超临界材料
超超临界机组主要零部件材料国产化情况介绍
05
CHAPTER
国产化进程中的成功案例和 经验教训
成功案例介绍
华龙一号
东方电气
作为国内自主研发的第三代核电技术，华龙 一号的成功研制和商业化运行，标志着我国 在超超临界机组主要零部件材料国产化方面 取得了重大突破。通过自主研发和科技创新， 实现了关键材料的国产化，降低了成本，提 高了机组的经济性和竞争力。
加工制造技术
超超临界机组零部件的制造精度要求 极高，需要高精度的加工设备和制造 工艺，这给制造企业带来了很大的挑 战。
市场竞争和国际贸易环境的影响
市场竞争激烈
超超临界机组主要零部件材料的国产化 市场竞争非常激烈，国内企业需要不断 提高产品质量和技术水平，以应对国际 竞争对手的挑战。
VS
国际贸易环境的不确定性
06
CHAPTER
未来展望和建议
加强技术研发和人才培养
建立产学研合作机
制
鼓励企业与高校、研究机构建立 长期合作关系，共同开展技术研 发和人才培养。
培养专业人才
加大对超超临界机组技术研发和 生产领域的人才培养力度，提高 专业人才素质。
引进先进技术
积极引进国际先进技术，加强消 化吸收再创新，提高国产化率和 技术水平。
优化产业结构和布局
调整产业结构
鼓励企业加大技术改造和升级力度，优化产 品结构，提高产品质量和技术含量。
培育优势企业
重点培育一批具有国际竞争力的超超临界机组生产 企业，推动产业集聚和升级。
促进产业链协同发展
加强产业链上下游企业间的合作与协同，形 成优势互补、共同发展的良好格局。
推动政策支持和资金投入
超超临界机组主要零部件材料 国产化情况介绍
目录
CONTENTS
超临界萃取技术
1．超临界流体萃取的简介超临界流体萃取(Supercritical fluidextraction，简称SFE)是用超临界条件下的流体作为萃取剂，由液体或固体中萃取出所需成分(或有害成分)的一种分离方法。
超临界流体(Supercritical fluid，简称SCF)是指操作温度超过临界温度和压力超过监界压力状态的流体。
在此状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低表面张力等特性。
因此SCF具有良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。
常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等．其中以二氧化碳最为常用。
由于SCF在溶解能力、传递能力和溶剂回收等方面具有特殊的优点．而且所用溶剂多为无毒气体．避免了常用有机溶剂的污染问题。
早在100多年前，人们就观察到临界流体的特殊溶解性能，但在相当长时间内局限于实验室研究及石油化工方面的小型应用。
直到20世纪70年代以后才真正进入发展高潮。
1978年召开了首届专题讨论会，1979年首台工业装置投入运行，标志着超临界萃取技术开始进入工业应用。
超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统额液-液萃取或浸取相比，有以下优点：①萃取率高；②产品质量高；③萃取剂易于回收；④选择性好。
1．超临界萃取的基本原理1．1．超临界流体特性所谓超临界流体（SCF），是指一类压强高于临界压强Pc,温度高于临界温度Tc，的流体，这种流体既不是液体，也不是气体，是一类特殊的流体。
超临界流体的物性较为特殊。
表1将超临界流体的这些物性与气体、液体的表1超临界流体的物性及与普通流体物性的比较相应值作了比较。
从表中可以看出：①超临界流体的密度接近于液体密度，而比气体密度高得多。
另一方面．超临界流体是可压缩的，但其压缩性比气体小得多；②超临界流体的扩散系数与气体的扩散系数相比要小得多，但比液体的扩散系数又高得多；③超临界流体的粘度接近于气体的粘度，而比液体粘度低得多。
超(超)临界锅炉用新型耐热钢简介
P91钢冷却转变曲线
73
返 回
9
