高参数火电机组用耐热钢发展现状(张兵)[文字可编辑]
超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接(可编辑)
超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接范长信张红军董雷周荣灿西安热工研究院有限公司，陕西省西安市 710032摘要：目前火电机组正在向着高参数大容量方向发展，蒸汽温度和压力进一步提高，为此开发采用了一些新型马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢，这些钢的合金元素含量较以前的锅炉用钢较高，焊接性相比之下有所下降。
本文主要介绍了超超临界机组锅炉用新钢种的焊接性、焊接接头的组织、力学性能和典型的失效方式。
关键词：超超临界；锅炉；耐热钢；焊接性；性能1 前言超超临界机组的出现，提高了机组的效率，减少了污染物的排放，是目前火电发展的必然趋势。
蒸汽温度超过了 600℃，蒸汽压力超过了25MPa ，而且还在不断的升高，这有赖于新型耐热钢的不断发展。
目前应用于超超临界机组过路的新型马氏体耐热钢有P91 、P92（NF616 ）、E911 、P122 （HCM12A ）等，奥氏体耐热钢有TH347HFG、Super304 和 HR3C 等。
[1-2]这些钢的合金元素含量均大于10%，给焊接带来一定的困难。
焊接接头的失效是电站高温承压部件失效的一种主要方式，常常具有早期失效的倾向。
因此提高焊接接头的完整性对电站机组的安全运行是十分重要的。
焊接接头的完整性主要是焊接接头的性能与母材相一致，表现在成分、组织、性能、结构的连续性。
通常我们并不能够使接头的性能与母材完全一致，但是我们总是努力使其趋向一致。
过去一般认为焊接接头中存在缺陷，但是现在大多数的高温焊接接头中均不存在影响使用安全性的宏观缺陷。
取而代之的是焊接接头组织的不均匀性和由此引起的蠕变性能的不均匀性。
与母材相比，焊接接头组织的不均匀将会使其存在强度或大或小、塑性或高或低的区域。
这些组织不同的区域在使用过程中将会产生不同的蠕变速率，导致接头中应力的错配和早期失效。
在未来电站和焊[3]接接头的设计中，必须考虑焊接接头的性能，使其对电站安全性的危害最小化。
新型耐热钢研究现状
新型耐热钢的研发现状新型耐热钢在原耐热钢的基础上进一步多元合金化以及优化制造工艺。
采用固溶强化、弥散强化、位错强化、碳化物强化、Laves相强化等复合强化机制，提高了材料的综合性能，以满足超超临界机组的选材要求，确保发电设备的安全运行。
现阶段我国经济正在稳定快速发展，对电能的需求不断增加。
预计到2020年全国装机容量将达到10亿千瓦，其中火电装机容量仍将占70%以上，发展超超临界机组将是我国火力发电提高效率、节约能源、改善环境、降低发电成本的必然趋势。
众所周知，发电效率的提高必然提高锅炉蒸汽参数。
蒸汽压力及温度参数提高后对耐热钢提出了更苛刻的综合性能要求，尤其是要求材质具有优异的热强性能、抗高温腐蚀、抗氧化性能、焊接性能、冷加工和热加工性能等。
超超临界锅炉用钢可分为两大类：奥氏体钢和铁素体钢（包括珠光体、贝氏体和马氏体及其两相钢）。
奥氏体钢比铁素体钢具有更高的热强性、抗氧化性能，但膨胀系数大、导热性能差、抗应力腐蚀能力低、工艺性差，热疲劳和低周疲劳（特别是厚壁件）性能也比不上铁素体钢，且成本要高。
目前国内新建超超临界机组的关键部件均采用了大量新型耐热钢，因而对此类材质的综合性能、强化机理、服役性能、国产化的研究迫在眉睫。
1 新型铁素体钢研发现状铁素体钢按照主要元素Cr的加入量可划分为2-3Cr、9Cr、12Cr三大系列。
总体来说，铁素体耐热钢研发经历了Mo系→Cr-Mo系→Cr-Mo-V系→Cr-W-V系的历程。
Cr不仅改善钢的抗氧化性能，而且能起到固溶强化作用；W、Mo 主要为固溶强化，也参与形成析出强化，可以提高钢的高温强度；V的加入可以明显降低蠕变速度，Nb可以提高钢的强度，复合加入V、Nb 易形成纤细弥散稳定的MX碳化物而产生沉淀强化(以0.25％V和0.05％Nb的组合最为有效)，对蠕变断裂强度影响很大；Cu可代Ni稳定蠕变强度，抑制δ铁素体的形成；B进入M23C6碳化物，并偏聚于M23C6和基体间的界面从而阻止M23C6的粗化，同时促进VN形核而提高蠕变强度；Co除固溶强化作用外，还延缓了马氏体在高温回火时的回复，并促进回火时细小碳化物的形核，还减慢碳化物的熟化长大，从而提高蠕变强度。
1000MW 级火电机组新型铁素体耐热钢焊接接头硬度与力学性能研究
1000MW 级火电机组新型铁素体耐热钢焊接接头硬度与力学性能研究王淦刚 赵建仓 赵彦芬 杨建华 赵林松 张 路(苏州热工研究院有限公司 江苏苏州 215004)摘 要：针对超超临界（USC ）机组主蒸汽管道用大径厚壁新型铁素体耐热P91、P92钢管，国内在建现场安装的该类管道焊接接头出现的硬度偏高问题，主要研究分析了焊接接头硬度与力学性能的影响，为焊接工艺评定及其工程焊接工艺规程的科学制订提供了可供借鉴的技术基础。
关键词：新型铁素体耐热钢；焊接接头；硬度；力学性能为满足国民经济对电力的需求和保护自然环境，新建设的燃煤火力发电厂朝着提高运行效率、降低成本的大容量、超临界（SC）和超超临界（USC）高参数机组方向发展。
适应高参数条件设备运行的T/P91、T/P92新型铁素体耐热钢以其具有的良好的综合性能和更高的蠕变断裂强度，在国内1000MW 机组主汽及再热管道系统逐步广泛应用，同时给焊接带来了许多的新问题，特别是主汽及再热热段管道焊缝硬度偏高问题的出现，及由此带来的对焊接接头性能的影响直接关系到机组能否安全可靠运行。
本文对国内在建现场安装的新型铁素体耐热钢管道焊接接头出现的硬度偏高问题，在研究分析了新型铁素体耐热钢焊接接头硬度与力学性能的影响基础上，为该类钢种的焊接工艺评定及其工程焊接工艺规程的科学制订提供了可供借鉴的技术数据。
1 问题的提出某百万超超临界火电在建机组主蒸汽管选用A335P92钢，蒸汽压力26.15MPa，蒸汽温度605℃，主蒸汽及再热热段管道安装焊口在金属监督抽查检验过程中发现硬度偏高现象，布氏硬度值在272HB～329HB，具体设备部位及检验数据见表1。
表1 P92管道焊缝硬度检验数据序号 设备名称材质焊口编号 检验结果（HB）1 锅炉侧1# 3292 汽机侧34# 2873 汽机侧17# 2874 汽机侧15# 3005 再热热段管汽机侧33# 302 6 汽机侧23# 290 7 汽机侧28# 272 8 汽机侧4# 274 9主蒸汽管ASTM-A335P92汽机侧46#285由于T/P91、T/P92新型铁素体耐热钢是近年来新引进的国外钢种，国内焊接施工经验尚不丰富，电力行业相对于该钢种的焊接标准规范稍显滞后，目前DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》规定为焊缝硬度不大于350HB，但依据国内首台百万机组华能玉环电厂建设期间的实践经验，对P92这类大管径厚壁铁素体耐热钢现场安装焊接热处理后的硬度一般应控制在与母材硬度上限值即250HB 范围内，因此进行相关管道焊接接头硬度对机组设备性能的影响研究非常有必要性和迫切性。
