超(超超)临界锅炉用钢材质特性及分析---彭波科技论文.doc

1、超（超超）临界机组管道材质特性及分析摘 要：。Abstr act:.关键词：Key words:1 前言超（超超）临界机组蒸汽温度和压力的提高对材料的热强性能、抗高温腐蚀和蒸汽氧化能力都有更高的要求，在采用与亚临界锅炉或者超临界锅炉相同材料前提下，蒸汽温度和压力的提高势必要求增加材料的厚度（主要是管壁厚度），而厚壁部件的生产、焊接、热处理、探伤等工艺等都有更多的困难，同时还会降低机组的启停速率和调峰能力。要实现高蒸汽参数机组的可靠运行，就必须使用与高的参数相适应的高性能的耐热材料。对于超超临界锅炉受压部件的选材，其特殊性主要体现在水冷壁、末级过热器、末级再热器、主蒸汽管道及集箱等部件。以下对被

2、收录到ASME/ASTM和ASME CODE CASE（规范案例）的一部分新型锅炉材料进行简要介绍，其中一些材料已被应用到哈锅承制的国内第一台1000MW等级的超超临界锅炉-玉环工程上和后续的泰州、营口、阚山、河源等超超临界工程上，如P92、Super 304H和CODE CASE 2115（25Cr20Ni）；有一些材料哈锅进行过或正在进行材料的复核试验或应用研究，如P92、E911、TP347HFG、Super304H等，对这些材料的应用研究已被列入了国家863“超超临界燃煤发电技术”课题/子课题2的材料应用研究。2一、新型912%Cr铁素体耐热钢1T/P92是一种新型的9%Cr的马氏体热

3、强钢。该钢是由日本新日铁公司在T/P91（9Cr-1Mo-V-Nb）合金成分的基础上通过加入1.8的W取代部分Mo，大大提高了固溶强化的效果，得到了NF616（T/P92，9Cr0.5Mo1.8WVNb），600的许用应力比T91高34，可用作620以下的锅炉厚壁部件。该钢已正式被收录到ASME规范中的SA-213和SA-335标准中，其许用应力按规范案例（ASME CODE CASE）2179-3。该类钢目前由德国的V&M和日本的住友金属生产。近年来，随着该材料持久强度试验时间的不断增加，发现10万小时持久强度低于推算的数据（大约降低14），在2005年欧洲蠕变协会的ECCC05标准

4、中，该材料的许用应力值被更新，许用应力的数值比ASME标准又有所降低，使用时必须注意，具体见下表。不同标准的P92材料许用应力对比温度oCASME Code Case 2179 MPaECCC99MPaECCC05MPa580105.69100.6794.6759096.7590.6784.6760088.1582.0075.3361079.7173.3366.6762071.2764.6758.0063063.0556.6750.0064054.8649.3343.3365047.0042.6737.332E911(T/P911)E911是欧洲COST501开发的新钢种，最初是作为转子用钢设

5、计的，后来在欧洲主要作为锅炉小管和厚壁部件材料进行开发，其成分与日本新日铁开发的NF616(T92/P92)类似，也是一种9%Cr的马氏体热强钢，是在P91基础上以1.0W取代部分Mo，在ASME规范中提供的高温许用应力值略低于P92。哈锅对该钢种的大口径钢管已进行了多年的连续跟踪和试验，试验结果显示，其实际的高温持久性能比其生产商德国V&M公司推荐的数据和ASME规范上的要高些，与T/P92相当，有关试验仍在进行中。该钢种已被收录到ASTM A 213-03a和A335-03中，其牌号为T/P911。在现行的ASME2001版规范中该钢种以CODE CASE 2327的形式出现，正式

6、进入规范材料。3T122/P122随着该材料持久强度试验时间的增加，发现其允许应力有大幅度降低（在600时大约降低20，在650时大约降低60）。哈锅已不用该材料。二、 新型的奥氏体耐热钢1TP347HFGTP347H是常规18%Cr系列奥氏体耐热钢中高温强度最高的，但其抗蒸汽氧化及剥落性能有限。通过特殊热处理和热加工使TP347H晶粒细化到ASTM 8级以上即得到TP347HFG细晶钢，提高了抗蒸汽氧化能力，同时由于固溶强化效果的提高，蠕变强度得到提高，对于提高过热器管的稳定性起着重要的作用，在许多超超临界机组中得到了大量应用。该钢种较早被收录到ASME SA-213标准中，许用应力按ASM

