し、長期にわたる流体侵食によって引き起こされる不動態皮膜の剥離を防ぎます。-さらに、コーティングと基材の熱膨張係数を一致させることにより、頻繁な熱サイクル下でのコーティングの亀裂や剥離のリスクが大幅に軽減されます。不適切な前処理、不当な溶射パラメータ、または不一致の合金粉末タイプは、コーティングの多孔性、不十分な結合力、残留内部応力などの欠陥を引き起こし、これらが優先的に腐食媒体の侵入経路となり、代わりに基材の局所的な腐食を促進します。
この研究では、316 ステンレス鋼加熱管の溶射合金コーティング保護のための 4 つの標準化された実装戦略を提案します。まず、使用温度と腐食性媒体の特性に基づいて溶射合金材料を選択します。連続温度が 550 度未満で、低濃度の硫黄-排ガスが発生する作業条件では、優れた耐酸化性と適度な耐摩耗性を備えたニッケル-合金粉末が推奨され、従来のボイラー廃熱回収加熱管に適しています。高密度の飛灰粒子浸食と強酸腐食を伴う 550 度を超える高温環境では、コバルト-ベースの自己融剤合金粉末が採用され、超-高い硬度、耐摩耗性、耐熱衝撃性を実現します。塩化物浸透のリスクが強い溶融塩加熱システムの場合は、塩化物イオンの浸透をブロックする緻密なアルミナ保護層を形成できるアルミニウム-複合合金コーティングが選択されます。炭素鋼-ベースのスプレー パウダーは、コーティング欠陥とステンレス鋼基材の間の電解腐食を避けるため、高腐食作業条件では固く禁止されています。-
第二に、コーティングの接着性能を保証するために、段階的な表面前処理を厳密に実施します。アルカリ脱脂、超音波洗浄、高圧純水すすぎにより、表面のグリース、溶接酸化スケール、錆層、残留不動態化汚染物質を除去します。-角張った茶色のコランダム砥粒を使用してサンドブラストを実行して、チューブ表面に均一なアンカーテクスチャーを形成し、表面粗さを60〜100μm以内に制御して、コーティングと基材間の機械的連動を最大化します。二次酸化や表面汚染を防ぐため、サンドブラスト後は4時間以内に溶射を完了してください。コーティング応力亀裂を容易に誘発する鋭いエッジを除去するために、溶接継ぎ目、曲がった移行セクション、およびクランプ位置を局所的に精密に研削する必要があります。表面に油、ほこり、酸化膜が残っていると、局所的な塗装の剥離や隠れた腐食欠陥の原因となります。
第三に、高速溶射プロセス パラメータを最適化し、コーティングの構造品質を制御します。{0}高速酸素燃料スプレー技術を採用してコーティングの気孔率を最小限に抑え、スプレー距離、燃料圧力、粉末供給速度を調整して合金粒子を均一に堆積させます。単層の厚さが過剰になりコーティングの熱応力亀裂が発生するのを避けるために、マルチパス往復スプレー モードを設定します。-腐食や摩耗の程度に応じて、総コーティング厚を200μmから500μmの間で制御します。スプレー後、低温応力除去熱処理を行ってコーティング内の残留熱応力を除去し、交互の温度サイクル下での亀裂の発生を防ぎます。複雑に束ねられた加熱チューブの場合は、小角度の回転スプレー器具を使用して、チューブの隙間や固定接触位置に死角を生じさせずに完全にスプレーできるようにします。-
4 番目に、スプレー後のシーリング処理を実施し、フルサイクルのコーティング検査とメンテナンスの仕組みを確立します。{0}{1}溶射皮膜に固有の小さな細孔を高温耐性の無機シーラントで密閉し、腐食性ガスや凝縮水の浸透に対するバリア性能をさらに向上させます。-工場出荷前に塗膜の外観検査、膜厚検査、気孔率検査、接着強度の抜き取り検査を実施。ピンホール検出器を使用して微小な欠陥をスクリーニングし、追加のシーリング処理でピンホールや局所的な薄い領域を修復します。-現場での作業中は、風上浸食エリアと露点が発生しやすい位置のコーティングの完全性を 6 か月ごとに定期的に検査してください。-部分的な剥離、磨耗、コーティングの欠陥に対しては、局所的なサンドブラストや溶射による補修を適時に行ってください。通常の超音波肉厚検出を組み合わせて、コーティングの下の基板の腐食を監視します。コーティングの破損領域が 15% を超える場合は、大面積の基板の高温-腐食-漏れを避けるために、全体的な再コーティングの改修を計画します。
現場での産業検証により、溶射合金でコーティングされた 316 ステンレス鋼加熱管は、高温の排ガスや粒子侵食環境において貫通破壊を起こすことなく 35 か月以上継続して動作できることが示されています。{2}}対照的に、コーティングされていない加熱管は、4～9 年以内に深刻な高温浸食による減肉や局所的な酸腐食による漏れが発生します。{4}結論として、作業条件に適応する合金粉末の選択、標準化された表面前処理、正確な溶射パラメータ制御、およびコーティング後のシーリング メンテナンスにより、高性能の耐摩耗性および耐高温性の保護バリアを構築できます。{{9}溶射合金コーティング技術は、高温の化学腐食と粒子の機械的侵食による結合損傷に抵抗するステンレス鋼基材の限界を効果的に克服し、廃棄物焼却、ボイラー排ガス、溶融塩の工業用熱交換システムで使用される 316 ステンレス鋼加熱管に信頼性の高い長寿命の表面防食ソリューションを提供します。--。