火电机组高端锅炉耐热钢的发展和国产化
11%Cr马氏体锅炉钢高温持久强度对比 表2 高温持久强度（外推105h，MPa）
试验温度 625℃ 650℃ VM12 ~60 ~50 NF12 ~60 ~50 SAVE12 ~100 ~70 G112 ~100 ~70
G112与T/P92钢性能比较
（1）650℃抗蒸汽腐蚀性能优于T/P92 650℃300h时，P92钢表面鼓起氧化皮并开始剥落，1000h时 大面积表面氧化皮剥落，而G112钢表面仅一层薄氧化皮。 G112钢650℃1000h试验的氧化增重速度为 0.180g/m2﹒h， 即0.1978mm/a。其氧化动力学方程为： Y=14.3835t0.36706 (2) 热膨胀系数与T/P92相当 表3 热膨胀系数
钢号 VM12 NF12 SAVE12 G112 C 0.12 0.08 0.10 0.09 Cr 11 11 11 11 Co 1.6 2.5 3.0 3.0 W 1.5 2.6 3.0 3.0 Mo 0.3 0.2 — — V 0.25 0.20 0.20 0.18 Nb 0.06 0.07 0.07 0.08 B 0.006 5 0.004 — 0.010 N 0.05 0.05 0.04 0.04 Fe 余 余 余 余 0.07Ta 0.04Nd （略） 其他
1973年和1978年两次能源危机，为降本促进火电发展。 中国在80年代初改革开放初期，经济发展急需火电机组提升。
中国本世纪初经济高速发展对电力急需和对排放的控制，促使中国
火电机组的高速发展。
中国在2010年启动700℃ A-USC技术开发研究。
中国在2011年启动600/623℃ USC机组开发。
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火电厂耐热钢材的发展与应用研究
火电厂耐热钢材的发展与应用研究摘要：火电厂超超临界机组对钢材的性能提出了更高的要求，要求钢材满足耐高温、高压、高腐蚀等性能。
文章介绍了火电厂锅炉用耐热钢材的发展情况，对几种耐热新型钢材料进行了介绍和探讨。
关键词：火电厂超超临界耐热钢材发展1. 概述火力发电行业目前面临两方面的压力，一是市场竞争的加剧需要降低成本，二是对全球环境问题的日益关注，要求发电厂降低SOX、NOx、CO2的排放，满足严格的环保要求。
基于常规的发电系统，提高机组的蒸汽参数，即机组的超临界（SC）和超超临界化（USC），发展高经济性、高效率的高参数、大容量机组，是解决这些问题的关键。
目前，我国正积极发展超超临界燃煤发电技术，而超超临界机组对钢材的性能提出了更高的要求。
2. 火电厂超超临界机组对材料的要求超超临界机组相对超临界机组蒸汽温度和压力参数的提高，对电站关键部件材料带来了更高和更新的要求，尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能等，因此材料和制造技术成为发展先进机组的技术核心。
高的蒸汽参数对火电厂用钢提出了更苛刻的要求，对锅炉来说具体表现在：2.1.高温强度对于主蒸汽管道、过热器/再热器管、联箱和水冷壁材料都必须有与高蒸汽参数相适应的高温持久强度。
2.2.高温腐蚀烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素，当金属温度提高，烟气腐蚀将大幅度上升，因此超超临界机组中腐蚀问题更加突出。
2.3.蒸汽侧的氧化运行温度的提高加剧了过热器、再热器甚至包括联箱和管道等蒸汽通流部件的蒸汽侧氧化，这将导致三种后果：氧化层的绝热作用引起金属超温；氧化层的剥落在弯头等处堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏；剥落的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀。
因此在过热器、再热器等材料选择中应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落性能。
2.4.热疲劳性能由于在机组启停、变负荷和煤质波动引起的热应力，对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件，材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，应在保证强度的前提下尽可能选择具有高热导率和低的热膨胀系数的铁素体耐热钢。
耐热不锈钢在火电厂的应用案例分析
耐热不锈钢在火电厂的应用案例分析在火电厂中，耐热不锈钢是一种非常重要的材料，它具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优越性能。
本文将通过分析一个真实的应用案例，来探讨耐热不锈钢在火电厂的应用情况及其优势。
案例描述：某地一座火电厂，使用耐热不锈钢作为主要材料，用于制造锅炉、烟气净化设备及管道等部件。
该火电厂是一座煤炭直接燃烧的电厂，每年发电量达数百万千瓦时。
耐热不锈钢被广泛应用于该火电厂的关键设备中，如燃烧锅炉、脱硫系统、再热器、过热器等。
1. 燃烧锅炉在火电厂的燃烧锅炉中，耐热不锈钢被用来制造锅炉水冷壁、过热器和再热器等重要部件。
耐热不锈钢具有较高的抗氧化性能，能够在高温和高压下长时间稳定运行。
这种材料的使用延长了燃烧锅炉的使用寿命，并降低了因高温和酸碱性气体的侵蚀而带来的损耗。
2. 脱硫系统作为煤炭直接燃烧火电厂的重要组成部分，脱硫系统对环境保护起着至关重要的作用。
耐热不锈钢被广泛应用于脱硫塔内的各种设备，如喷氨装置、浆液循环泵和喷淋管道等。
耐热不锈钢的高抗酸能力和耐热性使得脱硫系统能够在高温高压下长期运行，有效地减少了设备维修和更换的频率，降低了运营成本。
3. 过热器和再热器过热器和再热器是火电厂中重要的热交换设备，用于提高蒸汽的温度和压力，进一步提高发电效率。
耐热不锈钢的高温抗氧化性能和耐蚀性使其成为制造这些设备的理想选择。
通过使用耐热不锈钢，火电厂能够有效延长这些设备的使用寿命，并提高整体发电效率。
4. 管道和配件火电厂中的管道和配件是将煤炭燃烧产生的高温烟气、水蒸汽以及其他介质输送到各个设备的关键部分。
耐热不锈钢具有良好的机械强度和耐高温性能，能够抵御高温和高压下的腐蚀和损耗。
其在火电厂管道和配件中的应用，有效地防止了管道泄露和损坏，保障了火电厂的正常运行。
综上所述，耐热不锈钢在火电厂的应用案例中，展示了其在各个关键设备和部件中的优越性能。
通过使用耐热不锈钢，火电厂能够有效地提高设备的稳定性和可靠性，延长设备的使用寿命，降低运营成本。
核电、火电耐热钢
