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Development of novel protective high temperature coatings on heat exchanger steels and their corrosion resistance in simulated coal firing environment

Rohr, Valentin (2005) Development of novel protective high temperature coatings on heat exchanger steels and their corrosion resistance in simulated coal firing environment. (Développement de revêtements pour les aciers d'échangeurs thermiques et amélioration de leur resistance à la corrosion en environnement simulant les fumées de combustion de charbon.)

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Prix Léopold Escande 2005 (more)

Abstract

Afin d'augmenter leur rendement, les centrales thermiques sont amenées à élever leur température de fonctionnement. Ceci nécessite une amélioration de la résistance à la corrosion des matériaux constitutifs des échangeurs de chaleur. Ainsi, l'objet de cette étude est de développer des revêtements anticorrosion à partir du procédé de cémentation activée. Deux types d'aciers pour échangeurs de chaleur ont été étudiés : un acier austénitique contenant 17% Cr et 13% Ni, et trois aciers ferrito-martensitiques avec des teneurs en chrome de 9 (P91 et P92) et 12 % (HCM12A). L'acier austénitique fut aluminisé à 950 °C. En revanche, la température de cémentation fut réduite jusqu'à 650 °C pour les ferrito-martensitiques, afin de conserver leur microstructure initiale. Deux types de revêtements aluminiures, composés de Fe2Al5 et FeAl ont ainsi été élaborés. Un mécanisme de formation des revêtements à basse température est proposé. D'autre part, la mise au point d'un revêtement bicouche composé de Fe enrichi en Cr + Al4Cr a été réalisée à plus haute température, en combinant la cémentation en caisse avec le traitement thermique conventionnel du P91. La résistance à la corrosion des aciers nus et revêtus est comparée à partir d'essais simulant les fumées de combustion du charbon. Ces essais ont été menés pour des durées variant de 300 à 2000 h entre 650 et 700 °C. Cette étude montre notamment que les revêtements apportent une protection significative contre la corrosion haute température. En définitive, il apparaît que la durabilité des aciers 9-12 % Cr revêtus dépend plus de l'interdiffusion entre le revêtement et le substrat que de la tenue en corrosion. ABSTRACT : Improving the efficiencies of thermal power plants requires an increase of the operating temperatures and thus of the corrosion resistance of heat exchanger materials. Therefore, the present study aimed at developing protective coatings using the pack cementation process. Two types of heat exchanger steels were investigated: a 17%Cr/13%Ni austenitic steel and three ferritic-martensitic steels with 9 (P91 and P92) and 12 %Cr (HCM12A). The austenitic steel was successfully aluminised at 950 °C. For the ferritic-martensitic steels, the pack cementation temperature was decreased down to 650 °C, in order to maintain their initial microstructure. Two types of aluminides, made of Fe2Al5 and FeAl, were developed. A mechanism of the coating formation at low temperature is proposed. Furthermore, combining the pack cementation with the conventional heat treatment of P91 allowed to take benefit of higher temperatures for the deposition of a two-step Cr+Al coating. The corrosion resistance of coated and uncoated steels is compared in simulated coal firing environment for durations up to 2000 h between 650 and 700 °C. It is shown that the coatings offer a significant corrosion protection and, thus, an increase of the component lifetime. Finally, the performance of coated 9-12 % Cr steels is no longer limited by corrosion but by interdiffusion between the coating and the substrate.

Department or laboratory:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Monceau, Daniel and Schütze, Michael
Uncontrolled Keywords:Revêtements par diffusion - Matériaux pour échangeurs de chaleur - Cémentation en caisse - Aciers à 9-12 % Cr - Corrosion haute température. KEYWORDS : Diffusion coatings - Heat exchanger materials - Pack cementation - 9-12 % Cr steels - High temperature corrosion.
Subjects:Materials science > Materials deterioration : corrosion, oxidation
Materials science > Coating and surface preparation
Deposited On:02 March 2006

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