F11、F12的开发 德国于60年代开发，用于壁温达610℃ 的过热器和壁温达650℃的再热器以及壁温 为540℃～560℃的联箱和蒸汽管道，但其含 碳量高，焊接性差。目前已不生产。 典型的新型铁素体耐热钢T91/P91钢的开发 T91/P91钢的研制成功具有划时代意义。 成功地把电站锅炉蒸汽温度参数提高到 593℃～610℃。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
许用应力与温度的关系曲线
12
T92与奥氏体钢在高温下许用 应力的对比
许用应力 （Kg/cm2） NF616 SUS321H SUS347H NF616/ SUS321H NF616/ SUS347H 600℃ 8.7 6.9 7.8 1.26 1.12 625℃ 6.8 5.2 5.7 1.31 1.19 650℃ 4.8 3.9 4.2 1.23 1.14
58
热影响区的Ⅳ型裂纹 P91这类铁素体耐热钢在高温长期 运行中，往往会在焊接热影响区的 “细晶区”（AC3附近或AC3—AC1区间） 出现一种无明显塑性变形的低应力蠕 变断裂，造成焊接接头蠕变断裂寿命 低于母材的现象。英国人按裂纹产生 位置分类方法，称这种裂纹为Ⅳ型裂 纹。
59
在焊缝范围内发生的裂纹称为Ⅰ 型裂纹；在焊缝内发生，但可延伸到 热影响区的裂纹，称为Ⅱ型裂纹；在 邻近熔合区的热影响区发生的裂纹， 称为Ⅲ型裂纹；在邻近母材的热影响 区发生的裂纹称为Ⅳ型裂纹。
2 过热器、再热器 ★过热器、再热器管的金属壁温比蒸汽温 度高出达25℃~39℃（我国规定为50℃）。 ★在燃煤含硫量低、烟气腐蚀性较小的条 件下，仅从蠕变断裂强度考虑，当蒸汽温 度为538℃（壁温580 ℃ ），选用T22钢；
超超临界机组关键材料的研制现状
02
03
韧性
抗蠕变性
材料应具有良好的韧性，以抵抗 因温度变化和机械应力引起的脆 化。
在高温和压力作用下，材料应具 有较好的抗蠕变性能，以防止因 长时间运行而产生的变形。
环境适应性
适应高温高压环境
超超临界机组在高温高压环境下运行，因此关键材料应能够 适应这种极端环境。
适应水蒸气环境
材料应能够抵抗水蒸气的腐蚀和冲刷，以确保机组的长期稳 定运行。
熔炼技术
1 3
真空熔炼
通过高真空度条件下的熔炼，去除材料中的气体和杂质，提 高材料的纯净度。
电渣重熔
2
利用电流通过渣池产生的高温将金属熔化，再通过缓慢冷却
凝固，提高材料的致密度和纯净度。
悬浮熔炼
利用高频电磁场将金属熔体悬浮在空中，避免与容器接触， 减少杂质污染。
轧制技术
热轧
将熔炼后的材料加热至高温，然后通过轧机进行轧制，使材料变形并获得所需的形状和尺寸。
化学性能
耐腐蚀性
01
超超临界机组关键材料应具有优良的耐腐蚀性能，以抵抗高温
高压水蒸气和氧化剂的腐蚀。
抗氧化性
02
材料应具有良好的抗氧化性能，以防止在高温下氧化反应的发
生。
抗疲劳性能
03
由于机组在运行过程中会受到周期性的机械应力和热应力，因
此材料应具有较好的抗疲劳性能。
力学性能
01
高温强度
超超临界机组在高温下运行，因 此关键材料应具有较高的高温强 度，以确保机组的稳定运行。
特性
具有优异的高温强度、抗蠕变性 能、抗氧化性能和良好的热稳定 性，能够在高温高压环境下长期 稳定运行。
关键材料的种类与用途
种类
超(超)临界机组新型材料及其特性
光谱培训班讲义超（超）临界机组新型材料及其特性山西省电力公司电力科学研究院一、超（超）临界机组及其用钢二、超（超）临界机组部分新型材料标准简介三、超（超）临界机组新型材料特性简介二〇一四年十一月超（超）临界机组新型材料及其特性一、超（超）临界机组及其用钢特点1、超（超）临界机组参数火力发电机组锅炉的参数：2、超（超）临界机组的用钢某一600MW超临界机组的用钢实例：锅炉部分四大管道部分汽机部分3、超超临界(USC)机组新型耐热钢应用概况：主蒸汽管道选用HCM12A（P122）的日本超超临界机组电厂锅炉制造厂容量MW汽机参数主蒸汽管过热器管（不锈钢）投入运行时间橘湾Tachibanawan2 日立BHK1050 25/600/610 HCM12A SUPER304H 2001.07舞鹤Maizun1 900 24.5/595/595 HCM12AHR3CSUPER304H2004.08常陆那珂Hitachinaka1日立1000 