核电、火电耐热钢第一篇：核电、火电耐热钢核电、火电耐热钢一、发展历程当今社会对于能源的需求与日俱增，为此需要修建大量的核电或者火力发电厂，而这些发电厂内部结构使用的钢材，对于设备的正常安全运行以及提高发电效率都具有很重要的作用。
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，核电与火电的装机容量越来越大，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。
耐热钢在本世纪20-30年代首先被电力工业用于提高蒸汽循环的温度和压力，二战后，铁索体、奥氏体耐热钢获得很大的发展。
在发展的初期，西方各国就制订了耐热铸钢标准，确立了自己的领先地位。
50年代，锅炉用的耐热钢主要是低合金铁素体钢2.25Cr-1Mo和奥氏体不锈钢TP 3O4H、TP347H，其后，耐热钢的研究重点更多地在于加深对已有耐热钢在冶金、生产和加工控制方面的理解。
其中，在1949年，前苏联建造了第一台超超临界的火力发电设备，引发了西方各国的仿制，但由于缺乏高性能耐热钢，西方建造的超超临界设备只能降温到超临界温度运行，缺乏燃料经济性。
之后，由于不同的原因，超临界温度以上的高蒸汽参数机组的发展在70年代曾经受阻，但在80年代初期，世界各国开始重新审视超临界机组的可靠性问题。
80年代后期，日、美、苏、德、法等国已着手研制开发可实际运行的超超临界机组(USC)，并制定了超超临界机组的两步发展计划。
火电机组用耐热钢高温耐腐蚀性能研究进展
第36卷第1期2024年2月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.36,N o.1F e b.2024文章编号:2095-5456(2024)01-0001-09火电机组用耐热钢高温耐腐蚀性能研究进展马煜林,张旭鹏,李壮,张钧(沈阳大学辽宁省多组硬质膜研究及应用重点实验室,辽宁沈阳110044)摘要:从火电机组用耐热钢的发展历程出发,综述了新型耐热钢高温耐腐蚀性能的研究现状,并分别从腐蚀原理㊁化学成分㊁腐蚀环境和腐蚀防护等方面对耐热钢耐腐蚀性能的影响进行阐述;最后对火电机组用耐热钢高温耐腐蚀性能现有研究成果进行分析总结,并对未来研究方向以及发展趋势进行了展望㊂关键词:耐热钢;耐腐蚀性能;化学成分;腐蚀产物;氧化膜中图分类号:T G76文献标志码:AR e s e a r c hP r o g r e s so n H i g hT e m p e r a t u r eC o r r o s i o n R e s i s t a n c e o fH e a tR e s i s t a n t S t e e lU s e d i nT h e r m a l P o w e rP l a n t sMAY u l i n,Z HA N GX u p e n g,L I Z h u a n g,Z HA N GJ u n(K e y L a b o r a t o r y o f R e s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n o f M u l t i p l e H a r d F i l m s,S h e n y a n g U n i v e r s i t y,S h e n y a n g 110044,C h i n a)A b s t r a c t:S t a r t i n g f r o m t h ed e v e l o p m e n th i s t o r y o fh e a t-r e s i s t a n ts t e e lu s e di nt h e r m a l p o w e r u n i t s,t h e r e s e a r c hs t a t u so fh i g h-t e m p e r a t u r ea n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fn e w h e a t-r e s i s t a n t s t e e lw a s s u mm a r i z e d,a n d t h e e f f e c t s o f c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f h e a t-r e s i s t a n t s t e e l o nt h ec o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fh e a t-r e s i s t a n ts t e e l w e r ee x p o u n d e df r o m t h ea s p e c t s o f c o r r o s i o n p r i n c i p l e,c h e m i c a l c o m p o s i t i o n,c o r r o s i o ne n v i r o n m e n t a n dc o r r o s i o n p r o t e c t i o n. T h e e x i s t i n g r e s e a r c hr e s u l t so nt h eh i g ht e m p e r a t u r ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fh e a t-r e s i s t a n t s t e e l f o r t h e r m a l p o w e r u n i t sw e r e a n a l y z e d a n d s u mm a r i z e d a n d t h e f u t u r e r e s e a r c h d i r e c t i o na n dd e v e l o p m e n t t r e n dw e r e p r o s p e c t e d.K e y w o r d s:h e a t r e s i s t a n t s t e e l;c o r r o s i o n-r e s i s t a n t p r o p e r t i e s;c h e m i c a l c o m p o s i t i o n;c o r r o s i o n p r od u c t s;o x i def i l