火电机组用钢

1、TPRI西安热工研究院有限公司西安热工研究院有限公司二一三年十二月二一三年十二月TPRITPRITPRITPRI12CrMoG/15CrMoG07Cr2MoW2VNbB08Cr2Mo1W2VTiBTPRI T23是日本住友公司开发的钢种，定名为HCM2S，在JIS标准中定名为STBA23；T24是欧洲V&M(VALLOUREC&MANNESMANN)开发的钢种。 T/P23钢，通过添加1.6%的W、降低Mo含量（0.20%）与C含量（0.040.10%）、同时添加少量的V、Nb、N与B。控制含C量在0.1%以下以提高可焊性。最大淬火硬度控制在低于Hv 350。该钢种卓越的持久强

2、度源自用W代替部分Mo并添加少量B。固溶强化元素（W、Mo）和析出强化元素（V、Nb）的最佳值为1.6W-0.1Mo-0.25V-0.05Nb（wt.%）。T24钢。 与T24相比，可见T23成分中主要是添加了W，降低了Mo含量，并添加少量的Nb；T24钢中无W元素，但Mo含量高于T23，且添加少量的Ti。经过正火和回火处理后，析出碳化铬、细小的钒及钴的碳氮化合物，提高蠕变性能。 组织：回火贝氏体+马氏体组织TPRI尽管试验表明T/P23在焊接过程中不用预热也不会出现冷裂纹，而国外的资料介绍，对于壁厚小于10mm的小径管，焊前可不预热，焊后可不进行热处理。但在工程实际中发现，T23有一定的冷裂

3、纹倾向，在拘束应力较大的条件下，不预热则易出现冷裂纹；焊后不热处理，接头的强度和塑性可满足相关标准，但热影响区硬度偏高，冲击韧性低，经710730回火，焊缝和热影响区的冲击韧性明显提高，所以目前工程中往往还是采用预热和焊后热处理。例如上海外高桥第三发电厂2 1000MW超超临界机组锅炉的T23钢制水冷壁光管和螺旋管（38.16.78mm）在安装施工中，仍然采用焊接前150200的预热，焊后立即后热缓冷处理，用火焰方式移动加热至200300，保温10min。随后用石棉布等保温材料覆盖缓慢冷却至室温。经100%目视检查和100%MT后进行焊后.热处理。工程中出现了诸多的T23钢制水冷壁管焊缝开裂的

4、案例，裂纹在鳍片、填块角焊缝及对接焊缝均发生。TPRI工程中也出现了诸多的高温再热器进口集箱上T23接管的开裂，图9-2-26示出了一台运行70天的660MW超超临界锅炉高温再热器进口集箱上T23接管侧焊缝开裂形貌（集箱材料为12Cr1MoVG，规格736.652mm），部分裂纹扩展引起蒸汽泄露。对开裂管的化学成分分析、硬度和金相组织检查表明：T23管的化学成分符合 ASME SA-213标准，焊缝热影响区的粗晶区中出现了马氏体组织，导致相应区域的硬度高达290HV，使得该区域脆性增大，在载荷作用下开裂。TPRI T23钢管向火侧内壁的氧化与氧化层的剥落 资料国华对SG-1913/25.4-M

5、950超临界压力直流锅炉T23制末级过热器和高温再热器管向火侧内壁的氧化与氧化层的剥落进行了研究，过热蒸汽出口压力/温度25.4 MPa /571 ，再热蒸汽压力/温度为4.16 MPa /569 。结果表明：锅炉累计运行10874小时后T23钢末级过热器运行管的内壁氧化皮厚为0.12mm0.26mm ，脱落氧化皮厚度为0.090.12mm，且同一根管样不同位置内壁氧化层厚度存在较大差异（0.18mm0.26mm）。T23钢末级过热器管内壁氧化皮脱落形式有大片状和椭圆状，氧化皮形成鼓包而脱落（图8-7）；焊接接头形状变化处的氧化皮易呈鳞片状脱落（图8-8）。TPRI1.3.锅炉过热器、再热器管