24.5/600/600 HCM12A SUPER304H 2003.12 矶子Isogo（新#1）600 25.5/600/610 HCM12A SUPER304H 2002.04敦贺2号TSSURUGA2# 700 24.1/593/593 HCM12AHR3CSUPER304H2000.10芩北2号REIHOKU2# 700 24.1/593/593 HCM12AHR3CSUPER304H2003.07野5号HIRONO5# 700 24.5/600/600 HCM12AHR3CSUPER304H2004.07东厚真4号700 25/600/600 HCM12A SUPER304H 2002.06 日本超（超）临界机组使用NF616（P92）的情况No. 出厂年代数量制造商火力发电站锅炉功率蒸汽条件1 1996年小口径管13吨石川岛播磨重工业新日铁/东海7号147MW566℃/538℃/16.6MPa2 1997年小口径管147吨石川岛播磨重工业电源开发/橘湾1号1050MW600℃/610℃/25MPa3 1998年大口径管*60吨巴布科克日立电源开发/橘湾2号1050MW600℃/610℃/25MPa合计220吨*：尺寸Φ500×70t，Φ596.9×97t，Φ635×106tP92钢在欧洲电站项目应用实例国家项目名称内径×壁厚（mm）部件主蒸汽温度（℃）蒸汽压力（bar）安装时间丹麦VESTRAFT3#机组240×39直管主蒸汽560 250 1996年丹麦NORDJYLLANDSET 160×45 集箱582 290 1996年德国KIEL/GKWESTFALEN480×28159×27集箱循环蒸汽545650531801997年1998年丹麦AVEDORE 2/ELKRAFT400×25490×30主蒸汽管道580（主蒸汽）600（再热蒸3001999-2001年目前我国正在建造的600MW和1000MW级超超临界(USC)（压力P=25~26.5MPa，温度t=600/600℃）机组数台，根据有关资料介绍，拟采用的新型耐热钢方案有多种，现归纳整理出三方案，仅供参考。
超临界及超超临界机组新型材料及用钢实例（方安千）
超临界及超超临界机组新型材料及⽤钢实例（⽅安千）光谱培训班讲义超（超）临界机组新型材料及其特性⼭西省电⼒公司电⼒科学研究院⽅安千⼀、超（超）临界机组及其⽤钢⼆、超（超）临界机组部分新型材料标准简介三、超（超）临界机组新型材料特性简介⼆〇⼀三年三⽉超（超）临界机组新型材料及其特性⼀、超（超）临界机组及其⽤钢特点1、超（超）临界机组参数⽕⼒发电机组锅炉的参数：2、超（超）临界机组的⽤钢某⼀600MW超临界机组的⽤钢实例：锅炉部分四⼤管道部分汽机部分3、超超临界(USC)机组新型耐热钢应⽤概况：主蒸汽管道选⽤HCM12A（P122）的⽇本超超临界机组电⼚锅炉制造⼚容量MW汽机参数主蒸汽管过热器管（不锈钢）投⼊运⾏时间橘湾Tachibanawan2 ⽇⽴BHK1050 25/600/610 HCM12A SUPER304H 2001.07舞鹤Maizun1 900 24.5/595/595 HCM12ASUPER304H2004.08常陆那珂Hitachinaka1⽇⽴1000 24.5/600/600 HCM12A SUPER304H 2003.12 矶⼦Isogo （新#1）600 25.5/600/610 HCM12A SUPER304H 2002.04敦贺2号TSSURUGA2# 700 24.1/593/593 HCM12AHR3CSUPER304H2000.10芩北2号REIHOKU2# 700 24.1/593/593 HCM12AHR3CSUPER304H2003.07野5号HIRONO5#700 24.5/600/600 HCM12AHR3CSUPER304H2004.07 ⽇本超（超）临界机组使⽤NF616（P92）的情况No. 