超超临界锅炉用新材料及对焊接接头的要求_王萍
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超（超）临界锅炉用新型铁素体耐热钢的焊接杨富1赵建仓2李为民3任永宁3（1.中国电力企业联合会，北京，100761；2.苏州热工研究院，江苏苏州，215004；3.北京电力建设公司，北京，100024）摘要：本文分析了超临界、超超临界锅炉件用新型耐耐热钢的焊接性，对电力行业焊接典型的新型耐热钢SA335-P91的经验进行了总结，提出了我国发展超临界、超超临界机组锅炉面临的新型耐热钢及其焊接的技术问题及解决思路。
关键词：超（超）临界新型铁素体耐热钢焊接1 前言随着超（超）临界火电机组锅炉蒸汽参数的提高，所用钢材逐渐变化，级别逐步提高，仅以受热面管、主蒸汽管为例：由含Cr≤3％的低合金耐热钢→含9%～12%Cr的铁素体（含珠光体、贝氏体、马氏体）耐热钢→含18%～25％Cr的奥氏体耐热钢，钢材的合金含量逐步提高。
对于Cr≤3％的低合金耐热钢，如：12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、10CrMo910、钢102钢等的焊接技术，在电力行业已有50余年的历史，积累了宝贵的经验。
目前12%Cr的F11、F12钢在大机组锅炉中已不采用，但由于20世纪60年代国产125MW、300MW机组的主蒸汽管选用的是F11、F12钢，故F11、F12钢的焊接技术已被电力行业有关单位掌握。
为适应今后300MW至1000MW级的亚临界、超临界和超超临界压力机组焊接技术的发展需要，T23/P23、T24、T/P91、T/P92、T/P122等新型铁素体耐热钢成为焊接主要钢种。
2 电力行业焊接P91新型铁素体耐热钢的历史回顾对9％Cr的新型铁素体耐热钢T91/P91的应用和焊接，在电力行业，是自1996年原电力部电力规划设计总院管道小组提出“关于我国火电厂主蒸汽管道采用P91钢的建议”开始的[1]，至2000年短短的5年，新建和扩建的火力发电机组中，P91钢被用作主蒸汽管道的已超过20台机组。
进入21世纪之后，使用量则迅速增加。
超临界_超超临界锅炉选材用材
(5) N F12 钢和 SAV E12 钢 :正在开发中的耐 热钢 ,通过 Ta 、Nb 等合金化 ,使 600 ℃的强度提高 到了 650 ℃,并已经在实验室得到验证 。 1. 2 新型奥氏体锅炉用钢
新型奥氏体锅炉用不锈钢主要分为 18 %Cr 、 20 %～25 %Cr 两大系列 。
TP310 HCbN ( HR3C)
732
2 超临界/ 超超临界锅炉用材料选 择
材料高温性能 ,主要衡量指标有 :高温蠕变强 度 、热疲劳 、耐腐蚀 、以及抗氧化能力 。在选用材 料上 ,既要考虑材料的高温性能 ,又要考虑材料的 工艺性能和综合经济性能 。铁素体钢一般可以用 于 600 ℃以下锅炉热交换管 ,但在 620 ℃以上时 , 铁素体钢抗高温烟气腐蚀和高温氧化的能力有 限 ,一般选用奥氏体钢 。奥氏体钢主要用在过热 器/ 再热器管的出口段 ,在这一管段 ,除了蠕变强 度外 ,抗氧化和烟气腐蚀成为重要考虑的因素
9 %Cr 系列 (1) T91/ P91 (9Cr1MoVNb) 钢 : T91/ P91 钢 具有高的强度和韧性 、抗热疲劳性能 ,作为 620 ℃ 以下的过热器 、再热器 、联箱和主蒸汽管道用钢 , 在世界范围内已经得到广泛的应用 。 (2) 9Cr22W (N F616 或 T92/ P92) 钢 :在 T91/ P91 基础上 ,以 W 取代了部分 Mo 而得到的新钢 种 ,已 经 列 入 ASM E 规 范 CASE2179 。比 T91/ P91 具有更高的许用应力 。可用于 620 ℃以下的 过热器 、再热器 、联箱和主蒸汽管道 。 (3) E911 钢 : 是一种欧洲牌号 ,其成分和性 能与 N F616 (或 T92) 相近 。 12 %Cr 系列 一般当温度在 620 ℃以上时 ,9 %Cr 钢的抗氧 化性能不能满足要求 ,需使用 12 %Cr 钢或不锈 钢。 ( 1 ) X20CrMoV121 和 X20CrMoWV121 ( H T91) 钢 :在欧洲曾得到大量的应用 ,但是其焊 接性能较差 。 (2) HCM12 (12Cr1Mo1WVNb) 钢 : 在 H T91 的基础上通过降碳以提高焊接性能 ,以及 W 、V 、 Nb 合金化而形成的 ,是一种δ铁素体/ 马氏体双 相钢 。具有良好的焊接性能 、高温强度和抗氧化 腐蚀性能 ,适用于 600 ℃以下锅炉部件 。 (3) 12Cr22W ( HCM12A 或 T122/ P122) 钢 : 在 HCM12 基础上用 W 取代更多的 Mo ,并添加 1 %的 Cu 而 得 到 的 一 种 新 型 钢 种 , 已 经 列 入 ASM E 规 范 CASE2180 。其 蠕 变 强 度 进 一 步 提 高 ,在 600 ℃时许用应力比 T91 提高约 25 % ,并 因为消除了δ铁素体而使韧性得到提高 。该钢种 特别适用于 620 ℃以下的厚壁部件 。 (4) TB12 (12Cr0. 5Mo1. 8WVNb) 钢 :在 T92 基础上 ,通过增加 Cr 含量以进一步提高抗高温蒸 汽氧化 ,调整固溶强化元素 Mo 、W 等元素含量以 改善提高综合性能而得到新型钢种 。
超超临界锅炉用钢SA-335P92焊接工艺研究
超超临界锅炉用钢 SA-335P92焊接工艺研究摘要：简述超超临界锅炉用钢SA-335P92的性能特点，为了满足超超临界锅炉机组SA-335P92的焊接接头性能，详细介绍应采用的焊接工艺措施。
实践证明，通过控制施焊工艺，采取焊前预热，焊后热处理以及控制现场施工周围环境，可以得到满足性能要求的接头。
关键词：SA-335P92,热处理，焊接工艺，接头性能随着我国火力发电以发展高效率，节能，低污染的超零界，超超零界机组为主要趋势，目前所使用的锅炉容量越来越大，应用和开发价格低廉，但是高强度，焊接工艺性能好的材料依然是整台机组的关键。
目前，超超临界机组要求过热器出口蒸汽温度已高达605℃，远超过P91材料极限使用温度585℃，所以SA335-P92应运而生，这种材料的强度，焊接性能以及裂纹倾向等方面的特殊性，如何在现场焊接中确保高质量的焊缝，是确保机组运行安全的重要一环。
1.SA335-P92钢的成分和性能SA335-P92钢金相组织为回火马氏体，合金总含量≥12%，其主要成分以9Cr-1Mo为基础，P92相对P91钢其材料的化学成分中C,S,P等有所降低，W,V,Nb等微量合金元素有所增加，因而使其金相组织细化，强度及韧性得到提高，但焊接性能较差，在正火及焊接状态下金相组织极易改变，产生晶粒细化不均匀，导致塑性下降。
另SA335-P92钢焊接接头焊后经765±5℃，4小时热处理，如果热处理工艺执行不规范，可能造成焊接接头冲击韧性下降，因此在现场焊接时焊接接头易产生脆硬组织和延迟冷裂纹。
其主要化学成分和主要力学性能见表1和表2所示。
C Cr Mn V Mo Ni0.07-0.138.50-9.500.30-0.600.15-0.250.30-0.60≤0.40Nb Si B S P Fe0.04-0.09≤0.50.001-0.006≤0.010≤0.020余量表1 SA335-P92钢的化学成分（%）屈服极限(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率δ%冲击功硬度(HB)≥440≥620≥20%31kv/J≤220表2 SA335-P92钢的主要力学性能1.SA335-P92钢焊接工艺及热处理工艺要求2.1设备、焊接材料及人员设备采用逆变直流焊机。
超临界电站锅炉用新型耐热钢 92钢的焊接经验
N
Mn + Ni
0,04
0,08
&℃]
YS [MPa]
20
450
600
231
TS [MPa]
620 - 850 267
延伸率 A 5
[%]
17 ---
冲击, ISO-V
[J]
41 ---
Requirements on filler metals for welding of the creep resistance steels E911 and P92