7、E CODE CASE2159-1。该钢种的实用业绩在日本和欧洲都有很多，欧洲和日本都能够生产，由于成分相对简单、今后国内生产也较容易，对锅炉制造企业材料采购及电厂维修都非常有利。2Super304HSuper 304H是基于已被广泛使用的、传统的奥氏体耐热钢TP304H（18Cr-8Ni）钢，应用多元合金强化理论、弥散强化理论等开发的一种新型的奥氏体钢，其公称成分为(0.1C-18Cr-9Ni- 3Cu-Nb-N)。现已被列入了ASME CODE CASE 2328，并收录到美国材料与试验学会材料标准ASTM A 213 (03a版)中，UNS编号S30432；日本标准牌号SUS304J1H

8、TB。该钢由日本Y.Sawaragi等人开发，日本住友金属株式会社将其工业化生产，在成分上的特征是： 为提高蠕变断裂强度增加了3%左右的Cu。即在蠕变中Cu富集相在奥氏体基体中微细分散共格析出，大幅度提高了材料的蠕变断裂强度； 通过复合加入Nb、N元素，达到进一步提高材料的高温强度和持久塑性。该钢在成分的设计上以典型的18Cr-8Ni作为基础，从经济性的角度出发，不用价格相对较高的W、Mo等元素，利用多元合金化原理，即显著提高了材料的高温蠕变断裂强度，又使其耐高温烟气腐蚀和高温蒸汽氧化与细晶粒TP347H（TP347HFG）大致相同。Super304H在650时的许用应力比TP304H高90%

9、、比TP347H高48%、比TP347HFG高21%，而且比25Cr-20Ni类的TP310HCbN(HR3C)略高5%左右。由于Super304H在高温下具有较高的蠕变断裂强度和许用应力，因此该钢是性能价格比最好的材料，采用这种钢管制造超超临界锅炉受压部件的经济性非常显著，同时可以使钢管壁厚减薄，钢耗量大大降低。该材料首次实际装机运行时间是1989年，由三菱重工株式会社与和歌山共同火力株式会社共同使用在锅炉的过热器和再热器上 (参数19MPa，571/543)运行了6年，MHI在超临界和超超临界上的应用见专题说明1，其中原町1号炉1997年投运至今已8年。高参数下的更长期的安全使用性能还需要

10、实机考核。该钢的焊接性和冷热加工性与TP347H相当，另外，从1989年开始，哈尔滨锅炉厂有限责任公司、东方锅炉股份有限责任公司、上海锅炉厂有限责任公司、机械部发电设备服务中心与日本住友金属公司合作，对一些新型耐热钢进行了部分的性能复核及研究，针对的主要材料是T23(HCM2S)、T91/P91、HCM12A、Super 304H。应该说哈锅对Super 304H的加工、焊接性能及热处理工艺已经掌握，具备保证超超临界机组的运行可靠性以及对运行中可能出现问题的反应能力及维护能力。哈锅的玉环、泰州、营口、阚山、河源工程等超超临界锅炉上使用了该材料。3 25Cr20Ni25Cr20Ni是一种结合了T

11、P310H和TP310Cb的改进的25Cr-20Ni型奥氏体耐热钢，其公称成分为0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N，现列入了ASME SA-213/SA-213M标准中，材料牌号TP310HCbN（UNS S31042），许用应力按ASME CODE CASE 2115-1。该材料由日本住友金属株式会社开发，由于在原TP310H的基础上添加了微量的Nb和N（Nb：0.200.60%，N：0.150.35%），使这种钢的高温许用应力在950（520）以上比TP310H有显著提高，在金属壁温为650时，该材料的高温蠕变强度为TP310H的2倍左右。由于具有高Cr、高Ni，因此抗高温蒸汽氧化、抗

12、烟气腐蚀的性能比18Cr-8Ni或19Cr-11Ni要高出许多，是一种以高参数的超超临界锅炉过热器或再热器高温段部件为使用背景的材料。以上六种材料的化学成分、常温力学性能、许用应力见表1表4。表1 奥氏体钢管的化学成分和力学性能材料牌号Super 304HTP347HFGTP304HTP347HTP310HTP310HCbN(25Cr20Ni)UNS编号S30432-S30409S34709S31009S31042公称成分18Cr-9Ni-3Cu-Cb-N18Cr-10Ni-Cb18Cr-8Ni18Cr-10Ni-Cb25Cr-20Ni25Cr-20Ni-Cb-N材料标准SA-213CODE