6、材料 1.31.3. 1锅炉过热器、再热器管用钢 低合金耐热钢低合金耐热钢 T23T23、T24T24 12Cr2MoG12Cr2MoG 、12Cr1MoVG12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB12Cr2MoWVTiB 9 912Cr%12Cr%钢：钢：T91T91、T92T92、T122T122 奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢： TP304HTP304H、TP347HTP347H Super304Super304、TP347HFGTP347HFG、HR3CHR3C （25Cr-20Ni-Nb-N） TPRITPRI目前锅炉过热器、再热器管奥氏体耐热钢有两大类：一类是以美国、日本为代表的C

7、r-Ni-Nb（Ti）系列，中国基本采用这一系列。目前超（超）临界锅炉最常用的为18%Cr-8%Ni系列的 07Cr19Ni10（TP304H）、 07Cr18Ni11Nb（TP347H） 08Cr18Ni11Nb （TP347HFG） 25Cr-20%Ni系列的HR3C。另一类为欧洲采用的Cr-Ni-Mo系列。Cr-Ni-Nb（Ti）系列奥氏体耐热钢含碳量略高于Cr-Ni-Mo系列,较高的碳优先与铌（钛）形成碳化物，降低了碳与铬结合的程度，从而使钢基体中，特别是晶界保留较高的铬含量，提高钢的抗氧化腐蚀性。Cr-Ni-Mo添加钼到不锈钢中可增强不锈钢的钝化作用和耐蚀性，阻止点腐蚀倾向。但由于钼

8、是形成铁素体元素，故为了使钢得到奥氏体组织，要相应的增加镍含量。另一方面，若含钼钢中碳含量较高，则在高温长期运行条件下，钢中易析出钼的碳化物，使钢的持久强度降低。所以对于含钼不锈钢要降低碳含量，增加镍含量。 ASME中的 TP316H 也属于Cr-Ni-Mo系列不锈钢TPRITPRISUPER304H为日本住友金属株式会社的专利牌号。为日本住友金属株式会社的专利牌号。日本标准牌号为日本标准牌号为“火火SUS304J1HTB”。ASME SA-213M标准（标准（2008补遗），补遗），UNS号为号为S30432。钢钢厂厂管坯来源管坯来源高温软化设备高温软化设备固溶热处理炉固溶热处理炉喷丸设备喷

9、丸设备试验研究试验研究情况情况鉴定情鉴定情况况能力分析能力分析太太钢钢太钢自炼太钢自炼暂无，正拟建暂无，正拟建5 5台，最高温度台，最高温度12501250无、外委无、外委在哈锅试在哈锅试验验-暂不具备生暂不具备生产能力产能力华华新新台湾盐水、台湾盐水、宝特、太钢宝特、太钢连续炉连续炉1 1台，最高温台，最高温度度128012804 4台，最高温度台，最高温度12801280暂无、拟暂无、拟建或外委建或外委在哈锅、在哈锅、东锅试验，东锅试验，已通过已通过鉴定鉴定具备生具备生产能力产能力宜宜兴兴宝特、太钢宝特、太钢台车炉一台，最高台车炉一台，最高温度温度130013001 1台，最高温度台，最高

10、温度12501250有有在哈锅、在哈锅、东锅试验东锅试验已通过已通过鉴定鉴定具备生具备生产能力产能力武武进进宝特、太钢宝特、太钢台车炉、电炉各一台车炉、电炉各一台，最高温度台，最高温度130013004 4台，最高温度台，最高温度12501250暂无、拟暂无、拟建或外委建或外委在东锅试在东锅试验，合格验，合格已通过已通过鉴定鉴定具备生具备生产能力产能力长长钢钢自炼自炼台车炉一台，最高台车炉一台，最高温度温度130013003 3台，最高温度台，最高温度11801180；另拟建；另拟建1 1台台最高温度最高温度12501250无无正在东锅正在东锅试验试验-具备生具备生产能力产能力宝宝特特自炼连铸