保温时间 [h]
Influence of the PWHT-condition to the toughness of the all weld metal for P92 and E911
焊后热处理规范对P92 及 E911钢全焊缝金属冲击韧性的影响
C冲V击NC[VJ]Na[tJ]+ +2020癈℃
温度 [℃]
All weld metal: Thermanit MTS 3 / Marathon 543 wire : 3,0 mm; Iw = 350 A; Uw = 29 V; Ti = 250°C
温度对Thermanit MTS 3 / Marathon 543埋弧焊全焊缝冲击韧性的影响
1. 母材的稀释率对冲击韧性影响比较大、稀释越小、冲击越高 2. 采用小电流、窄焊道、窄坡口、小坡口角度的焊接技术比较好
YS, TS [MPa] 60 min/1050℃ 淬火,空冷
1200
AC3 CVN HB [J]
250 350
1000
HB
TS
800
YS
CVN
600
TSmin
超超临界锅炉焊接监理质量控制要点
超超临界锅炉焊接监理质量控制要点摘要本文介绍了西北某燃煤电站2×660MW超超临界锅炉焊接特点、技术措施、质量把关等，重点从原材料、焊接工艺、检查检验等角度，监理严格质量控制，确保锅炉严密性。
对类似电站工程中如何认真细致、规范标准地做好焊接监理管理工作、促进工程质量提升，有积极的借鉴意义。
关键词超超临界锅炉焊接特点技术措施质量控制一、焊接特点2.1西北某燃煤电站2×660MW超超临界机组工程位于宁夏东北部，分别为#3、#4共两台机组，采用EPC总承包建设模式。
春秋风沙大，早晚温差大，每年10月中旬进入冬季施工，冬季气温降温较快最低温度为-24℃。
由于气候的影响导致现场焊接施工环境比较艰难。
2.2本工程单机锅炉水压焊口48218只，承压部件的钢材种类较多，主要有：12Cr1MoVG、15CrMoG、SA-213T91、SA-213T92、SA-210C、SA-335P91、SA-335P92、S30432、SA-213TP310HCbN、A672B70CL32、15NiCuMoNb5-6-4等。
2.3锅炉受热面地面组合焊口占总焊口的30%，炉上焊接焊口位置不佳，容易出现错口，折口等现象。
2.4现场高合金大口焊接特点及技术难点：1）口径大，管壁厚，焊接作业时间长，焊工容易疲劳作业。
2）高合金钢大口径焊接对焊前预热、充氩保护工作要求比较严格。
3）大口焊接根部夹渣若不及时清理会导致整个焊缝不合格。
4）因焊工个人技能问题在大口盖面过程中会出现同一个焊口有不同的焊道出现，导致焊缝成型不良或局部未焊满现象。
5）冬季施工期较长，高合金大口焊接温度和环境温度控制成为该项工作的重点。
6）P/T91/92材质焊口焊接时间和热处理时间长，因此焊接质量、硬度、金相、光谱作为重点控制和监督项目。
二、热力管道介质技术参数三、主要焊接方法措施3.1锅炉受热面鳍片密封焊接措施1）密封焊施工流程如下（预热适用于需要进行焊前预热的部件）：2）检查施工方法及要求（1)鳍片切割要求为防止锅炉爆管，管排鳍片切割工必须进行岗前考试，考试合格后现场制作上岗证，持证上岗避免未经考核人员私自施工。
超(超)临界锅炉用新型耐热钢的焊接及热处理
亚临界火电机组蒸汽参数： P=16~19 MPa，T= 538℃/ 538℃或T= 540℃/ 540℃。
当蒸汽参数超过水临界状态点的参数
（P=22.129MPa，T=374.12℃），统称为 超临界机组，（Supercritical）以（SC） 表示。一般超临界机组的蒸汽压力为 24~26MPa，其典型参数：P=24.1 MPa、 538℃/ 538℃；我国正在建造的600MW超 临界机组的参数为：P=25.4MPa、 538℃/ 566℃；或 P=25.4MPa、 566℃/ 566℃。
800MW×2，900MW×2） • 全国装机容量超过1000MW电厂130座，
其中火电104座，水电22座，核电4座
5