13、CASE2328SA-213CODE CASE2159-1SA-213SA-213SA-213SA-213CODE CASE2115-1化学成分C0.07-0.130.06-0.100.04-0.100.04-0.100.04-0.100.04-0.10Si0.300.750.750.750.750.75Mn0.502.002.002.002.002.00P0.0450.0400.0400.0400.0400.030S0.0300.0300.0300.0300.0300.030Cr17.00-19.0017.00-22.0018.0-20.017.0-20.024.00-26.0024.00-

14、26.00Ni7.50-10.509.00-13.08.00-11.009.00-13.0019.00-22.0017.00-23.00Nb0.20-0.600.20-0.60Ta+Nb0.20-0.808×C1.08×C1.0Cu2.50-3.50Al0.003-0.030N0.05-0.120.15-0.35B0.001-0.010室温力学性能抗拉强度Rmksi (MPa)80(550)80(550)75(515)75(515)75(515)95(655)屈服强度Rp0.2ksi(MPa)30(205)30(205)30(205)30(205)30(205)43(295

15、)伸长率 A 50mm,%353535353530硬度192HB(90HRB)192HB(90HRB)192HB(90HRB)192HB(90HRB)192HB(90HRB)256HB(100HRB)表2 奥氏体钢管的许用应力金属温度不超过°F许用应力值（ksi）Super 304HTP347HFGTP304HTP347HTP310HTP310HCbN（25Cr20Ni）-2010022.720.020202027.120022.720.020202026.930022.720.018.918.82025.440022.719.918.317.819.924.650021.919.3

16、17.517.119.324.260021.119.116.616.918.524.065020.719.016.216.818.223.970020.418.915.816.817.923.875020.118.815.516.817.723.780019.818.615.216.817.423.685019.518.314.916.817.223.490019.218.114.616.716.923.195018.917.914.316.616.722.8100018.617.71416.413.822.4105018.317.512.416.210.322.0110018.116.69.

17、814.17.616.1115014.712.87.710.55.513.6120011.49.76.17.9410.112508.77.34.75.937.613006.55.43.74.42.25.713504.74.02.93.21.74.314003.32.32.51.314502.21.81.80.9715001.51.41.30.75（1）TP304H、TP347H和TP310H的许用应力摘自ASME Section II-D篇；（2）Super 304H、TP347HFG和TP310HCbN的许用应力摘自ASME规范案例（CODE CASE）。表3 铁素体钢管的化学成分和力学性能

18、材料牌号T91/P91T92/P92(NF616)T911/P911（E911）T122/P122(HCM12A)公称成分9Cr-1Mo-V9Cr-2W9Cr-1Mo-1W-Cb12Cr-2W材料标准ASME SA-213ASME SA-335ASME SA-213ASME SA-335CODE CASE2179-3ASTM A 213ASTM A 335CODE CASE2327ASME SA-213ASME SA-335CODE CASE2180-2化学成分C0.08-0.120.07-0.130.09-0.130.07-0.14Mn0.30-0.600.30-0.600.30-0.600

19、.70P0.0200.0200.0200.020S0.0100.0100.0100.010Si0.20-0.500.500.10-0.500.50Cr8.00-9.508.50-9.508.5-9.510.00-12.50Mo0.85-1.050.30-0.600.90-1.100.25-0.60V0.18-0.250.15-0.250.18-0.250.15-0.30W1.50-2.000.90-1.101.50-2.50Nb0.06-0.100.04-0.090.060-0.1000.04-0.10B0.001-0.0060.0003-0.0060.005N0.030-0.0700.030

20、-0.0700.040-0.0900.040-0.100Ni0.400.400.400.50Al0.0400.0400.0400.040Cu0.30-1.70力学性能抗拉强度Rmksi (MPa)85(585)909090屈服强度Rp0.2ksi(MPa)60(415)646458伸长率A 5,50mm, %20202020硬度250HB(265HV)(25HRC)250HB(25HRC)238HB(99.5HRB)250HB(25HRC)表4 铁素体钢管的许用应力金属温度不超过°F许用应力值（ksi）T91/P91T911/P911-2010024.325.720024.325.7