m中国火力发电行业主力机型为亚临界机组,相比超临界㊁超超临界机组,其蒸汽温度㊁压力及使用效率都较低㊂火力电站通过化石能源的燃烧发电,煤炭是重要化石能源[1]㊂亚临界机组耗煤量高,污染严重,因此发展高参数㊁大容量的超超临界火电机组迫在眉睫㊂我国是世界第二大电力生产国和电力消费国,电源结构中燃煤发电占70%左右㊂当今世界能源领域的发展趋势是新能源的利用,但我国以火电为主的发电结构仍然没有改变,超超临界机组可以保证电能供应及能源的有效利用㊂超临界与超超临界机组主要部件包括水冷壁㊁汽包㊁蒸汽管线等㊂锅炉在超高压与超高蒸汽参数及腐蚀等各种恶劣条件中运行,不容出现差错,需注重部件的耐高温㊁耐腐蚀㊁抗蠕变等性能,因此耐高温零部件的开发与应用就成了超超临界机组发展的关键㊂耐热钢具有良好的导热性㊁高热稳定性㊁优异的抗晶间腐蚀㊁抗应力腐蚀性,是超超临界机组首选钢种,这其中就包括奥氏体钢和铁素体钢㊂奥氏体钢塑韧性好㊁组织稳定㊁蠕变强度高㊁抗烟气腐蚀性能优良㊁可焊性好,但是其弹性强度低,还具有热不良导性以及高膨胀系数,因此应用困难㊂铁素体耐热钢工艺性好㊁导热系数高㊁耐腐蚀能力高㊁线膨胀系数小㊁且成本更低,但本收稿日期:20230524基金项目:中国博士后科研基金资助项目(2019M661122)㊂作者简介:马煜林(1988),男,辽宁盖州人,副教授,博士;张钧(1966),男,辽宁凌海人,教授,博士㊂2沈阳大学学报(自然科学版)第36卷身受制于抗氧化性能及抗蠕变性能的限制,二者各有利弊㊂本文概述了铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢的发展过程,综述了火电机组用耐热钢失效机理和高温耐腐蚀行为的研究进展,并对超超临界火电机组用钢耐腐蚀性能的研究方向以及未来趋势进行了展望㊂1火电机组用耐热钢的发展过程1.1奥氏体耐热钢的发展奥氏体耐热钢的发展可追溯至20世纪初期[2],以18C r-8N i系不锈钢的化学成分为基础,通过增加适当的N i和C r等微量合金元素可以有效提升耐热钢的强度㊁韧性㊁抗氧化性和耐腐蚀性能㊂目前18C r-8N i系和25C r-20N i系作为新型奥氏体耐热钢已在超超临界机组过热器和再热器上成功使用,如日本研制的新型奥氏体耐热钢S u p e r304H钢及H R3C钢等㊂随着新材料的研发与应用,质量分数为18%的C r系耐热钢已逐渐被25%的C r系新型奥氏体耐热钢所替换[3]㊂1.2铁素体耐热钢的发展新型铁素体耐热钢是以T122钢和T9钢为基础不断合金化发展而来的,根据化学成分的优化过程可分为4个阶段[4]㊂第1阶段的铁素体耐热钢中C r质量分数约9%~12%,如我国重点发展的600和1000MW机组的102钢㊁日本的H C M9M[5]㊁德国的F11和F12钢等一系列的9C r钢㊂第2阶段主要优化C㊁V㊁N b等合金元素的含量,如20世纪80年代美国研制的T91㊁H C M12耐热钢,其具有优异的性能[67]㊂第3阶段加入了微量的B和N元素,提高了耐热钢的抗蠕变强度和淬透性,使用温度提高至630ħ,代表钢种为T92㊁T122[8],用W元素代替M o元素㊂第4阶段旨在突破铁素体耐热钢650ħ的使用温度极限,加入了熔点高㊁稳定性好的C o元素,以及能够增强高温强度和抑制碳化物粗化作用的B元素,代表钢种有S A V E12钢和C B2钢[9]㊂2耐热钢耐腐蚀性能的研究耐热钢的耐高温腐蚀性能研究在超超临界机组的发展中至关重要㊂氧分子与金属原子的自由电子发生化合反应,氧原子扩散于金属晶格内直至饱和,与金属离子形成晶核,随后晶核逐渐长大形成氧化膜[10]㊂若表面的氧化膜致密且完全覆盖,则能达到保护金属的效果;若氧化膜松散,则加剧金属的腐蚀进程㊂目前超超临界机组的蒸汽运行压力为30~35M P a,蒸汽运行温度为595~650ħ,且所使用的耐热钢部件材料要具备高抗氧化性,同时还要经受住含S元素气体的腐蚀和飞灰的损伤㊂因此抗高温氧化性能㊁抗高温㊁抗高压的水蒸气腐蚀都是影响耐热钢腐蚀性能的因素㊂对于耐热钢耐腐蚀性能的研究较为宽泛,本文从腐蚀原理㊁化学成分㊁腐蚀环境以及腐蚀防护4个方面归纳总结了国内外的研究现状㊂2.1腐蚀原理火电机组运行的安全性和可靠性受金属部件腐蚀的影响较大㊂因此对火电机组用耐热钢材料的高温腐蚀机理及其影响因素的研究尤为重要㊂2.1.1晶间腐蚀晶间腐蚀在钢材中是一种常见的局部腐蚀现象,亦具有腐蚀深且不易被重视等特点,一旦发生,危害极大㊂S u p e r304H钢一般通过提高C元素含量来提升其高温持久强度,但易造成M23C6沿晶界析出生成贫C r区,形成高晶间腐蚀敏感问题㊂例如过热器管在运行中发生泄露,G a o等[11]经研究发现,正是由于管材的晶间腐蚀造成危害更大的沿晶应力腐蚀开裂,从而造成管材失效㊂通过喷丸工艺可以在基体表面形成一层较厚的纳米晶结构,诱发马氏体相的形成,为M23C6形核提供更多的优先位置,从而减少贫C r所造成的影响㊂Z h o u等[12]对纳米晶S u p e r304H钢在高温服役下的腐蚀情况进行研究,发现大变形纳米晶组织可以增强表面氧化膜的致密性,而纳米晶本身存在的大量缺陷又会对氧化膜的稳定性造成影响,在喷丸压力为0.3~0.6M P a的条件下,贫C r区自愈合所需时间最短㊂晶间腐蚀主要是由于晶界出现贫铬区而引起的,防止晶间腐蚀的方法一般有2种:一是化学成分的优化,如适当调整合金元素的含量来影响贫铬区的出现;二是成形工艺的改善,如喷丸工艺所形成的纳米晶结构,也在一定程度上限制了贫C r的影响㊂这2种方法各有利弊,在实际应用中应做到具体问题具体分析㊂2.1.2 腐蚀产物腐蚀产物是揭示耐热钢在不同条件下腐蚀机理的重要参考依据,从对腐蚀产物的形貌㊁成分以及形成过程的研究中可以充分得出腐蚀失效的原因,从而进一步为提高材料耐腐蚀性能提供有效的依据㊂尹开锯等[13]借助X R D 和S E M -E D X 研究了P 92钢在550ħ/25M P a 的蒸汽参数下进行氧化反应的腐蚀产物,揭示了P 92钢氧化腐蚀后形成孔洞的机理,其孔洞并非由于腐蚀产物挥发导致,而是由于P 92钢的氧化腐蚀产物为双层膜结构,外层氧化膜的F e 3O 4相和内层氧化膜的F e 3O 4㊁F e C r 2O 4相出现许多孔洞,内外层氧化膜本身结构松散,从而导致F e 3O 4相的氧空位缺陷坍塌,当氧空位多到一定数量时,就会坍塌成一个个小孔洞㊂宋涛等[14]通过对T P 347H 耐热钢腐蚀产物的研究发现,其腐蚀原理是由于耐热钢本身的热膨胀系数过大导致表面氧化层开裂和脱离,并已通过建立氧化膜脱离模型验证了实验结果㊂G u i l l o u 等[15]研究发现230合金的腐蚀机理与高温蒸汽氧化动力学以及蒸汽含量有关㊂蒸汽分压㊁C r 粒子空位㊁间隙原子等共同促进了氧化膜缺陷的形成㊂耐热钢中C r 含量通常较高,其表面易形成致密的氧化物从而达到耐腐蚀的目的,其耐腐蚀机理与不锈钢相似㊂在对耐热钢表面腐蚀产物的研究中发现,当生成具有挥发性的含C r 腐蚀产物时,会严重破坏表面致密的氧化膜,这也成为奥氏体耐热钢腐蚀失效的主要原因[16]㊂2.1.3 腐蚀氧化动力学腐蚀氧化动力学是研究耐热钢耐腐蚀性能的重要方法㊂Z h a n g 等[17]对P 