出⼚年代数量制造商⽕⼒发电站锅炉功率蒸汽条件1 1996年⼩⼝径管13吨⽯川岛播磨重⼯业新⽇铁/东海7号147MW566℃/2 1997年⼩⼝径管147吨⽯川岛播磨重⼯业电源开发/橘湾1号1050MW600℃/610℃/25MPa3 1998年⼤⼝径管*60吨巴布科克⽇⽴电源开发/橘湾2号1050MW600℃/610℃/25MPa合计220吨*：尺⼨Φ500×70t，Φ596.9×97t，Φ635×106t P92钢在欧洲电站项⽬应⽤实例国家项⽬名称内径×壁厚（mm）部件主蒸汽温度（℃）蒸汽压⼒（bar）安装时间丹麦VESTRAFT直管主蒸汽560 250 1996年丹麦NORDJYLLANDSET 160×45 集箱582 290 1996年德国KIEL/GKWESTFALEN480×28159×27集箱循环蒸汽545650531801997年1998年丹麦AVEDORE 2/ELKRAFT400×25490×30主蒸汽管道580（主蒸汽）3001999-2001年600（再热蒸⽬前我国正在建造的600MW和1000MW级超超临界(USC)（压⼒P=25~26.5MPa，温度t=600/600℃）机组数台，根据有关资料介绍，拟采⽤的新型耐热钢⽅案有多种，现归纳整理出三⽅案，仅供参考。
1000MW超超临界机组四大管道材料选择论述(精)
一般说来，适合于高温管道的材料，在其工作温度下的105
h蠕变强度值，应能达到90~100MPa，同时要求管道材料的热胀系数比较小，且导热系数较大，从而能降低管道内外壁的应力差。对于P92和P122钢材，
和P92接近，运行105
h后P122冲击韧性降低明显，P92和E911也明显降低。
从焊接方面比较，P92、P122和E911三种钢材均为新材料，降低焊缝的脆性是一个重要的技术问题，需要从焊材和工艺方面进行解决，W的含量有一定影响。P92和P122比E911需要更长的焊后热处理时间，来保证焊缝韧性。焊缝裂纹的敏感性，P92与E911接近，但作为12Cr钢的P122在焊接上会有更大的难度。焊缝的强度在短时间内与母材相当，但在长时间的运行中，在热影响区存在IV型裂纹倾向，强度降低30%，所以，在工程进行的同时，应对焊接接头的长期性能进行研究，并提出相应的监督和措施和手段，保证焊接接头的安全。
对于超超临界机组的主蒸汽管道，抗氧化性能也是一个关键问题，P92、P122和E911三种耐热钢材的抗蒸汽氧化性能，主要取决于Cr和Si的含量，P92和E911的含Cr量都是9%，其抗氧化能力相近，P122含Cr量为12%，抗氧化能力较P92和E911稍强。由于超超临界机组蒸汽温度提高，蒸汽侧氧化和氧化层剥落问题，比亚临界机组和普通超临界机组严重，国外超超临界机组中有因为严重的蒸汽氧化问题被迫降参数运行的情况，问题主要在过热器和再热器，对于600°C以下运行的主蒸汽管道，由于金属壁温的波动不频繁，氧化层剥落的可能性较小，运行一段时间后，氧化速率逐渐下降达到平衡，所以9%Cr钢可以
由于目前的试验未达到105
h，ASME规范中现在的数据是日本新日铁和住友公司根据短时间蠕变断裂数据外
超超临界材料讲义
TPRI
2.锅筒（汽包）（二）
2.2材料的种类（见表1）
表1 汽包常用材料的牌号 钢号及技术条件 20g、22g（GB713） 12Mng（GB713） 19Mn5、19Mn6 SA299 15MnVg（GB713） 类 似 钢 号 20K、22K（ΓOCT）；SB42、SB46、SB49（JIS）； HⅡ（DIN）；11474.1（ČSN） 10Γ（ΓOCT）；13Mn6（DIN）；SM21（日本）； 12MF4（NF） 16Mng、19Mng（GB713）；17Mn4（DIN）；SPV36 （JIS）；16ΓC（ΓOCT）；SA299（ASME） A299（ASTM） A255（ASTM） A302（ASTM）、BHW38（德国）
14MnMoVg（GB 713） 18MnMoNbg（GB713）
13MnNiMo54（BHW35）、 13MnNiMoNb
TPRI
3.超超临界锅炉新型水冷壁管材料（一）
3.1 对材料的要求 高的高温强度：拉伸、蠕变、持久强度、持久塑性、疲劳 高的抗氧化腐蚀性 高的组织稳定性
良好的工艺性能：热、冷加工性能及焊接性能
TPRI
4.主（再热）蒸汽管