21、30024.325.140024.224.150024.123.660023.723.265023.423.070022.922.775022.222.380021.321.785020.321.090019.120.195017.819.0100016.317.7105014.0(12.9)14.9110010.3(9.6)11.411507.06.712004.3专题说明17：超（超）临界锅炉高温用钢的选择和应用1.概述超（超）临界机组锅炉出口蒸汽的温度、压力参数相应提高，过热器/再热器蛇形管的服役条件更为复杂、恶劣，需采用高温强度更高，抗氧化腐蚀性更好的奥氏体不锈钢材料；另外对大口径集箱

22、和管道的首选材料是铁素体耐热钢，因为低的热膨胀系数和高的热导率可以允许较高的启停速率，而不会导致这些厚壁部件严重的热疲劳损伤，在蒸汽温度到达600以上，锅炉过热器或再热器出口集箱和管道等需采用高温强度更高，并具有良好工艺性能、断裂韧性的高合金Cr-Mo钢材料。我公司对以上几种材料的性能，特别是焊接性能、弯曲性能，进行了大量的理论和试验研究。2.超（超）临界锅炉高温用钢选用原则当前，适用于超临界锅炉和超超临界锅炉高温段受热面的材料有T91、T92、TP347H、TP347HFG、SUPER304H（XA704）、HR3C（NF709）等。在选用这些材料时，我公司综合分析材料的强度和抗氧化性能，在

23、设计壁温的基础上选用材料。根据我公司经验，在材料既定使用温度下，选用材料的许用应力不低于49Mpa （7.0Ksi）。以下为材料我公司选择原则。规范规定能够使用的最高温度及对应强度材料T91T92TP347HTP347HFGSUPER304HHR3C温度（）649649732732732732强度（Ksi）4.36.93.24.04.74.3我公司选择使用的最高温度及对应强度材料T91T92TP347HTP347HFGSUPER304HHR3C温度（）621621649667667667强度（Ksi）7.010.27.97.38.77.63.超（超）临界锅炉高温用钢的使用温度限制目前我国锅炉制

24、造企业的选择是：超临界参数锅炉受热面高温段材料：T91、TP347H和TP347HFG等，集箱则多采用12Cr1MoVG、P91等；对超超临界锅炉高温部分所用的材料要多一些，有T91、T92、TP347H、TP347HFG、SUPER304H、和HR3C等，集箱则多采用12Cr1MoVG、P23、P91、P92等。高温钢种的使用温度及部件钢种使用温度上限应用部件P23575集箱T91620过热器、再热器P91600集箱、蒸汽管道T92640过热器、再热器P92625集箱、蒸汽管道TP347H650过热器、再热器TP347HFG675过热器、再热器SUPER304H700过热器、再热器HR3C7

25、00过热器、再热器4.TP347HFG材料选用与SUPER304H和HR3C国产化情况4.1 TP347H材料国产化情况日本住友于80年代末对TP347H钢管仍对TP347H钢管进行了进一步改进：利用微细的铌碳化物（NbC）的溶解和沉淀机理，采用新的、较高的固溶处理温度的热处理工艺使得TP347H的晶粒大大地细化，已得到ASME code case 2159确认，列入ASME SA-213M，标准中正式名称为TP347HFG。TP347HFG的成分、室温性能、高温短时性能与TP347H基本相同，但由于采用了特殊的处理方式，晶粒明显细化，使其抗氧化性能、持久强度、焊接性能、疲劳性能大大优于常规的

26、TP347H钢管。特别是在目前超临界锅炉的经常变荷运行和启停较为频繁的条件下，其优良的抗氧化性能和疲劳性能更显其重要性。目前国内华新特钢和武进不锈钢管厂已试制出TP347HFG，按照锅规的规定，新材料应完整的评定试验。由于该钢是对TP347H进行了制管工艺的优化，得到更佳的性能。4.2 SUPER304H与HR3C国产化情况为了得到良好的强度、塑性、韧性和抗腐蚀性的配合，应当获取具有最佳性能配合的组织及晶粒度。这两种钢管的热处理温度较高（基本上都在1200以上），对热处理装备能力提出了要求。目前，华新特钢、武进不锈钢管厂、宜兴精密钢管厂的热处理炉已安装，华新特钢已开始投用，武进正在调试，宜兴因