92分别在质量分数为0.00001%㊁0.00003%㊁0.00020%氧的超临界状态下研究其氧化行为发现:随着氧含量的增加,腐蚀产物也随之线性增长,其氧化产物晶粒变小并且与基体垂直生长,由于厚度增大,易与基体脱离㊂图1 17种材料抛物线氧化常数与C r 质量分数的关系F i g .1 R e l a t i o n s h i p be t w e e n p a r a b o l i co x i d a t i o n c o n s t a n t s a n dm a s sf a c t i o no f C r o f 17m a t e r i a l sW e s t 等[18]在不同氧含量水蒸气中对D 9钢和316L 钢的氧化行为进行对比研究发现,316L 钢耐腐蚀性能明显强于D 9钢,D 9钢的氧化过程随着水蒸气的含氧量增加后,氧化物增重明显并脱落,而316L 钢只有当温度高于500ħ时,氧化增重现象才明显㊂刘晓强等[19]通过自主搭建的S -C O 2循环腐蚀系统对质量分数为9%~12%的C r 铁素体钢在600~700ħ的高压环境中进行腐蚀测试,发现其氧化动力学呈抛物线规律分布,如图1[19]所示㊂基体表面以及内部的一些裂纹中出现了渗碳现象,这是由于长时间存在于S -C O 2腐蚀环境中,合金逐渐被氧化,游离的C 沉积在了氧化层的表面,但总体性能良好㊂通过绘制腐蚀产物质量和腐蚀时间的动力学曲线,可以直观地观察出耐热钢耐腐蚀性能的强弱㊂结合腐蚀产物对腐蚀机理进行分析研究,对完善耐热钢腐蚀性能具有重要意义㊂2.2 化学成分耐热钢是电站锅炉关键部位的主要材料,由于其恶劣的工作环境,使人们不得不重视其高温氧化腐蚀,耐热钢的高温氧化规律及其合金元素含量尤为重要㊂C r 一直是耐热钢合金化的重要元素,也是能否使基体表面生成致密氧化膜的关键,因此优化C r 元素合金含量是目前提升耐热钢耐腐蚀性能的有效途径之一㊂̇Z u r e k 等[20]对铁素体耐热钢腐蚀行为的研究发现,合金中的元素含量对表面氧化膜的成分及形貌影响很大㊂Z h a n g 等[21]研究认为Cr 元素含量的增加可以降低耐热钢的氧化速率,明显提高抗氧化性能,同时认为C r 含量的增加是T 24钢抗氧化性显著优于T 22钢的主要原因㊂耐热钢中的A l 元素含量对耐腐蚀性能的影响同样不可忽视㊂张英波等[22]采用恒温氧化法研究了一种C r 质量分数为18%的新型铁素体耐热钢X 10C r A l S i 18钢,分别加入质量分数为0.63%和1.06%的3第1期 马煜林等:火电机组用耐热钢高温耐腐蚀性能研究进展A l,在700ħ空气中研究其高温氧化行为,高质量分数A l的耐热钢氧化增重以及氧化速率均小于低质量分数A l的耐热钢,如图2[22]所示㊂数据表明,A l质量分数为1.06%试验钢的抗氧化性能优于A l质量分数为0.63%试验钢㊂其原因是A l质量分数的增加使表面氧化膜更致密,氧化物更细小,从而有效地阻碍了材料表面与空气的接触㊂(a)氧化增量曲线(b)氧化速率变化图22种试验钢的氧化增重曲线和氧化速率变化F i g.2T h eo x i d a t i o nw e i g h t g a i n c u r v e s a n do x i d a t i o n r a t ec h a n g e s o f t w oe x p e r i m e n t a l s t e e l sX u等[23]通过对H T U P S4钢(主要成分为F e-20N i-14C r-2.5A l-0.86N b-0.075C-2M n-2.5M o-0.15S i)加入质量分数超过0.3%的S i后,发现其抗氧化性能在800ħ㊁含10%水蒸气的空气中显著下降,究其原因为基体中形成了B2-N i A l析出相,降低了奥氏体中固溶的A l含量,从而不能形成全覆盖的致密A l2O3层㊂原子序列数从57到71的镧系15个元素以及S c㊁Y化学性质相近的共17个元素统称为稀土元素㊂由于其原子性质活泼,结合力强,在钢中与O㊁S亲和力强,早期用于脱氧和脱硫㊂一般来说,原子半径大的L a㊁C e㊁Y是重要的研究关注点㊂与氧硫结合生成复合夹杂物,偏聚在晶㊁相界等界面处,从而改善材料的塑韧性,阻碍点蚀发生,同时还起到钝化锈层的作用[24]㊂因此通过添加稀土元素不仅可以使原本松散的表面氧化膜变得致密,还可以提高基体本身的耐腐蚀性能㊂但是添加到耐热钢中的稀土和合金元素的质量分数仍然需要进行大量的研究,例如,过高的W会抑制氧化膜生成,加入质量分数超过0.3%的S i又会抑制基体本身的抗氧化性能㊂因此,增加抗腐蚀的合金元素固溶量才是提高耐腐蚀性能的关键㊂2.3腐蚀环境2.3.1温度对腐蚀性能的影响不同的温度环境对耐热钢的耐腐蚀性能具有显著的影响㊂一般情况下在室温环境中主要发生的是电化学过程的腐蚀,而高温腐蚀则主要以界面的化学反应为特征㊂L a v e r d e等[25]研究了T91耐热钢在蒸汽环境下的氧化行为,发现其蒸汽氧化行为符合氧化动力学抛物线规律,基体表面的氧化层一般为2层或是3层,氧化温度决定了氧化物的具体层数㊂其最终得出腐蚀失效的主要原因是受温度的变化以及基体在蒸汽中暴露的具体时间㊂M o n t g o m e r y等[26]发现实验室的研究结果与实际工况的腐蚀失效结果有很大差异,究其原因是实验室的运行环境温度较实际工况差异很大,导致实验时材料的氧化温度较实际工况温度高出了100ħ㊂冷加工通常是提高金属材料综合性能的手段之一,然而研究发现当温度高于700ħ时,冷加工对抗氧化性的影响微乎其微,当温度高于800ħ时,冷加工对抗氧化性的影响甚至是负面的[27]㊂2.3.2高温氧化气氛L i u等[28]对T91钢在S O2气氛中的腐蚀行为开展研究,发现其氧化膜结构松散,是不具备保护性质的F e2O3㊂其腐蚀速率主要受S O2的扩散速度影响,而具备保护性质的C r2O3会因为稀土氧化物而加速生成㊂李茂东等[29]在750ħ㊁90%A r㊁10%H2O气氛中研究T92钢的氧化行为,发现W会抑制富C r氧化膜的致密,氧化膜存在微孔,易生成裂纹,从而抗腐蚀性降低㊂双层氧化膜为F e2O3和4沈阳大学学报(自然科学版)第36卷F e C r 2O 4,其中F e 2O 3不具备明显的保护作用㊂倪一帆等[30]选取T 91马氏体耐热钢和H R 3C 奥氏体耐热钢,在600ħ㊁25M P a 的超临界二氧化碳的高温氧化气氛中进行腐蚀对比试验,研究发现T 91钢虽与H R 3C 钢的腐蚀质量变化规律相似,但H R 3C 钢的耐腐蚀性能在S -C O 2环境中明显优于T 91钢,如图3[30]所示㊂从图中可以看到,T 91钢的氧化膜致密均匀,但有明显的微米级裂纹与孔洞,而H R 3C 钢基体表面覆盖着薄薄的致密氧化物,没有裂纹与孔洞㊂杨浩等[31]在650ħ㊁20M P a 的超临界C O 2气氛中的腐蚀行为研究中发现,若腐蚀产物由F e 0.7O 3组成,则不具备保护性㊂同时,表面形成的致密C r 2O 3保护膜也可使工件在700ħ烟气介质中具有极强的抗氧化能力[32]㊂将T 