TP304H、TP321H、TP316H、TP347H、TP347HFG、Super304H
HR3C（25Cr-20Ni-Nb-N）
(3) 奥氏体耐热钢： Cr18-Ni8（主要用于超临界、超超临界锅炉）
TPRI 4.主（再热）蒸汽管道、高温联箱（四）
Rm（MPa） ≥510 ≥585
δ 2″（％） 硬度（HB） ≥20 ≥20 ≤220 ≤250
TPRI
3.超超临界锅炉新型水冷壁管材料（四）
超临界材料发泡 -回复
超临界材料发泡-回复
超临界材料发泡指的是通过调节材料的温度和压力，使其进入超临界态（临界点以上的高温高压状态），在此状态下将材料快速喷出或注射到模具中，随着压力的突然降低，材料迅速发生聚合反应，从而形成泡沫材料的制造过程。
这种制造方法的优点在于可获得高质量的泡沫材料，具有优良的物理性能、低密度、高强度和高稳定性。
此外，在制造过程中不需要使用有机溶剂和膨胀剂，避免了环境污染和安全隐患。
超临界材料发泡技术已被广泛应用于各种领域，如建筑材料、空气净化、汽车制造、食品包装等。
超临界 新型发泡材料 产业政策
超临界新型发泡材料产业政策分析一、超临界新型发泡材料概述超临界流体技术是指在临界点以上的高温、高压条件下工作的流体技术。
超临界流体具有密度小、粘度小、扩散系数大等特点，是一种独特的新型材料。
超临界流体技术已经被广泛应用到制备发泡材料的研究和生产中，为制备新型发泡材料提供了新的思路和方法。
超临界发泡材料具有密度低、孔隙率高、特性良好等优点，可广泛应用于轻质结构材料、隔热材料、吸音材料、过滤材料等领域。
二、超临界新型发泡材料产业政策分析1. 政策支持政府出台扶持政策，支持超临界新型发泡材料产业的发展。
这些政策包括财政补贴、税收优惠、科研项目资助等多种措施，鼓励企业加大对超临界新型发泡材料的研发投入，推动产业发展。
2. 技术创新政策鼓励企业加大技术创新力度，加强对超临界流体技术的研究和应用。
支持企业加强与高校、科研院所的合作，共同攻关超临界新型发泡材料的关键技术，推动产业向高端、智能化方向发展。
3. 市场扶持政策鼓励企业积极开拓市场，拓展超临界新型发泡材料的应用领域。
支持企业加强市场营销力度，培育新型发泡材料的市场需求，促进产业链的健康发展。
4. 国际合作政策鼓励企业加强国际合作，开展技术交流与合作。
支持企业积极参与国际标准制定，提高超临界新型发泡材料的国际竞争力，推动产业向国际化发展。
三、发展趋势1. 技术水平不断提高随着政策的支持和企业的努力，超临界新型发泡材料的技术水平将不断提高。
从产品结构、原材料选择、制备工艺等方面不断进行创新，推动超临界新型发泡材料产业朝着高端化、智能化方向发展。
2. 应用领域不断扩大随着市场需求的增加，超临界新型发泡材料的应用领域将不断扩大。
在建筑材料、汽车制造、航空航天等领域，超临界新型发泡材料将有更广泛的应用，为相关产业提供了新的发展空间。
3. 国际竞争力逐步增强通过国际合作和技术创新，超临界新型发泡材料产业的国际竞争力将逐步增强。
在国际市场上，超临界新型发泡材料将逐渐获得更多的认可和应用，推动产业向国际化发展。
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假如机组的温度参数达到610 ℃以上，在汽轮 机中必须使用大量奥氏体钢，甚至镍基合金，如 TP316H 、 G18B 、 A286 、 Discalloy 、 R26 、 Nimonic 80A 和Incone1X － 750 等，这些钢或合金在电站中 的使用性能尚 待进一步 改善，是 今后的发展 方 向。 3． 3 锅炉水冷壁管用钢 随着蒸汽参数的提高，水冷壁钢管的工作压 力和温度也提高了，如 USC 机组的膜式水冷壁管 要求能在 500 ℃～550 ℃下工作，此时常用的贝氏 体－铁素体钢 13CrMo44 和 10CrMo910 等持久强度 过低。同时大型水冷壁管排在现场焊接时不能预 热和焊后热处 理，要求 这类钢具 有良好工艺 性 能，焊接热影响区的硬度不能大于 360HV 。日本
图1
汽轮机用钢 10 万 h 持久强度
b－ 20CrMoV121
a－ 10CrMo910