27、燃气供给暂时未到位，还不能投用。前两家已基本具备小批量生产能力，但还需继续完善制造工艺，以形成稳定的批量生产能力。5高温管屏热处理我公司不锈钢管屏热处理根据锅炉容量等级的变化和技术发展的需要先后存在并继续沿用以下两种技术路线：1）亚临界锅炉高温受热面，管屏主体材料为12Cr1MoV、P22、G102、T91、SA213TP304H、SA213TP347H等，在出口段部分使用不锈钢。针对这类管屏采取的技术路线是：不锈钢弯头采用局部固溶，管屏整体回火处理（主要是解决大量合金钢弯头和焊口的应力消除和组织改善）。2） 超临界和超超临界锅炉高温受热面，管屏主体材料为SA213TP347H、SUPER30

28、4H、HR3C等奥氏体材料，只有在入口段和出口段考虑与集箱管座的现场焊接而采用少量的T91、T92材料。针对该类管屏的热处理技术路线是：不锈钢+合金钢的异种钢接头采用局部回火处理；不锈钢弯头加大弯曲半径，不做固溶处理；个别小半径弯头固溶处理。5.1不锈钢管屏热处理的技术依据合金钢和不锈钢材料经过焊接、弯曲等加工后是否进行处理，应视加工对其性能的影响程度而定。当前我国国家标准中只有相关焊后热处理的要求，对不锈钢和合金钢弯曲热处理没有明确规定。我国锅炉制造厂家在执行上往往根据其技术来源、美国ASME标准，并结合自身对材料性能的研究和实践制定自身的技术路线。我公司通过长期的研究和实践形成了以下共识：

29、5.1.1一般当冷弯或热弯到达某一变形量即弯管半径超过某一半径时，或热弯在某一温度区域进行时需进行与母材使用状态相当的热处理。5.1.2 不锈钢与不锈钢之间的焊口不需要固溶热处理，不锈钢与合金钢的异种钢接头，合金钢之间的接头应进行回火处理。根据材料的使用状态和我公司弯管工艺，对超临界或超超临界锅炉不锈钢管屏热处理的分析如下：材料弯曲方法及变形量热处理方法采取的技术措施T91/T92冷弯任意变形量回火执行回火处理T91/T92热弯(Ac1Ac3)任意变形量正火回火避开该温度区T91/T92热挤压正火状态回火执行回火处理TP304H冷弯20%(R2.5D)12固溶处理提高弯曲半径，不做热处理TP3

30、47H冷弯15%(R3.3D) 12固溶处理提高弯曲半径，不做热处理Super304H冷弯15%(R3.3D) 12固溶处理提高弯曲半径，不做热处理HR3C冷弯15%(R3.3D) 12固溶处理提高弯曲半径，不做热处理不锈钢热弯挤压固溶处理执行回火处理异种钢焊口/回火执行回火处理不锈钢焊口/不需要不做处理T91等合金钢/回火执行回火处理注：(1) 美国ASME规范第卷 PG19 关于冷成型应变范围和热处理要求。(2) 国外资料文献（包括我公司引进的BHK技术和SUPER304H、HR3C材料研究资料）推荐不锈钢固溶处理的变形量20%(R2.5D)。5.2 不锈钢管屏整体固溶处理的分析管屏进行整

31、体还是局部热处理，应根据管屏中材料组成和各种材料弯曲焊接加工工艺而定。就我公司不采用管屏整体热处理，原因如下：5.2.1 管屏中不只存在不锈钢弯头，还存在T91等同种钢弯头、焊口、T91+不锈钢焊口，同时管屏上还有其它附件焊缝，如果整体固溶处理将使其他不能固溶处理的焊缝受到严重影响。5.2.2 如果只是将纯不锈钢段弯曲后固溶处理，其热处理必然带来变形，变形后无论冷校正还是热校正均对不锈钢有害。5.2.3 在锅炉制造厂进行整体固溶处理，不能象钢厂一样进行喷水冷却，其自然空冷将不能达到原始管子的组织和性能。因此，我公司认为不锈钢管屏热处理的最佳方式就是将弯头变形区进行固溶，其它焊口和弯头根据需要进

32、行相应的处理。我公司采取的不锈钢管屏的热处理措施为：不锈钢管屏制造尽量减少热加工，或降低热加工的影响。加大管子弯曲半径，控制冷加工变形量，取消弯头固溶处理；针对不可避免的小半径弯头采用整体进炉热处理，再拼接；控制制造过程中的变形，少量变形采取冷校正，取消热校正；同合金钢的异种钢接头采取局部退火处理。综上所述：我公司超（超）临界锅炉的设计制造和成功投运。通过大量的试验研究和借鉴学习，完全掌握了超（超）临界锅炉高温用钢的特性，我公司完全有能力制造采用这些材料的超（超）临界锅炉高温受热面部件。专题说明17：超（超）临界锅炉用钢特性与应用1、概述超（超）临界机组锅炉出口蒸汽的温度、压力参数相应提高，过