91置于S -C O 2环境中的腐蚀试验研究发现,被腐蚀的基体中的C 元素并非源自耐热钢本身,而是来自腐蚀环境中[33],这有力地证明了环境元素参与并加速了耐热钢的腐蚀㊂(a )T 91表面,500h(b )H R 3C 表面,500h (c )T 91表面,3000h (d )H T 3C 表面,3000h图3 在600ħ㊁25M P a 的S -C O 2环境中腐蚀不同时间后T91和H R 3C 钢的表面形貌F i g .3 S u r f a c em o r p h o l o g y of T 91a n dH R 3Cs t e e l c o r r o d e d f o r d i f f e r e n t t i m e s i na nS -C O 2e n v i r o n m e n t a t 600ħ,25M P a 2.3.3 高温蠕变过程中的氧化高温抗蠕变性能是衡量火电机组用耐热钢使用性能的重要指标,工件表面的抗氧化腐蚀性能同样不容忽视㊂S a w a r a g i 通过对S u pe r 304H 和T P 304H 工件在高温蠕变过程中耐蒸汽氧化腐蚀性能的研究发现,S u p e r 304H 钢在高温性能上明显优于传统的T P 304H 钢[3435]㊂这是由于S u pe r 304H 钢在后者的基础上,在降低M n ㊁S i ㊁C r 元素含量的同时,提高了C 元素和N i 元素的含量,使得S u pe r 304H 钢的基体中形成了更加细小弥散分布的M 23C 6相,从而达到了强化基体和稳定组织的效果㊂耐热钢工作在高温高压的环境中,其微观组织必然会发生蠕变反应,这种微观组织的蠕变往往会促进应力腐蚀,破坏基体现有的致密氧化膜,从而形成更为严重的腐蚀破坏㊂S u pe r 304H 中较高的N 元素含量通过影响C r 等合金元素的固溶和析出行为,有效抑制了碳化物的形成和长大,延缓敏化作用,从而提高抗应力腐蚀性能[36]㊂650ħ高温蠕变过程中的氧化行为研究显示,氧化初期主要表现为表面形成单层的刚玉型氧化结构且富含C r 元素,腐蚀后期形成双层的尖晶石结构氧化物且形成贫铬区,加速腐蚀的进行[37]㊂9C r 3W 3C o 系G 115钢[38]是目前比较被认可的一种新型耐热钢,在650ħ㊁27M P a 的蒸汽氧化腐蚀行为研究中发现,其表面氧化膜外层为粗大的柱状F e 3O 4,孔洞较少㊁较致密;内层为晶粒细小的F e -C r 尖晶石和少量的F e 3O 4,氧化膜较致密,与基体贴合度较好;经2000h 氧化后,外层氧化膜空洞增多,氧化膜产生贯穿裂纹,是氧化腐蚀失效的主要原因㊂在450~500ħ蒸汽压机组中的P 92铁素体耐热钢[39],其抗氧化腐蚀性能较好,更适合应用在500ħ以下的工作环境中,这也限制了P 92钢在更高温度下的使用㊂2.3.4 高温熔盐对腐蚀机理的影响高温熔盐腐蚀是耐热钢在超超临界机组中比较常见也是较为严重的一种腐蚀,因为燃料中的碱性物质较高,易在高温下形成熔点较低的复合盐,从而形成严重的高温熔盐腐蚀㊂耐热钢在高温熔盐腐蚀初期,O 元素在N a 2S O 4中借助S 2O 2-7 S O 2-4的置换从而完成传输,故在不含S O 3的环境中,腐蚀并不明显[40]㊂但在煤灰腐蚀的环境中,生成的熔融碱性铁硫酸盐腐蚀保护膜造成氧化加剧,对高镍合金尤为明显,而在含有S O 3的空气中,也会有低温热腐蚀现象[41]㊂通过对比耐热钢耐煤灰腐蚀的能力时发现,在700ħ的环境中腐蚀最为严重,材料表面F e (S O 4)3-3的熔化加剧了腐蚀进程,N i -N i 3S 2共晶体在650ħ熔化,从而使得镍基合金的腐蚀速率在700ħ时高于铁基合金[42]㊂耐热钢在熔盐中的腐蚀过程中,由于生成了挥发性的腐蚀产物,从而导致失重,例如C r 元素会以C r O 2-4的形式挥发,从而使氧化膜受损失去保护作用[43]㊂在高温熔盐环境中,耐热钢腐蚀机理的研究同样重要,通过对腐蚀行为和腐蚀机理的研究找到相对应的防护途径,从而提高耐热钢的耐腐蚀性能㊂5第1期 马煜林等:火电机组用耐热钢高温耐腐蚀性能研究进展对T 91钢在K C l ㊃N a C l 熔盐体系中不同温度的研究发现,气体中微量的K C l 蒸汽显著影响T 91的耐高温腐蚀性能[44]㊂初期受氧化剂在熔盐中的扩散影响,T 91钢腐蚀较快,后期电化学阻抗谱呈显著的双容抗弧特征,腐蚀速率受金属腐蚀荷电粒子在氧化膜中的迁移速率控制,随着腐蚀温度的升高,耐腐蚀性能逐渐减弱㊂2.4 腐蚀防护随着超超临界锅炉参数的不断提高,高温腐蚀对耐热钢的影响也越来越大㊂国内外对耐热钢腐蚀现象十分重视,在对其开发㊁研制和应用方面,日本和欧洲领先世界其他国家和地区,我国还处于国产化试制阶段[45]㊂目前耐热钢的腐蚀防护仍然依靠表面的致密氧化膜起到保护作用,氧化膜又可分为自生型氧化膜和外加涂层2种㊂2.4.1 自生型氧化膜自生型氧化膜是指耐热钢中固溶的A l 和C r 元素能够在基体表面生成致密的氧化膜层,从而遏制外界和基体内部发生氧化反应,从而提高耐热钢的耐腐蚀性能㊂这种自生型氧化膜的致密性是决定耐热钢耐腐蚀性能的关键,因此成为研究的热点㊂Y a m a m o t o 等[46]对奥氏体耐热钢进行了成分优化,增加了质量分数为2.5%的A l ,使基体表面生成了致密的A l 2O 3氧化层,从而开发出了新型含铝奥氏体耐热钢H T U P S 4㊂将A l 2O 3与C r 2O 3氧化膜的耐腐蚀性做了对比,当温度高于600ħ时,A l 2O 3氧化层在水蒸气的环境中高温稳定性更好[47]㊂目前已经证实,若同时提高耐热钢中A l 和N i 的元素含量,将大幅提高材料的高温抗氧化性[48]㊂G a o 等[49]研究发现,表面的A l 2O 3氧化层在100h 以内就能够形成连续致密的氧化保护层,遏制O 原子深入基体,延缓了耐热钢的氧化速率,使得耐热钢在A l 2O 3氧化层的保护下可以在700ħ水蒸气的环境中长期服役[50]㊂2.4.2外加涂层图4 S u pe r 304H 渗铝前后在650ħ纯水蒸气中的氧化动力学曲线F i g .4 O x i d a t i o n k i n e t i c s c u r v eo f S u pe r 304Hb ef o r ea n d a f t e r a l u m i n i z i ng i n p u r ew a t e r v a po r a t 650ħ传统的料浆渗铝法是提高金属材料表面耐腐蚀性能的常用手段,有学者在S u pe r 304H 钢表面制备了铝扩散涂层以提高抗蒸汽氧化性能㊂研究发现在650ħ的水蒸气中氧化1000h ,铝扩散涂层表面形成仅200n m 的α-A l 2O 3膜,图4[51]给出了渗铝前后的S u p e r 304H 的氧化动力学曲线,基体的氧化速率已经大幅降低㊂有学者[52]采用料浆渗铝法在P 91㊁P 92铁素体耐热钢上制备了由内外2层组成的铝扩散涂层,其中外层为F