• ★2020年全社会用电达到45000～52000亿千瓦时 左右,需要装机11亿千瓦左右。 我国电力发展的基本方针是:提高能源效率， 保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电， 优化发展煤电，积极发展核电，适度发展天然气 发电，鼓励新能源发电。
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污
染的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界（USC）。
7
但是，CFBC、PFBC、IGCC等技术 处于试验或示范阶段，在我国近期广泛 发展是不现实的。
从技术难度和现实性看，SC和USC 配以常规的烟气净化装置已公认是一种 洁净煤发电技术，是优化煤电结构的主 要方向。符合当前中国的实际情况。
10
2010年前预计建造： • 600MW超临界机组约130台
• 超超临界机组 600MW 10台（营口2台，阚山2台，河源 2台，芜湖2台，铁岭2台） 1000MW 38台（玉环4台，邹县2台，外 高桥三期2台，泰州2台，宁海2台，绥中 2台，海门2台，平海2台，莱州2台，天 津北疆4台，句容2台，蒲圻2台，北仑港 2台，哈三2台，谏壁2台，古城2台，乌 沙山2台,宁德2台）
700℃超超临界机组用国产新型耐热钢及其焊接材料
电力装机容量和全年发电量均占世界第二位， 这标志着我国电力工业上了一个新台阶。我国 电力工业取得了举世瞩目的成就，有力地支撑 了国民经济快速健康发展对电力的需求。
2020/10/28
2011年，全国在运百万千瓦超超临界火电机组已经达 到40余台。其中宁夏灵武电厂二期工程百万千瓦机组 是世界上首个百万千瓦超超临界空气冷却发电机组项 目，将促进我国富煤、贫水地区电力工业的可持续发 展。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展， 但USC机组用高温高强度钢材、焊材国产化研制和应 用性能研究工作薄弱，因此，完善600℃、开发700℃ 超超临界机组用钢和焊材及其性能随温度、使用时间、 变化规律的研究，已成为发展 USC技术的关键。
2020/10/28
四、完善600℃USC机组的关键技术—— 新型耐热钢的开发、焊接及热处理
USC机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、 压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效 率的影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主 要关键技术是金属材料及焊接材料的耐高温、 高压及焊接和热处理问题。
2020/10/28
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污染 的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界 （USC）。但是，CFBC、PFBC、IGCC等技 术处于试验或示范阶段，在我国近期广泛发展 是不现实的。
2020/10/28
从以上电源结构发展情况可以看出，火电比重 随核电、可再生能源比重的增加而减少，但到 2020年前，我国以火电为主的电源结构不会 发生根本次能源以煤炭为主，所以我国的能 源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会 经济的可持续发展。
超临界与超超临界汽轮机组用材
超临界与超超临界汽轮机组用材随着能源结构的转变和电力行业的快速发展，超临界和超超临界汽轮机组在火力发电厂的应用越来越广泛。
这些高性能机组对用材的要求极为严格，需要克服高温、高压、高腐蚀等复杂环境带来的挑战。
本文将深入探讨超临界与超超临界汽轮机组用材的关键技术和运行效果。
自20世纪下半叶以来，超临界和超超临界汽轮机组用材经历了从传统金属材料到新型耐高温、耐高压、抗腐蚀材料的演变。