33、热器/再热器蛇形管的服役条件更为复杂、恶劣，需采用高温强度更高，抗氧化腐蚀性更好的奥氏体不锈钢材料，如Super304H和HR3C；另外对大口径集箱和管道的首选材料是铁素体耐热钢，因为低的热膨胀系数和高的热导率可以允许较高的启停速率，而不会导致这些厚壁部件严重的热疲劳损伤，在蒸汽温度到达600以上，锅炉过热器或再热器出口集箱和管道等需采用高温强度更高，并具有良好工艺性能、断裂韧性的高合金Cr-Mo钢材料，如P92/T92等材料。我公司和技术引进方对以上几种材料的性能，特别是焊接性能、弯曲性能，进行了大量的理论和试验研究。2、P92/T92材料概况1. P92/T92材料性能P/T92对应的日本

34、材料为NF616，新日铁在P/T91基础上通过1.8的W取代部分Mo，大大提高固溶强化的效果后得到了NF616，600的许用应力比P/T91高，可用作620以下的锅炉厚壁部件。2. P92/T92材料应用P92大口径管道环缝焊接我公司采用窄间隙热丝TIG工艺进行，该焊接技术已在技术引进方使用多年，焊接质量优良，接头的综合力学性能较好。T92小口径管的同种钢和异种钢接头采用热丝TIG焊工艺，焊接质量良好。我公司P92大口径管道环缝焊接同样采用世界先进的窄间隙热丝TIG工艺进行，为此我们已进口1套热丝TIG焊设备，首先用于邹县1000MW锅炉的制造。焊接时采取内通氩气进行背面保护，焊前预热，控制层

35、间温度，选用适当的焊接材料和焊接工艺参数等措施来保证其焊接接头的质量。另外我公司还引进2台内孔氩弧焊设备用于带短管座的焊接。邹县1000MW锅炉上使用P/T92材料制作出口集箱和管道。我们已经就P92集箱制造进行了一系列试验，如焊接材料性能试验，焊接工艺试验，现已基本完成这些试验。同时我公司做了P122/T122材料及焊接的技术准备，总之通过上述的工作，我们已完全掌握了P92/T92材料的焊接、加工、热处理工艺。3. 有关P92的许用应力下降问题P92材料列入ASME标准（Code Case 2179-3）后，近期有关文献发表了关于P92 材料蠕变应力下降问题的文章，根据介绍，推算出P92管道

36、材质在610下的许用应力在ASME标准基础上有一定程度的下降。本工程投标方案中考虑了上述因素的影响，在管子外径和壁厚选取上留有一定的裕度。本公司将在中标后与业主和设计院配合，进一步完善P92材料管道规格的选择。3、Super304H材料概况3.1 Super304H材料的应用情况Super304H是由日本住友金属株式会社和三菱重工在TP304H的基础上，通过降低Mn含量上限，加入约3%的Cu、约0.45%的铌和一定量的N，使该钢在服役期运行时产生非常细小而弥散的富铜相沉淀于奥氏体基体内的沉淀强化以及NbC、NbN、NbCrN和M23C6的强化作用，而得到很高的许用应力的一种新型的奥氏体不锈钢锅

37、炉管，目前已经纳入日本MITI标准，2000年3月已经由ASME code case 2328予以确认。SUPER304H钢的焊接性能良好，持久强度高、组织稳定性好及较好的抗蒸汽氧化性能，很好的耐蚀性（几乎与细晶粒的TP347H相同）。在600-700，其105小时的持久强度为TP347H钢的1.3倍以上。 本工程屏过、高过、高再除管屏外三圈管子采用HR3C材料外，其余管子均采用Super304H材料。Super304H钢管在日本的应用已经达到12年，到目前为止，日本住友生产Super304H在实际电厂中的使用量已经超过6131吨。日本巴布科克日立公司、三菱重工、石川岛播磨等公司设计制造的超（