c／ d －12CrMo WNbN101 c － 18CrMo W2 ％CrMoV d －E911 e －HF616
a－ 1 ％0CrMoV c－ T91／ P91
1
引言
超临界机组参数并不是按部就班地由低向高 发展的，而是经历了一个高－低－高的过程，其 1949 ～ 1956 年间原苏联 中材料因素起重要作用。 4 ～34 MPa 、600 ℃～650 ℃ 和西德分别投运了 29． 参数的 USC （超级超临界 ） 机组，美国在 50 年代末 也投运了两台 USC 机组，其中 EDDYSTONE 1 号机 3 MPa 、649／ 566 ℃、容量 325 MW ， 组参数为 34． 最具代表性。这台机组 1959 年试运至 1968 年按 设计参数运行，后主要因材料问题，参数降至 31 MPa 610／ 557 ℃，到 1983 年共运行了 130520 h ，取 得了商业性运行的大量宝贵经验。 在开发初期，过高的蒸汽参数超越了当时的 技术水平，特别是材料问题影响了 USC 机组的正 常运行和发展。早期 USC 机组直接搬用航空、燃 气轮机用材料，使用了大量的奥氏体钢。奥氏体 钢与铁素体钢相比具有高的热强性，但其热膨胀 系数大，导热性差，抗应力腐蚀能力低，制造工 艺性能差，生产成本高，不能适应火电站锅炉、 汽轮机 的使用特点：零部件截面大、 使用期限 长、启停频繁，因此在运行中出现许多问题。60 1 MPa 538 ℃ 年代后，不得不将蒸汽参数降至 24． ～566 ℃。直至 80 年代，大量铁素体耐热钢开发 630 ℃范围内替代了奥氏体钢， 成功，在 580 ℃～ 才使蒸汽参数再次提高，目前国外已能批量生产 28 ～ 31 MPa 、566 ℃～ 580 ℃或 24 ～ 25 MPa 、593 ℃ 600 ℃的机组，并具有良好的可靠性和灵活性。 ～ 这一时期火电材料开发重点是蒸汽参数 600 ℃ 以下的汽轮机尽量不用奥氏体钢，锅炉尽量少用
～
0． 090 0． 030
～
1． 10 1． 50
－
0． 001
≤
0． 020
≤
0． 010
～
P92） （T92／ HCM12A A335 ASTM A213 0． 13 0． 07
～
9． 50 10． 0
～
0． 60 0． 25
～
0． 25 0． 15
～
0． 09 0． 04
～
0． 070 0． 040
593
122
转子、 叶片
X18CrMo WNbB91
德＊
0． 10
10． 0
0． 20
0． 05
0． 03
B
0． 60
～ 0． 25
0． 12
～ 12． 5
9． 5
～ 1． 40
0． 70
～ 0． 25
0． 20
～ 0． 18
0． 05
－
0． 005 0． 03 0． 30
～ 1． 50
600
120
奥氏体钢，并提高和改进过热器和再热器用奥氏 体钢管性能。本文主要阐述 USC 机组及其材料技 术的进展。
2
新型铁素体钢开发成功促进超级 超临界机组重新发展
1 MPa 、538 ℃～566 ℃停滞了 蒸汽参数在 24． 20 余年，这时期正是改进和开发新型铁素体钢和 改进过、再热器用奥氏体耐热钢的过程。一大批 12 ％Cr 热强性较高、工艺和使用性能良好的 9 ％～ 型钢研制和使用成功。如以持久强度 100 MPa 来 评估钢的性能，新开发的铁素体钢比原用钢种的 70 ℃ 使用温度提高了20 ℃～ （见图1 、图2）
190
超临界及超超临界发电技术文集 管等需要焊接，对钢的工艺性能要求更高，为降 1 ％左右，甚至 低焊后硬度，常将含 C 量降至 0． 更低。这类型钢的牌号和化学成分、许用应力见 3。 表1 ～ 3． 2 锅炉过、再热器用奥氏体钢管 以前国外锅炉管子温度超过 580 ℃常使用奥氏 Cr 铁素体钢管使用 体钢管，近来新型 9 ％～12 ％ 650 ℃，但在 USC 机组中管子温 温度可达 625 ℃～ 度超过此范围 仍需使用 奥氏体钢 。原来常用 的 304H 、 347H 等奥氏体钢管存在高温强度较低、内 表面易被蒸汽氧化的问题。日本几家钢管公司针 对上述问题开发出一些用于 650 ℃～750 ℃的新型 奥氏体钢。 