锅炉用耐热钢管最高使用温度
G115耐热钢应用于超600_超超临界火电机组_刘正东
世界金属导报/2015年/6月/16日/第B12版品种质量G115耐热钢应用于超600℃超超临界火电机组刘正东包汉生徐松乾王起江严鹏时于超600℃超超临界火电机组使用的新一代高效清洁燃煤发电技术而言,其最大的瓶颈就是耐热合金及其部件的研制，从性能和成本等多重因素考虑，提升马氏体耐热钢使用温度上限是解决这一问题的关键钢铁研究总院和宝钢在国内率先开展相关研究工作，其研制的650℃马氏体耐热钢代号为G115钢G115钢650℃温度下其持久强度是P92钢的1.5倍，其抗高温蒸汽氧化性能和可焊性与P92钢相当，有潜力应用于620-650℃温度段大口径管和集箱等厚壁部件以及620-650℃小口径过热器和再热嚣管的制造。
也就是说G115钢管是迄今研制的具有最高持久性能和抗蒸汽腐蚀性能匹配的可用于650℃的大口径锅炉管。
本文讲述了G115钢管的成分设计、工业试制、性能水平、应用效果等。
1G115钢管的研发背景火电机组蒸汽参数越高，电厂效率越高，供电煤耗越低，排放就越少。
图1为1950-2020年中国火电机组蒸汽参数发展历史和预测情况。
2003年中国开始发展600℃超超临界火电机组，该型电站建设用的高端锅炉管T23、T/P91、T/P92、S30432和S31042均需要从日本和欧美进口，这推高了电站成本，制约中国先进电站的建设进程。
在此情况下，国家科技部从2003年开始组织钢铁研究总院(现为中国钢研科技集团)、宝钢集团、哈尔滨锅炉厂等单位组成联合攻关组，研发国产高端锅炉管。
经过十余年的艰苦努力，截至2013年中国的冶金企业已经全面实现了T23、T/P91、T/P92、S30432和S31042等高端锅炉管的自主化生产，产品大批量供应国内外市场。
自2006年11月我国第一台600℃超超临界火电机组投入，到2014年底，国内火电装机容量9.157亿千瓦，我国电力总装机13.602亿千瓦，火电占电力总装机容量的67.4%。
锅炉保温技术要求和规范-文档
1. 锅炉炉墙的保温结构本锅炉炉膛四周、炉顶、旋风别离器和尾部竖井四周采用膜式壁管，锅炉各穿墙部位以及顶棚与侧墙相接处均设置了良好的金属密封装置予以一次密封。
整个锅炉四周受热壁面成为全焊式膜式管壁，炉墙内外表不与火焰、烟气直接相接触。
整台锅炉膜式壁受热面、旋风别离器和省煤器烟道的炉墙外外表〔除炉顶及炉底外〕均设置有压型板予以保护。
本台锅炉各区域采用的炉墙结构如下：1.1 炉膛四周垂直炉墙、后竖井包墙四周垂直炉墙采用200mm〔从管中心线算起〕厚的轻质保温材料复合结构，鳍片管间填硅酸铝耐火纤维散棉加高温粘结剂〔高出管壁5mm〕＋硅酸铝耐火纤维毡50mm＋高温玻璃棉板；要求对轻质保温材料施加一定的压缩量，各层之间应错缝压缝并用支撑钉、弹性压板和铁丝网使其固定，炉墙外外表设有外护板予以保护；刚性梁区域为适应刚性梁膨胀的需要，采用保温浇注料补浇结构密实浇注。
1.2 旋风别离器亦采用轻质保温材料复合结构，鳍片管间填硅酸铝耐火纤维散棉加高温粘结剂〔高出管壁5mm〕＋硅酸铝耐火纤维毡50mm＋高温玻璃棉板，总厚度200mm。
1.3 炉顶及后竖井顶部炉墙的结构为：无密封装置处炉墙的结构为：炉墙总厚度为250mm，即在顶棚管间填硅酸铝耐火纤维散棉加高温粘结剂〔高出管壁5mm〕，上面涂抹5mm 高温耐火胶泥＋80mm 硅酸铝耐火纤维板＋保温浇注料＋20mm 厚的耐热密封涂料。
80mm 厚的硅酸铝耐火纤维板可分4层施工每层之间用高温粘剂粘贴，每层间需错缝压缝。
密封装置处的炉墙结构：密封盒内敷设高温微膨胀耐火可塑料，在其外表涂抹5mm 厚高温耐火胶泥，其余空腔填充硅酸铝耐火纤维散棉。
炉膛顶部穿墙高温过热器、屏式过热器、屏式再热器出口管屏处，保温厚度250mm，采用保温浇注料230mm，外表敷设耐热密封涂料20mm，水冷蒸发屏穿顶棚处保温厚度200mm，采用保温浇注料180mm，外表敷设耐热密封涂料20mm，管屏间无鳍片处的保温材料的固定,采用铁丝将扁钢捆扎在管子上或扁钢与管屏上预埋件搭焊固定，再将支撑钩点焊在扁钢上，用支撑钩、压板及铁丝网固定；1.5 所有穿水冷壁前墙及包墙过热器处管束处炉墙厚度为200mm，采用50mm 硅棉＋150mm 高温玻璃棉板的复合结构。
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
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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
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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
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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。
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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；
耐热钢性能和耐热腐蚀指标