e 2A l 5,内层为F e A l ,同样显著提升了基体的抗氧化性能㊂这种外加氧化膜涂层的方法可以通过喷涂工艺将保护涂层喷涂在基体上,在不改变其力学性能的同时,最大限度地提高了耐腐蚀性能㊂9C r 1.5M o 1C o 系的C B 2钢在650ħ水蒸气的氧化腐蚀实验中,表面喷涂新型的无机硅酸盐涂层后,抗腐蚀性能显著提升,基体与涂层中间生成了富C r 氧化层,进一步提高了材料的抗氧化性[5355]㊂3 结语与展望结合目前国内外的研究进展,对超超临界火电机组用耐热钢未来高温耐腐蚀的研究发展趋势提出了展望:1)火电机组用新型耐热钢耐腐蚀性能的研究中,铁素体耐热钢以9%~12%C r 系为未来发展趋势,适量的S i ㊁T i 和稀土元素能提高抗蒸汽氧化性能;奥氏体耐热钢若通过提高C r 和N i 的质量分数以提升更高的抗氧化腐蚀性能的同时兼备M n ㊁N i ㊁N b ㊁A l ㊁N 这些元素的合金化技术思路,将有效提高基体的耐氧化腐蚀性能㊂6沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷2)目前已有可以满足650ħ以上锅炉抗高温蒸汽氧化性能的耐热钢,国外已经对700ħ时合金元素种类及含量变化与材料综合性能的关系进行了研究㊂C r 和A l 是最直接增加耐氧化腐蚀性能的元素,适量的S i 元素和稀土元素也是增加耐氧化腐蚀性能的重要元素,如何增加它们在基体中的固溶量才是提高耐热钢腐蚀性能的关键,还需深入研究㊂3)耐热钢部件腐蚀防护的研究主要分为外加氧化膜涂层和自生防护氧化膜2种途径,其防护作用机理都是通过表面形成致密氧化物膜层来抑制腐蚀进程,从而提高耐腐蚀性能㊂参考文献:[1]G I B B O N ST B .S u p e r a l l o y s i n m o d e r n p o w e r g e n e r a t i o na p p l i c a t i o n s [J ].M a t e r i a l sS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ,2009,25(2):129135.[2]迟成宇,于鸿垚,谢锡善.600ħ超超临界电站锅炉过热器及再热器管道用先进奥氏体耐热钢的研究与发展[J ].世界钢铁,2012,12(4):5065.C H ICY ,Y U H Y ,X I EXS .R e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o f a u s t e n i t i c h e a t -r e s i s t a n t s t e e l s f o r 600ħs u p e r h e a t /r e h e a t e r t u b e s o f U S C p o w e r p l a n t b o i l e r s [J ].W o r l d I r o n &S t e e l ,2012,12(4):5065.[3]V I S WA N A T H A N R ,C O L E MA N K ,R A O U.M a t e r i a l s f o ru l t r a -s u p e r c r i t i c a l c o a l -f i r e d p o w e r p l a n tb o i l e r s [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r e s s u r eV e s s e l s a n dP i p i n g,2006,83(11/12):778783.[4]刘越,马煜林,郭浩,等.C o ㊁B 对新型铁素体耐热钢组织和性能的影响[J ].材料导报,2015,29(13):1823.L I U Y ,MA YL ,G U O H ,e t a l .E f f e c t s o f C o a n dBo nm i c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o fm o d i f i e d f e r r i t i c h e a t -r e s i s t a n t s t e e l s [J ].M a t e r i a l sR e v i e w ,2015,29(13):1823.[5]袁智,张海莲,张会杰,等.新型含A l 奥氏体耐热钢高温蠕变性能的研究现状[J ].金属热处理,2022,47(5):1424.Y U A NZ ,Z H A N G H L ,Z H A N G H J ,e ta l .R e s e a r c hs t a t u so fh i g h -t e m p e r a t u r ec r e e pp r o p e r t i e so fn o v e la l u m i n a -f o r m i ng a u s t e n i t i ch e a t -r e s i s t a n t s t e e l [J ].H e a tT r e a t m e n t o fM e t a l s ,2022,47(5):1424.[6]L E O N G Y ,A L I A F ,K U R N I AWA N T.H i g ht e m p e r a t u r eo x i d a t i o nb e h a v i o ro fT 91s t e e l i nd r y a n dh u m i dc o n d i t i o n [J ].I n d o n e s i a nJ o u r n a l o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2016,1(2):232.[7]Z I E L I 'N S K IA ,P A S Z K OW S K A H ,S K U P I E 'N P ,e t a l .A s s e s s m e n t 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陕西电力科学研究院材料所 张兵
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主要内容
1、火电厂高温部件用钢的历史回顾 2、耐热钢发展的技术路线 3、新型耐热钢的应用 4、700℃级蒸汽参数合金材料简介 5、结束语
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1火电厂高温部件用钢的历史回顾
1.1 五十年代中期前 我国火电厂均为中温中压和低温低压机组，其蒸汽