虽然这些机组用材在高温、高压等严酷条件下表现出一定的性能，但仍存在易腐蚀、热疲劳性能差等问题。
为了满足超临界和超超临界汽轮机组在高温、高压、高腐蚀环境中的稳定运行，一些关键技术尤为重要。
耐高温材料：耐高温材料如镍基合金和钴基合金具有优良的高温强度和抗蠕变性能，能够适应高温环境。
耐高压材料：耐高压材料如钛合金和锆合金具有良好的加工性能和高温强度，能够承受高压条件。
抗腐蚀材料：抗腐蚀材料如不锈钢和镍基合金具有优异的耐腐蚀性能，可抵抗各种腐蚀性介质的侵蚀。
在选择超临界与超超临界汽轮机组用材时，需要综合考虑材料的性能、制造成本和机组安全性。
通过材料的选择和优化，可以降低制造成本，提高机组的安全可靠性。
设计流程包括材料筛选、部件设计、模拟分析和试验验证等步骤。
首先根据机组运行条件筛选适合的材料，然后针对所选材料进行部件设计，并利用有限元分析等手段进行模拟分析，最后通过试验验证确定最终设计方案。
制造工艺对机组用材的性能和稳定性有着重要影响。
加工、焊接、热处理等环节都需严格把控。
例如，加工过程中要确保材料的精度和质量；焊接时采用低氢焊接方法，避免产生焊接裂纹；热处理则能够改善材料的力学性能，提高机组的运行效率。
实际运行效果是评价机组用材好坏的关键指标。
超临界与超超临界汽轮机组用材在高温、高压、高腐蚀环境下表现出的稳定性和耐久性，直接决定了机组的运行效果。
通过实际运行案例和数据分析，我们可以得出以下采用耐高温材料如镍基合金和钴基合金的机组，在高温环境下仍能保持良好的强度和稳定性，大大提高了机组的运行效率。
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图3堆焊支承辊现场超声波探伤5堆焊支承辊的实际生产应用和跟踪服务经堆焊修复的大型支承辊已陆续上机使用,较早修复的78t支承辊已经使用7个周期,过钢量接近60万;t108t支承辊使用3个周期(周期为两个月)过钢量65万;t72t支承辊使用4个周期,轧制钢材46万;t 40t支承辊也使用了3个周期,对堆焊支承辊的实际使用情况,用户普遍反映良好。
堆焊支承辊上机使用后跟踪服务,经表面硬度检测和堆焊层无损探伤显示,辊面及堆焊层内部质量均保持良好,堆焊层与辊体结合面未发现异常。
6结论大型支承辊的堆焊修复成功,充分验证了自主设计、制造的成套大型工艺装备的有效性和合理性。
堆焊层的优异质量说明采用的材料、工艺是合适的。
实际上,堆焊修复大型支承辊是一项系统工程,尤其是一支训练有素的职工队伍显得更为重要,因为大型支承辊堆焊工作量大、周期长,不仅要求操作人员过硬的技术水平,更要求他们具有高度的工作责任心和对质量一丝不苟的苛求精神。
另外,供电保证、设备保驾、后勤保障都要周密安排,做到万无一失,丝毫的疏漏都会造成严重的后果。
(收稿日期20060320)作者简介:曹叶,1982年出生,大专,助理工程师。
超超临界锅炉用新材料及对焊接接头的要求哈尔滨锅炉厂有限责任公司(150046)王萍李宜男哈尔滨工业大学(150001)王守革摘要介绍了超超临界锅炉采用的一些高温蠕变性能、高温抗氧化性能更好的新型材料,并概述了国内用于超超临界锅炉的新材料的成分及性能,简述了对新材料焊接接头的基本要求和焊接工艺要点。
关键词:超超临界锅炉马氏体钢奥氏体钢高温蠕变性能NE W M ATERI ALS APPL I ED I N ULTRA S UPERCR I TI CAL BO I LER ANDREQUI RE M ENTS FOR W ELDED JO I NTSH arb i n Bo iler C o mpany L i m ited W ang P i n g,L i Y i.nanH arb i n I nstitute o fTechno logy W ang ShougeAbstract T he paper i ntroduced some new m ater i a lsw it h good h i gh te m perature creep and ox i dati on res i stance,wh i ch w ere