3． 2． 1 内表面细晶粒的18 － 8 奥氏体钢管 钢管内壁受高温高压蒸汽作用被氧化。在细 晶粒组织中氧化膜和基体金属间铬原子沿晶界作 短程扩散，可形成均匀、连续的抗蒸汽继续氧化 的 Cr2O 3 薄层。而一般奥氏体钢晶粒较粗大，铬原 子需作长程扩散，来不及形成 Cr2O 3 膜，只能形成 3 O 2 膜。内表面细晶 不能防止继续氧化的 （Fe ，Cr） 化处理方法有两种：一是内壁喷丸或冷作硬化再 经特殊热处理；二是采用含 Ti 钢管，内充氮气， 并使内表面渗氮，形成细小的 TiN ，防止固溶处理 时晶粒长大。 3． 2． 2 细晶粒的 TP347H 奥氏体钢管
～
0． 100 0． 064
～
2． 50 0． 68
～
1． 70 0． 50
～
0． 16
～
12． 2
～
0． 73
～
0． 28
～
0． 19
～
0． 082
～
2． 00
～
2． 90
～
0． 010
～
0． 012
～
0． 004
超临界及超超临界发电技术文集
表2
牌号
400 450 500 550 575 600 625 650
超临界及超超临界发电技术文集
189
超临界和超级超临界火电机组用新材料
赵中平
（ 上海发电设备成套设计研究所，上海 200240） 摘要 ： 近 年成功开 发了 580 ℃ ～630 ℃ 下使用 的铁素 体耐热钢 ，能替 代部分 奥氏体 钢， 同 时高温 过热器 和再 热器用奥氏 体钢的性能也显 著改善， 因此火 电机组 蒸汽参数 得以快 速提高 。本文简 介国外 USC 机组 最新 进展，并对我国火电站用材开发提出了一些建议。 关键词： 火电站；超级超临界；高温材料
Simens 和 ABB 等 由 GEC －A1sthom 、Babcock 、 技术专家共同编写的文献指出：最近成功开发出 Cr 钢可使主 的新型铁素体－马氏体型 9 ％～12 ％ 610 ℃，再热蒸汽温度提 蒸汽参数提高到 30 MPa 、 高 至 625 ℃ ， 这 可 使 机 组 的 效率 比 亚 临 界 机 组 6 MPa 、 540 ／ 540 ℃ （17． ） 提高8 ％。
3
超临界和超级超临界机组用新材
料
高蒸汽参数机组用钢的开发，主要在高温零 部件。对汽轮机中温度较低的低压转子前端温度 可提高 20 ℃～40 ℃，其 高温强度 仍满足设 计要 求，但对时效稳定性有一定影响，要求采用高纯 洁度的材质。近年来开发的高温用钢如下： 3． 1 改良型 9 ％～12 ％Cr 铁素体钢 Cr 可使钢具有良好 这类钢中保持 9 ％～12 ％ 的抗高温氧化和耐腐蚀性能。单独或同时加入 W 和 Mo 的固溶强化，或添加微量元素 V 、Nb 、N 形 成 Nb 和 V 的碳氮化物弥散强化。部分 V 进入 M 23 C 6 碳化物中，延缓了使用温度下 M 23C 6 的长大和 聚集。同时严格控制Si 、Ni 和 Al 的含量，得到马 氏体组织。降低杂质 （P 、S 等）含量，提高纯洁 度。有时钢中还加入 B ，用以提高晶界的高温强 度。无论是汽轮机转子、叶片和汽缸用钢还是锅 炉高温用钢都遵循这个强化机理。但是锅炉用钢
－
115 117 136
2 05 σ
205 σ
105 σ
－
47 42 43
180 NF616 HCM12A F－ 12M 107 109 111
140 101 98 99
120 91． 5 86 83
84 66． 5 61 58
620 ℃蒸汽管道 ≤
表3
牌号
12 ％CrMoV
汽轮机用 12 ％Cr 型钢化学成分 （ω，％ ）和许用应力 （ MPa）
～
2． 00 1． 50 0． 30
～
0． 006
≤
0． 005 0． 020
≤
0． 020 0． 003
≤
0． 010 0． 001
～
P22） （T22／ F－ 12M A335 XKK Data 0． 13 0． 12
～
12． 5 9． 9
～
0． 60 0． 35
～
0． 30 0． 19
～
0． 10 0． 05
Cr 10． 0 Mo 0． 90 V 0． 15 Nb N Ni W
来源
GE
C 0． 14
温度 ／ ℃