耐热钢性能和耐腐蚀指标耐热钢基本信息简介耐热钢（heat-resisting steels)在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
类别耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类。
抗氧化钢又简称不起皮钢。
热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。
用途耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。
这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊耐热钢分类珠光体钢马氏体钢含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。
含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。
此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo 等也属于马氏体耐热钢。
铁素体钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。
如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。
一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。
奥氏体钢含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。
通常用作在 600℃以上工作的热强材料。
典型钢种有1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。
耐热钢生产工艺冶炼耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。
质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。
铸造某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。
锅炉用钢管及钢材料标准与安全
锅炉用钢管及钢材料标准与安全随着世界经济的发展，科技的创新，信息的传播，时空缩短了人类之间交往距离，标准在日常生活中无处不在，标准关系你我他。
标准化是经济贸易发展的需要，标准化工作对国民经济和社会发展起着重要的技术支撑作用。
可以说：标准化让各类各样的连接和界面都加倍经济、有效，而标准化的规模则从点对点，延伸到了全国范围，再到全世界。
我国国民经济和社会发展需要一个完善的、先进的、与国际接轨的标准体系作为重要技术基础，规范我国市场经济秩序和完善我国社会主义市场经济体系建设需要标准体系作为必要的支撑，在全世界经济一体化的新形式下，提高我国产品质量、服务质量和工程质量，增强我国企业和产品在国际市场的竞争力，需要先进的与国际接轨的标准体系作为重要的应对手腕，建设小康社会，确保消费安全，提高人民生活质量，需要一个完善的先进的与国际接轨的标准体系作为必要条件。
因此，标准化工作就愈来愈凸显其重要作用。
而安全始终贯穿于标准化工作中。
安全牵涉的面很广，对于人类来讲，面临着：交通安全、食物卫生安全、衡宇建筑、生活起居、天灾人祸等隐患，对于冶金行业就牵涉到在工作环境中造成的特种安全设备的质量与安全性的所在，这就取决于设备材料的质量与性能。
而控制与保证质量的宝贝就是标准！标准是工业技术的具体表现，因此，标准是不是能及时表现技术的发展方向和服务于生产是衡量标准先进性的一个重要指标。
目前我国与人身安全有着密切关系的标准包括：锅炉用钢、压力容器用钢、气瓶、石油化工、建筑结构用钢、桥梁钢等方方面面，大部份均为强制性国家标准。
锅炉用钢标准是标准研究的重点领域。
锅炉压力容器是生产和生活中普遍利用的、危险性较大的特种设备，一旦发生事故，会造成严重的人身伤亡及重大的财产损失。
我国政府明确指出安全技术规范是规定强制执行的特种设备安全性能和相应的设计、制造、安装、修理、改造、利用管理规定和查验检测方式和许可、考核条件、程序的一系列具有行政强制力的规范性文件，凡安全技术规范所引用的标准，标准一旦被引用，具有与安全技术规范同样的法律效劳和强制属性，并成为法律法规体系的组成部份。
耐热钢
耐热钢总论1.耐热钢是指在高温下工作的钢材。
耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。
由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。
这里所谈的温度是个相对的概念。
最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。
直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。
随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。
现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。
为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。