appli ed i n u ltra supe rcr iti ca l bo il er.T he chem ical com position and m echan i ca l properti es o f t he new ma teria l s w ere su mm ar i zed.T he basic require m en ts f o r w e l ded j o i n ts and we l d i ng procedure w ere i ntroduced.K ey word s:u ltra supercritical boiler,m artensite stee,l au sten itic stee,l h igh te m perature creep0概述超超临界锅炉由于温度及压力的提高,对主要部件的抗蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀性能等都提出了更苛刻的要求。
目前在超超临界锅炉主要部件的制造中,除选用亚临界锅炉常规选用的SA-335P91(SA-213T91)、S A-213TP304H、SA-213TP347H等材料外,还选用了一些高温蠕变性能、高温抗氧化性能更好的新型材料,如SA-335P92(SA-213T92)、SA-335P122(SA-213T122)等新型马氏体钢和SU-PER304H、SA-213TP347H FG、SA-213TP310H CbN、XA704、TE MPALOY A-1、TE M PALOY AA-1和TE M-P ALOY A-3等新型奥氏体钢。
中国超超临界锅炉的制造虽然起步较晚,但发展迅速。
从2003年玉环1000MW超超临界锅炉项目开始实施起,目前中国实施中的1000MW及600MW超超临界锅炉项目已有20余台。
这里仅对超超临界锅炉常用的4种新材料SA-335P92(SA-213T92)、SA -335P122(SA-213T122)、SUPER304H、SA-213TP310HCbN对焊接接头的要求和焊接工艺要点进行简述。
4种新材料的化学成分见表1。
表1用于超超临界锅炉的几种新材料的化学成分(%)材料牌号C S i M n P S N i Cr F eS A-335P122(S A-213T122)0.07~0.14[0.50[0.70[0.020[0.010[0.5010.00~12.50余量S A-335P92(S A-213T92)0.07~0.13[0.500.30~0.60[0.020[0.010[0.408.50~9.50余量S U PER304H0.07~0.13[0.30[1.00[0.040[0.0107.50~10.5017.00~19.00余量SA-213TP310HCbN(HR3C)0.04~0.10[0.75[2.00[0.030[0.03017.00~23.0024.00~26.00余量材料编号Cu M o V Nb N B A l WS A-335P122(S A-213T122)0.30~1.700.25~0.600.15~0.300.04~0.100.040~0.100[0.005[0.0401.50~2.50S A-335P92 (S A-213T92))0.30~0.600.15~0.250.04~0.090.030~0.0700.001~0.006[0.0401.50~2.00S U PER304H2.50~3.50))0.30~0.600.05~0.120.001~0.0100.003~0.030)SA-213TP310HCbN(HR3C))))0.20~0.600.15~0.35)))1目前国内超超临界锅炉采用的新材料简介1.1SA-335P92(SA-213T92)SA-335P92(SA-213T92)钢是在SA-335P91 (SA-213T91)钢的基础上,适当降低了M o元素的含量,同时加入了一定量的W以将材料的钼当量(M o+ 0.5W)从P91钢的1%提高到约1.5%,该钢还加入了微量的硼。
