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火电厂锅炉耐热钢的选材及发展

第一篇：火电厂锅炉耐热钢的选材及发展火电厂锅炉耐热钢的选材及发展【摘要】火力发电是我国的主要发电方式之一，而超（超）临界发电是我国火力发电技术的主要发展方向。材料技术又是超（超）临界机组发展的关键问题，我国锅炉关键耐热材料主要依靠进口，对国外耐热钢有很大依赖性。因此，了解国际上高温材料的方向，开发新型耐热钢对我国超（超）临界锅炉的发展将起到重要的作用。本文汇总了比较先进的一些耐热钢的特点，为耐热钢的选材及研发提供参考。【关键词】超超临界；锅炉；耐热钢火电厂锅炉要使用大量金属材料，中高压锅炉机组受热面管常用珠光体耐热钢及18-8型粗晶粒奥氏体耐热钢制造。随着发电技术的发展，大容量、高参数火电机组近年来大量投入电网，现在超（超）临界机组已成为中国电力生产市场的主力机型。提高火力发电厂效率的最有效方法之一是提高锅炉蒸汽温度、压力等参数。而提高蒸汽参数遇到的主要难题是金属材料的问题。火电厂锅炉受热面管子与蒸汽管道常用的传统钢材及其特点中、高压锅炉机组受热面管子中，因水冷壁管和省煤器管温度较低，一般采用优质碳素结构钢就能满足需要，如20、20G钢，省煤器加装防磨瓦。过热器管和蒸汽管道一般采用合金钢管，常用的是1%-3%Cr系列的低合金耐热钢以及18-8型粗晶粒奥氏体耐热钢。主要钢种有：（1）15CrMo珠光体耐热钢，对应的美国钢号有T11、T12、P11、P12，德国的13CrMo44；（2）12Cr1MoV珠光体耐热钢，对应的美国钢号有T22、P22，类似的还有德国的10CrMo910；（3）12Cr2MoWVTiB珠光体耐热钢，也叫钢研102；（4）传统的18-8型粗晶粒奥氏体耐热钢0Cr19Ni9、1Cr19Ni11Nb，对应的美国钢号TP304H、TP347H。20、20G，属于低碳钢，塑性、韧性好，焊接性好，在450℃以下有足够的强度，在530℃以下具有满意的抗氧化性，但长期在450℃以上使用会发生珠光体球化和石墨化，降低蠕变极限和持久强度，引起爆管。15CrMo（T11、T12、P11、P12），由于铬元素提高了碳化物的稳定性，有效阻止了石墨化的倾向，但珠光体球化及合金元素再分配现象会导致材料的热强性下降，超过550℃时，热强性下降明显，抗氧化性变差。12Cr1MoV（T22、P22），有较高的热强性及持久塑性，580℃时表面形成致密氧化物保护膜，有足够的抗氧化性、良好的焊接性，长期运行会出现珠光体球化和合金元素再分配现象，降低热强性。12Cr2MoWVTiB（钢研102），有良好的综合力学性能，但其热强性对热处理比较敏感，要求热处理工艺严格控制，主要用于壁温不大于600℃的过热器管、再热器管，很少用于蒸汽管道。传统的18-8型粗晶粒奥氏体耐热钢0Cr19Ni9、1Cr19Ni11Nb（TP304H、TP347H），有很高的热强性及抗氧化性，高的耐腐蚀性，使用温度在650℃，但长期使用易发生蒸汽侧氧化皮剥落，造成小管径弯头堵塞爆管。超（超）临界锅炉对材料的要求超（超）临界锅炉对所用材料的热强性、抗高温腐蚀和蒸汽侧抗氧化能力都有更高的要求，所以研发新型锅炉用材料成为发展先进机组的技术核心。目前各国都在积极研发新型耐热材料，美国、日本都有较成熟的产品，我国近几年新建的大型机组使用的材料大多依赖于从国外进口。超（超）临界电站锅炉采用的国外新材料当前国内国际普遍采用和研制推广的耐热新钢种有以下几类：3.1新型细晶粒强韧化耐热钢（含铁素体耐热钢和马氏体耐热钢）T23：是在T22基础上，结合钢研102的优点改进的，通过降低C含量和添加W、V、Nb、B而获得的低碳、多元、高强度、高韧性的贝氏体型耐热钢。在600℃时强度比T22高93%，与钢研102相当，但含碳量更低，焊接性和加工性更好。T24：与T22的化学成分相比较，增加了V、Ti、B，减少了含碳量，焊接性能良好。T23、T24钢金相组织为贝氏体和马氏体。如果冷却速度极端缓慢得到铁素体和珠光体，力学性能会变坏。在超临界和超超临界压力锅炉中，水冷壁的壁温有时候会达到550℃。碳素钢不能满足需要，T23、T24成为水冷壁的最佳选材。T91：是改良的9Cr-1Mo型高强度马氏体耐热钢，是一种综合性能优异的9%Cr钢，该钢通过降低含碳量，添加合金元素V和Nb，控制N和Al的含量，使钢具有高的冲击韧性、热强性和抗腐蚀性。此外，该钢的线膨胀系数小，导热性好。主要用于亚临界参数、超临界参数锅炉中壁温不大于600℃的集箱及蒸汽管道，同时也是代替T22、P22的理想材料，是改造现役机组高温部件的理想替换材料。T92：是在T91的基础上通过减少Mo、增加W的含量，并控制B的含量得到的新型9%Cr的马氏体耐热钢，力学性能与T91相当，焊接性能有所改善。600～650℃的蠕变强