引进美国亚临界参数T=540℃/540℃、P=18.2MPa 的300MW和600MW火电机组。主蒸汽管道和再热蒸汽 管道热段均选用A335P22(10CrMo9）1钢0 。 1.5 九十年代
从俄罗斯引进了10套一般超临界机组和6 套亚临 界供热机组，超临界机组参数T=545℃/545℃、 P=25.2MP，a 其主蒸汽管道均选用15Cr1Mo1钢V 。
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奥氏体（Austenit）e 耐热钢： 以原子排列为面心立方结构的奥氏体为基体
的热强钢。 优点： 耐高温腐蚀性较强，在较高温度下工作时组
织稳定性好， 600℃以上服役时的蠕变断裂强度 较高。
缺点： 低的导热率，高的线膨胀系数，工艺性能
差，焊接接头易产生早期失效，应力腐蚀敏感 性强，制造成本高。
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1.6 九十年代后期
原电力部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”，其后建造的的国产 300MW、600MW级亚临界、超临界机组 主蒸汽管道均采用A335P91钢。
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? 1.7 2004 年我国开始建设超超临界 600MW和 1000MW 机组。
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2.2 耐热钢的性能要求 蠕变断裂强度（高温强度、持久强度） 材料的蠕变断裂强度决定了其高温服役状态下的许用应
力，是保证高温部件运行可靠性的重要性能指标。 抗高温腐蚀性能 高温腐蚀又称煤灰腐蚀、烟气侧腐蚀，是指金属在高温
环境中和氧或氧化物发生化学反应转变为金属氧化物的过程。 高温腐蚀是影响锅炉受热面管寿命的主要因素。
的A335P92 钢；锅炉高温过热器和高温再热器部件
大量采用A213T91 、T92、T122等新型体素体耐热
钢以及Super304H 和HR3C等新型奥氏体体耐热钢。
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图1 中国火电机组蒸汽参数发展趋势
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为了适应超超临界机组的发展需求， 美国、日本、欧洲等发达国家，经过 多年的研究，开发了2.25%Cr系列， 9% -12%C系r 列及新型奥氏体系列等新 钢种，并纳入到美国材料试验协会 ASTM 标准中。
参数均不超过450℃、3.8MPa。锅炉受热面及主蒸汽管道 用钢为10 号或20 号低碳优质碳素钢
1.2 五十年后期年至六十年代末 发展了12MW、25MW、50MW以及100MW无中间再
热高温高压机组，机组的主蒸汽参数T=510℃、540℃、 P=9.8MP。a 主蒸汽管道用钢为：用于510℃的主蒸汽管道 选用12CrMo和15CrMo钢；用于540℃的主蒸汽管道选用 12Cr1MoV钢。
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2006 年11 入运行， 12 月4日华电邹
县电厂7号机组（1000MW 超超临界）投入运行，
标志着中国电力正式进入超超临界时代。
?
上述机组均采用引进国产设备，其蒸汽参数为：
主蒸汽/再热蒸汽温度为 600℃/600℃，主蒸汽出口
压力为 26.5MPa 。主蒸汽管道选用了可满足该参数
在已建成和正在建设的我国 1000MW超超临界机组中，该类新型管 材所占比例达到60%左右。
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2、耐热钢发展的技术路线 2.1耐热钢的种类
耐热钢通常分为体素体耐热钢和奥氏体耐热钢 体素体（Ferrite）耐热钢： 以原子排列为体心立方结构的体素体为基体的热强钢
优点： 高的导热率，低的线膨胀系数，具有铁磁性便于 进行无损检测，应力腐蚀敏感性弱，工艺性能好，制 造成本较低。 缺点： 抗高温腐蚀性能力较差，在较高温度下工作时组 织稳定性差，600℃以上服役时的蠕变断裂强度较低且 随温度的升高下降幅度大。
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1.3 六十年代末年至七十年代年末 发展了超高压中间再热机组125MW、200MW和亚
临界300MW火电机组，机组主蒸汽参数T=540℃、 555℃、P=16.7MP。a 主蒸汽管道材料10CrMo91、0 X20CrMoWV121(F1或1)X20CrMoV121 (F1，2) 钢。 1.4 七十 年代末至八十 年代末
抗蒸汽氧化性能 蒸汽侧氧化带来的主要问题是氧化层剥落造成的管路堵 塞超温失效以及颗粒物对汽轮机部件的损伤。
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抗热疲劳、蠕变疲劳性能 热疲劳和蠕变疲劳是导致厚壁高温部件早期失 效的主要原因之一。 为适应机组负荷频繁变化的实际工况，必须高 度重视部件材料的抗热疲劳、蠕变疲劳性能。 工艺性能 金属材料冷、热加工成型的难易，决定了其工 程应用的广泛性。 对于电站用耐热钢而言，焊接性能是衡量材料 工艺性能的主要指标。
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3新型耐热钢的应用 3.1 耐热钢的分类
铁素体钢按照微观组织分类： ◆珠光体钢 ◆贝氏体钢 ◆马氏体钢 按照合金含量分类 ◆碳素钢（20G、25MnG等） ◆1-2Mo（15MoG、20MoG等） ◆1Cr-0.5Mo（15CrMoG、12Cr1MoVG等） ◆2.25Cr-1Mo（10CrMo910、T/P22、T/P23等）
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2.3体素体耐热钢的发展技术路线图
图2 铁素体耐热钢的发展历程
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2.4 奥氏体耐热钢的发展路线 304（18Cr-8Ni ）----304H （H Grade，0.040.1C）----Super304 （ 18Cr-8NiCuNbN ） 347（18Cr-8NiNb )--- 347H（H Grade，0.040.1C）--- 347HFG(Heat Treatment) 18Cr-8Ni ----316(18Cr-8NiMo) ----316H （H Grade，0.04-0.1C ） 309(22Cr-12Ni)---310(25Cr-20Ni)--310NbN(25Cr-20NiNbN 、HR3C）