11、坯自炼连铸坯用固溶热处理炉，用固溶热处理炉，最高温度最高温度120012001 1台，最高温度台，最高温度12001200无，外委无，外委在上锅试在上锅试验验已通过已通过鉴定鉴定暂不具备生暂不具备生产能力产能力天天管管太钢太钢暂无暂无1 1台，最高温度台，最高温度12001200无、外委无、外委尚未试验尚未试验-不具备不具备生产能力生产能力久久立立太钢或宝特太钢或宝特采用热挤压代替高采用热挤压代替高温软化处理温软化处理1 1台，最高温度台，最高温度1250;1250;另拟建另拟建1 1台台12501250无、外委无、外委在哈锅、在哈锅、上锅试验上锅试验已通过已通过鉴定鉴定具备生具备生产能力产能

12、力TPRITPRITPRITPRITPRITPRITPRITPRITPRITPRI1.4.3.31.4.3.3 P91/P92P91/P92钢中易出现的问题钢中易出现的问题（1 1） P91/P92P91/P92钢和焊缝的硬度钢和焊缝的硬度工程中经常发现P91/P92钢管局部硬度偏低。例如， 某电厂一根P92钢管，大部分区域硬度为200HB，但在轴向1400mm、周向约1/3周的区域，硬度仅为165HB，最低的150HB左右。 某电厂3号炉P92钢制末级过热器出口管道母材硬度在HB140HB174之间。DL438/T-2009“火力发电厂金属技术监督规程”中规定：9-12%Cr钢母材硬度为18

13、0-250HB；焊缝硬度为180-270HB。TPRIASME 关于关于9-12%Cr钢的监督钢的监督TPRIASME 关于关于9-12%Cr钢的监督钢的监督TPRITPRITPRI（2 2） P91/P92P91/P92钢及焊缝的异常金相组织钢及焊缝的异常金相组织TPRI（2 2） P91/P92P91/P92钢及焊缝的异常金相组织钢及焊缝的异常金相组织 P92钢中的铁素体 P92钢中的可逆铁素体 P92钢中的可逆铁素体P91钢中的铁素体+第二相（140HB）TPRI（2 2） P91/P92P91/P92钢及焊缝的异常金相组织钢及焊缝的异常金相组织 P91钢焊缝的晶界网状组织 T91钢管上

14、随意点焊导致的开裂T91焊缝金属中存在线状黑色影线，黑色影线的分布基本均在焊道重叠的位置，即上一道或上几道对下一道发生热影响的位置TPRITPRI912Cr钢焊缝金相组织 模拟正常焊接试样焊缝、模拟正常焊接试样焊缝、HAZ和母材的硬度处于正常范围；弯曲合格；和母材的硬度处于正常范围；弯曲合格；冲击功低于有关标准和各国有关公司对冲击功低于有关标准和各国有关公司对T/P91焊缝冲击功的要求，但高于焊缝冲击功的要求，但高于母材的横向指标、低于纵向指标。母材的横向指标、低于纵向指标。 超规范焊接接试样为堆焊试样，无法取样进行拉伸、弯曲试验，故只进超规范焊接接试样为堆焊试样，无法取样进行拉伸、弯曲试验，

15、故只进行了冲击和硬度试验。行了冲击和硬度试验。黑色阴影线与黑色阴影线外的硬度正常，且差异很黑色阴影线与黑色阴影线外的硬度正常，且差异很小，冲击功反而高于小，冲击功反而高于模拟正常焊接试样。模拟正常焊接试样。 TPRI(3) T91(3) T91钢管内壁腐蚀钢管内壁腐蚀 2028t/h “W”型亚临界自然循环汽包炉，高温再热器T91管(574.5)内壁严重腐蚀。 1号机组于2008年9月30日通过168小时，至2008年10月6日停机；2009年2月16日再次启动，因高温再热器管发生爆漏于2009年2月20日再次停机。TPRI能谱分析结果表明：发生腐蚀的部位腐蚀产物中均不同程度的含有Na、Ca、

16、Cu、Mg等外来元素，从表层到内层逐渐降低，腐蚀严重的部位这些元素含量比腐蚀轻的部位明显多，这表明腐蚀程度与外来元素有关。由此推断，表面污物越多，腐蚀越严重，没有污物的区域腐蚀很轻，表明管子内表面脏污程度决定了腐蚀程度。TPRI原因：原因： 安装前管子内壁粘有不同程度的污物，安装前管子内壁粘有不同程度的污物， 安装后，管子内的污物大部分沉降到安装后，管子内的污物大部分沉降到U型管的下弯头处和水平段，受污染的管子型管的下弯头处和水平段，受污染的管子没有得到及时处理和保养，遇到环境潮湿或积水且有氧气的存在，从而产生了沉积没有得到及时处理和保养，遇到环境潮湿或积水且有氧气的存在，从而产生了沉积物下腐