38、超）临界锅炉均大量采用Super304H材料。综合日本以及国内锅炉行业的研究成果和在日本电站锅炉的过热器和再热器上的应用情况，都显示出该钢具有良好的综合特性，性能优于成熟应用的18-8（ASME SA-213TP304H、ASME SA-213TP347H等）奥氏体不锈钢。Super304H不同工作温度下的许用应力数值列表如下：3.2 Super304H材料的性能Super304H具有良好的高温强度性能、抗烟气腐蚀性能、抗蒸汽腐蚀性能。Super304H受热面管材许用应力变化曲线见图1。从图1可见在金属壁温大于600时Super304H许用应力高于HR3C的许用应力。图1 许用应力变化曲线(A

39、SME Sec Part D)6006507007508008509001101001000100001000001E+061E+071E+08Life time(h)Metal temperature(degC)At 6MPag658 degCSuper304H预期的使用寿命曲线见图2，在658时使用寿命大约为465,000小时，远大于200,000小时使用寿命要求。图2 Super304H 材料使用寿命变化曲线防止处于高温区的高壁温受热面管子外侧发生烟侧高温腐蚀的基本设计思路是采用奥氏体不锈钢材质。图3中给出了受热面管子高温腐蚀减薄情况和其材质中“Cr”含量的关系曲线。在烟气中SO2含量大

40、于0.1%的情况下，由于HR3C钢“Cr”含量更高，其高温腐蚀减薄量低于Super304H，因此锅炉燃料含硫高的情况下HR3C钢更适用。在烟气中SO2含量小于0.1%的情况下，通常使用Super304H材料。为提高锅炉对煤种的适应性，屏过、高过、高再管屏外三圈采用了HR3C。0.010.020.050.200.501.00.100温度:650 灰 ：1.5MNa2SO4-1.5MK2SO4-1MFe2O3 腐蚀量(mg/cm2 )20Cr-25Ni-15MoHR3CSuper 304H50100150200时间:20小时 烟气中的SO2含量图3 材料烟气腐蚀量变化曲线3.3 提高Super30

41、4H蒸汽侧抗氧化性能的工艺措施的研究尽管Super304H具有良好的抗氧化性能，但在高金属壁温工作条件下同样会被氧化产生Fe3O4。由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数大，因此造成氧化所生成的较厚的Fe3O4在锅炉启动和停止时，随着热应力等的变化容易发生剥离，剥离物堆积在管子的弯曲部位，会造成管子的过热，脱落的剥离层也会造成汽轮机叶片的损伤。我公司推荐在超超临界锅炉中减小Super304H奥氏体不锈钢管内壁蒸汽氧化的主要措施是采用管内壁喷丸处理。图4示出了采用管内壁喷丸防止汽侧腐蚀的效果，可见管内壁喷丸是防止汽侧腐蚀的最有效措施。温度 (oC)腐蚀减薄厚度m0时间:1000小时25Cr-20Ni-Cb

42、-V -喷丸后SUPER 304H5506006507007508002030405010SUPER 304HHR3C图4 不锈钢管喷丸处理后的效果图3.3.1关于Super304H管内喷丸的工艺方法为验证喷丸工艺，我公司技术引进方很早就对喷丸工艺进行了大量的试验，通过控制喷丸材料的输送率、空气流量和管子的运动速度等来保证喷丸效果，通过对管子的端部和中部进行喷丸效果的检查（如：管内壁致密层均匀度、硬度、壁厚等），验证喷丸工艺质量。 在喷丸工艺初期使用阶段， 要对管子采取大量检查的措施，检验两端部及中间部位，确保没有缺陷。工艺成熟后，对管子的喷丸效果仍要进行上述检验。3.3.2 对Super30

43、4H喷丸效果的试验研究我公司技术引进方为了解Super304H喷丸效果的持续时间，对管子喷丸后内壁形成的致密层进行检查，以检验致密层厚度在实际应用中的变化情况，下表为不同运行时间时致密层厚度变化情况，可见喷丸效果非常稳定，能达到很好的防止管内壁抗氧化的效果。标记使用时间(h)Fe3O4的厚度(m)（Fe,Cr）3O4的厚度(m)Cr2O3的厚度(m)总厚度(m)A9000-4B24000-5.5C*480001.52.02.05.5注：取样管来自于我公司技术引进方已投运的1000MW超超临界锅炉，取样管工作温度为638。3.3.3关于Super304H部分的喷丸处理喷丸处理后对部分管子弯头需进