经上述合金化改良后,与9%Cr系列的其他常用耐热钢相比,其耐高温腐蚀和抗氧化性能相似,但高温强度和蠕变性能大大提高。
1.2SA-335P122(SA-213T122)P122是在X20Cr M o V121的基础上开发出来的一种新型铁素体钢,使用状态下的组织为完全回火马氏体。
通过增加C r含量提高了该钢的耐高温腐蚀性能,同时添加少量的B以及用W代替部分M o来提高该材料的高温蠕变强度。
通过添加适量的Cu来抑制D铁素体的形成,使该钢具有良好的韧性。
1.3SUPER304H在SA-213TP304H的基础上加入适量阻止奥氏体晶粒长大的Cu,Nb,N等元素,开发出了18C r-9N i-3Cu-Nb-N(S UPER304H)经济型奥氏体钢。
该材料是在ASME SA-213TP304H的基础上使SU-PER304H具有较细的晶粒尺寸,从而达到高温强度、长期塑性以及抗腐蚀性能的最佳组合。
其优越的高温蠕变强度不是靠贵重的合金元素W和M o的强化获得,而是通过廉价的Cu,Nb,N,由富Cu相的Cu,Nb,N(C、N)M23C3质点的弥散强化获得。
SUPER304H为提高高温蠕变强度添加了3%左右的Cu,并通过复合添加的Nb和N,力求获得高强度和高韧性。
1.4SA-213TP310HCbN(HR3C)超超临界锅炉的过热器管的工作状况更加恶劣,要求具有更高的抗腐蚀性能的部位,一般选用SA-213TP310H不锈钢。
SA-213TP310H不锈钢,高C r, N i含量,抗高温腐蚀性能良好,但是其高温蠕变强度不理想,其高温许用应力只等于或小于普通的S A-213TP304H不锈钢。
而且普通SA-213TP310H钢还存在R相析出后产生的脆性问题。
为了提高SA-213TP310H钢的高温性能,日本住友公司在对SA-213TP304H研究中发现,在基体中析出的细小的Nb-C r N氮化物,对TP310H钢强化同样很有效。
因此在TP310H不锈钢中添加N,Nb元素开发了SA-213TP310H CbN(HR3C)钢。
SA-213TP310HCbN(25Cr-20N i-Nb-N)钢与普通的SA-213TP310H钢化学成分区别仅在于添加了0.20%~0.60%的Nb和0.15%~0.35%的N,使得新钢种的高温性能大大提高。
其蠕变断裂强度的提高主要是在钢时效过程中析出了NbCr N。
NbC r N氮化物非常细小而且特别稳定,即使长时间时效,组织也很稳定,大大提高了蠕变断裂强度。
同时加入微量的N可以抑制R相的形成,有效地改善韧性。
SA-213TP310HCbN钢高温抗腐蚀性能(抗蒸汽氧化性能)良好,其许用应力比普通的SA-213TP310H钢有很大地提高。
2超超临界锅炉新材料焊接时对焊接接头的要求2.1焊缝金属与母材的化学成分相当对于耐热钢来说,焊接接头应具有与母材金属基本相同的高温抗氧化性。
为此焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。
所说的基本一致是指C r, M o,W等主要元素,对于P,S等杂质元素,为减少热裂纹的倾向应尽量控制在较低的水平。
在保证高温性能的前提下,为改善焊接性,焊接材料的含C量可稍低于所焊母材。
2.2焊缝金属与母材强度相当耐热钢焊接接头不仅应具有与母材金属基本相等的室温和高温短时强度,而且更重要的是应具有与母材相近的高温蠕变性能。
对超超临界锅炉新型耐热钢接头性能的要求见表2。
表2超超临界锅炉新材料对焊接接头性能的要求材料牌号常温力学性能抗拉强度Rm/M P a屈服强度Re L/M P a断后伸长率A(%)冲击吸收功AkV(常温)/J使用温度下的许用应力室温T/e R/M Pa硬度(HB)P122\630\530\17\3162064225~270 P92\630\530\17\3162070HR3C\655)\30)65069)SUPER304H\590)\35)6209165078)2.3焊缝金属的组织与母材相当对于马氏体和奥氏体耐热钢来说,为保证其焊接接头长时间高温运行过程中的蠕变性能,应严格控制熔敷金属中D铁素体的含量。