从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。
现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。
1）珠光体型低合金热强钢该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。
2）马氏体型热强钢该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。
Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。
但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。
3）阀门钢阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。
锅炉用钢
重要、常用的锅炉管材。
1）20G：是GB5310-95的纳标钢号（国外对应牌号：德国的st45.8、日本的STB42、美国的SA106B），为最常用的锅炉钢管用钢，化学成分和力学性能与20板材基本相同。
该钢有一定的常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳的塑性和韧性，其冷热成型和焊接性能良好。
其主要用于制造高压和更高参数的锅炉管件，低温段的过热器、再热器，省煤器及水冷壁等；如小口径管做壁温≤500℃的受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管做壁温≤450℃的蒸汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱），介质温度≤450℃的管路附件等。
由于碳钢在450℃以上长期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子的长期最高使用温度最好限制到450℃以下。
该钢在这一温度范围，其强度能满足过热器和蒸汽管道的要求、且具有良好的抗氧化性能，塑性韧性、焊接性能等冷热加工性能均很好，应用较广。
此钢在伊朗炉（指单台）上所使用的部位为下水引入管（数量为28吨）、汽水引入管（20吨）、蒸汽连接管（26吨）、省煤器集箱（8吨）、减温水系统（5吨），其余作为扁钢、吊杆材料使用（约86吨）。
但现在我厂生产的300MW锅炉，此钢的用量日趋减少，已经多为强度较高的SA210C （小）和SA106C（大）替代。
2）SA-210C（25MnG）：是ASME SA-210标准中的钢号，是锅炉和过热器用碳锰钢小口径管，珠光体型热强钢。
我国于1995年将其移植到GB5310，定名为25MnG。
其化学成分简单，除碳、锰含量较高外，其余与20G相近，故其屈服强度较20G高约20%左右，而塑、韧性则与20G相当。
该钢的生产工艺简单，冷热加工性能好。
用其代替20G，可以减薄壁厚，降低材料用量，还可以改善锅炉的传热状况。
其使用部位和使用温度与20G基本相同，主要用于工作温度低于500℃的水冷壁、省煤器、低温过热器等部件。
我厂从1989年的利港工程开始使用该钢，为保证焊接性能，订货时对碳含量进行了限制≤0.30，相应地对锰含量提高。
锅炉材料性能参数
常用钢管的性能数据1、20G、20、20g、SA-210C①热加工始锻温度1200~1280℃，终锻温度800~850℃,锻轧后空冷。
②热成型热弯加热温度900℃左右，终弯温度应＞700℃。
③热处理按GB5310标准要求20G钢管应进行930℃正火处理。
当热轧管的终轧温度≥900℃时，可以代替正火。
④焊接20钢焊接性能良好，手工焊采用J422、J427焊条，对重要部件可进行600~650℃回火处理，埋弧自动焊常选用H08A、H08MnA焊丝和焊剂430、焊剂431.2、15CrMo、T12、P12、13CrMo44①锻轧始锻温度1200℃，终锻温度850℃，堆冷。
②冷热弯管小口径钢管可进行冷弯，弯后不需要热处理。
对于大口径钢管，当壁厚为10~20mm时，弯曲半径≤3倍钢管外径时，可进行冷弯，但弯后要进行高温回火处理；当进行热弯时，加热温度约为960℃，终弯温度应＞800℃，弯后进行正火+回火处理。
③热处理正火温度930~960℃，回火温度680~720℃。
常温下工作的重要零件可进行调质处理，淬火温度为900±20℃，空冷，并在650℃左右进行高温回火。
④焊接性焊接性能良好，手工焊采用热307焊条，对于小口径薄壁管一般可不预热，厚壁管需预热到200~250℃，后进行650~680℃回火处理。
气焊用H12 CrMo或H15 CrMo焊丝，自动焊采用H15CrMo焊丝和焊剂250。
3、12Cr2MoG、T22、P2212Cr2MoG属2 1/4Cr1Mo低合金珠光体结构钢。
①热、冷加工钢的热加工温度范围为1100~850℃，锻造和镦粗最好在上限温度1100~950℃之间，热弯在下限温度1000~850℃进行，最终变形温度为下限温度时，需进行回火处理，为上限温度时需进行正火+回火处理。
②热处理正火900~960℃，回火700~750.③ 2 1/4Cr1Mo钢在高于900加热奥氏体化后的冷却速度对钢的组织有很大影响，当冷速很慢时如1℃/min，钢的大部分组织为粗大的铁素体，其余则为珠光体及贝氏体；当冷速为6℃/min时，组织中的铁素体量减少且细化；当冷速≥1501℃/min时，组织呈均匀的贝氏体。