44、行固溶化处理。固溶化处理后的管子喷丸效果有一定的降低，但由于固溶化处理影响的区域占总受热面面积的比例极小，运行中由此产生的氧化层剥离物很少，在管子的弯曲部位不会产生因剥离物的堆积而造成管子的过热和对汽轮机叶片的损伤。锅炉吹管对喷丸效果无明显影响根据我公司技术引进方长期对Super304H喷丸处理的经验，在实际工程中，未发现因冲管造成对喷丸效果产生负面影响。3.4 1000MW超超临界锅炉使用Super304H的业绩。日本有许多使用SUPER304H钢的锅炉运行业绩，在以往1000MW超超临界机组锅炉中使用Super304H的情况见下表：工程名称松浦2号原町2号橘湾2号常陆那珂1号电力公司电源开

45、发东北电力电源开发东部电力容量1000MW1000MW1050MW1000MW燃料煤煤煤煤主蒸汽压力25.1MPa（a）25.5MPa(a)26MPa(a)25.5MPa(a)主蒸汽温度598604605604再热蒸汽温度596602613602高温受热面材料Super304HSuper304HSuper304HSuper304H投运时间1996年7月1998年7月2000年12月2003年我公司技术引进方设计制造的日本橘湾电厂2机组1050MW 超超临界锅炉中屏过、高过、高再受热面均采用Super304H，从2000年12月投运至今均未发现超温爆管及汽轮机叶片冲蚀等问题。4、HR3C材料概况

46、HR3C（火SUS310JITB）则是日本住友金属株式会社考虑到18-8型（TP304H或TP347H等）在含硫较多的环境中无足够的耐蚀性、而TP310型钢有足够的耐蚀性却只有较低的持久强度或许用应力的状况，从而研制开发的更高Cr、Ni含量的奥氏体不锈钢，已经纳入日本MITI规范，牌号定为“火SUS310JITB”，近年由ASME Code Case 2115-1确认。由于在该钢中加入了比常规奥氏体不锈钢多得多的Cr、Ni、较多的Nb和N，该钢的抗拉强度高于常规的18-8不锈钢，持久强度和许用应力远高于常规的18-8不锈钢以及TP310钢，高温耐热蚀抗力大大优于含Cr较少的钢，且抗蒸汽氧化性能

47、极优。4.1 DBC和技术引进方对HR3C材料的应用经验HR3C材料是在日本不锈钢SUS310TB基础上改良后的材料，日本牌号是SUS310J1TB。该材料与Super 304H是日本日立公司和住友金属同时联合开发的新型材料，通过长期比较、研究，HR3C抗氧化性能和抗烟气腐蚀优于Super304H，在640以下的强度要优于Super304H，但在640以上其强度不及Super304H，并且HR3C焊接性能不如材料Super304H。而技术引进方在抗氧化性能上对Super304H采取喷丸工艺，使其抗氧化性能达到了HR3C的水平。我公司从上世纪90年末期就开始该材料管材性能研究。在2002年，我公

48、司分包制造日本25T垃圾焚烧炉上，未级过热器部件管子全部采用HR3C材料。我公司通过一系列的工艺试验，完成了对这种材料的焊接材料选择、焊接工艺、弯曲、加工性能等方面的工艺研究，并成功地运用于生产实际，按ASME标准制造了该部件（注：该项目为ASME钢印产品）。4.2 Super304H与HR3C性能比较、分析4.2.1 化学成分Super304H与HR3C钢管的化学成分见表1。二者相比较，Super304H主要加了2.5-3.5%的铜、微量的Al和B；而HR3C钢中则含有更高的Cr、Ni、Mn和N。表1 ：Super304H与HR3C钢管的化学成分 成分材料CMnSiPSCrSuper304H

49、0.07-0.130.500.300.0450.03017.0-19.0HR3C0.04-0.102.000.750.0300.03024.0-26.0 成分材料NiNbNCuAlBSuper304H7.50-10.500.20-0.600.05-0.122.5-3.50.003-0.030.001-0.01HR3C17.0-23.000.20-0.600.15-0.354.2.2 金相组织以及晶粒度Super304H钢管的供货状态为固溶处理。经最终的固溶处理（最低固溶处理温度1100）的热处理后，金相组织应为奥氏体组织，晶粒度应为7-10级。HR3C（火SUS310JITB）钢管的供货状态为固溶处理。经最终的固溶处理（最低固溶处理温度1100）的热处理后，金相组织应为奥氏体组