17、蚀。垂直管段由于表面不易沉积污物，腐蚀也较轻。物下腐蚀。垂直管段由于表面不易沉积污物，腐蚀也较轻。 水压试验结束后，因安装需要试验用水被放掉，但高再管内的水不可能完全放尽，水压试验结束后，因安装需要试验用水被放掉，但高再管内的水不可能完全放尽，这就会在这就会在U型管下部产生不同程度的积水。型管下部产生不同程度的积水。 锅炉放水时，由于排气门打开，锅炉放水时，由于排气门打开，空气进入管子内部，空气中含有空气进入管子内部，空气中含有CO2，CO2会使会使水的水的pH下降，而水中的氨还会不断地向气空间中挥发，再加上污物的影响，因此下降，而水中的氨还会不断地向气空间中挥发，再加上污物的影响，因此本来碱

18、性的水可能会变为中性或弱酸性水，水的腐蚀性就会变强。本来碱性的水可能会变为中性或弱酸性水，水的腐蚀性就会变强。 综上所述：综上所述：#1机组锅炉高再机组锅炉高再T91管腐蚀的主要原因是沉积物下腐蚀，管腐蚀的主要原因是沉积物下腐蚀，发生时间在锅炉吹管以前发生时间在锅炉吹管以前。TPRI试验试验 将表面打磨干净的管样放入将表面打磨干净的管样放入500mg/L氨水氨水+200mg/L联氨的除联氨的除盐水中，瓶口密封或将瓶口塞子松开，漏出小的缝隙，盐水中，瓶口密封或将瓶口塞子松开，漏出小的缝隙，6个月个月未见明显腐蚀未见明显腐蚀TPRI在上述试验溶液中加入少量铁锈，铁锈自然沉降后落在了光亮的试样在上述

19、试验溶液中加入少量铁锈，铁锈自然沉降后落在了光亮的试样表面，表面，14天后表面落有铁锈的部位发生明显腐蚀；表面没有沾污的部位天后表面落有铁锈的部位发生明显腐蚀；表面没有沾污的部位仍然没有腐蚀。仍然没有腐蚀。TPRI将表面打磨处理干净的管样放入将表面打磨处理干净的管样放入500mg/L氨水氨水+200mg/L联氨的联氨的除盐水中，管样一半在水中一半在液面外，在管样的中间部位撒一除盐水中，管样一半在水中一半在液面外，在管样的中间部位撒一些土，瓶口盖一块表面皿，些土，瓶口盖一块表面皿，6个月个月后表面撒土的部位明显锈蚀，后表面撒土的部位明显锈蚀，其它部位腐蚀轻微。其它部位腐蚀轻微。TPRIP91运行

20、运行7.5万小时后内壁形貌万小时后内壁形貌,深度约深度约2mmTPRITPRITPRITPRI1.51.5主给水管道用钢主给水管道用钢 WB36WB36该钢在欧洲的EN10216-2中的牌号为15NiCuMoNb5-6-4，在德国VdTUV中为15NiCuMoNb5，在ASME SA335-08中为P36，在ASME SA182-08中为F36，在我国GB5310 -2008中为15Ni1MnMoNbCu，瓦卢瑞克曼内斯曼钢管公司（VOLLORECMANNESMANN，简写V&M）定名为WB36TPRITPRIWB36钢在正火回火下使用。WB36钢回火后得到贝氏体+铁素体组织，一般的贝

21、氏体含量在40%-60%之间。硬度与强度TPRI硬度异常 钢管规格OD55960 钢管材质15NiCuMoNb5-6-4编号硬度值平均值编号硬度值平均值编号硬度值平均值A1267.277.259267B1312.312.306310C1289. 291.292290A2266.267.267266B2315.315.306312C2308.304.310307A3259.263.271264B3318.329.332326C3327.323.323324TPRI 拉伸试验结果（轴向）拉伸试验结果（轴向）试样编号试样编号位置位置Rp0.2 (MPa)Rm (MPa)A (%)Z (%)冲击值冲击

22、值KV2 (J)硬度，硬度，HBZS1外层外层74584518.069.5184.4276.8ZS2中层中层69081019.568.0163.9259.8ZS3内层内层82090517.568.0163.9291.0ZX1外层外层76586519.068.0153.8291ZX2中层中层68080518.567.0126257.2ZX3内层内层69080518.066.5140.9256.4DS1外层外层71081522.571.0195.9274.4DS2中层中层67078021.570.5200.4256.4DS3内层内层68577521.071.0216.5269DX1外层外层7608

23、6021.568.5178.6283.2DX2中层中层70082020.568.0167.2264.2DX3内层内层72081520.070.5203.1269EN10216440610-78019（轴）轴）40（轴）（轴）TPRITPRI钢号及技术条件类 似 钢 号1Cr5Mo（GB/T1221）15X5M（20072-74）；502(ASTM、AISI)12CrMo195（W-Nr1.7362）；STBA25（JIS G3462）1Cr6Si2MoX6CM（5632-61）4Cr9Si2（GB/T1221）SUHI（JIS G4311-1988）、40X9C2（5632-71）；Z45CS

24、9（NFA35）1Cr25TiSUH446（JIS G4312-1984）；15X25T（5632-72）1Cr20Ni14Si2、1Cr25Ni20Si2（GB/T1221）X20CrNiSi2012（W-Nr1.4828）；20X20H14C2（5632-72）3Cr18Mn12Si2N（GB/T1221）2Cr20Mn9Ni2Si2N（GB/T1221）2Mn18A15SiMoTiTPRI钢 号 及 技 术 条 件类 似 钢 号ZG20CrMo（JB/T9625）20XM（）ZG20CrMoV（JB/T9625）20XM（）ZG15Cr1MoA356、A217(ASTM)ZG15Cr1M

25、o1V（JB/T9625）15X1M1（）ZG12Cr2Mo1A356、A217(ASTM)TPRI2.2.汽轮机汽轮机/ /发电机用钢发电机用钢2.1汽轮机汽轮机/ /发电机用钢发电机用钢汽轮机转子汽轮机转子 30Cr2MoV 30Cr2MoV 30Cr1Mo1V 30Cr1Mo1V 发电机转子发电机转子30Cr2Ni4MoV30Cr2Ni4MoV26Cr2Ni4MoV26Cr2Ni4MoV TPRI2.2 超超临界机组汽轮机高中压转子、汽缸和主汽/再热阀门材料超超临界汽轮机高/中压转子材料为含10%Cr和(0.61.0)W的高合金钢。西门子公司材料牌号有X12CrMoWVNbN10-1-1

26、和日本采用的牌号TMK-1、TMK-2、KT5916、K11E89A铸钢 G X12CrMoWVNbN10-1-1。钢号CMnPSSiCrMoVWNbNNiAlX12CrMoWVNbN0.110.130.400.500.0120.0050.1210.210.61.001.100.150.250.951.050.040.060.0450.0600 . 70 0.800.010TPRIX12CrMoWVNbN10-1-1转子锻件通常要经进行预备热处理和性能热处理。性能热处理要进行两次回火，第二次回火温度不得低于700。回火保温时间及冷却速度的控制要保证转子的残余应力最低，转子表面任意一点的残余应力

27、不应超过60MPa。牌号Rm（MPa）Rp0.2（MPa）A（%）Z(%)Akv（J）X12CrMoWVNbN1000700-800134030TPRI欧洲COST 522计划30.0MPa/620/650日本30.0MPa/630/630韩国26.0MPa/610/621TPRITPRI钢种CSiMnPSCrNiTiNBNbCuXA7040.051.002.000.040.0317.0-20.08.00-11.0V：0.20-0.500.10-0.25-0.25-0.50W：1.50-2.60TEMPALOY AA-1（S30434）0.07-0.141.002.000.0400.01017.5-19.59.0-12.00.10-0.25-0.0010-0.0040Nb+Ta： 0.10-0.402.50-3.50NF709R0.101.001.500.030.0319.5-23.023.0