超临界、超超临界锅炉用钢

2019-01-04陈瀚

中国金属通报 2019年1期

陈瀚

（福州大学至诚学院，福建福州 350001）

我国国民经济稳定增长和世界环境,人们在日常工作生活中不断增加的电力需求,同时,国家正积极采用环保节能减排的政策,从而建立一个更大的能力,更高的效率,节能的参数和超临界机组是我国电力发展的重要趋势。为了提高锅炉蒸汽和压力，以及温度因素的影响，有效地提高电厂的发电效率，温度因素的影响最为明显。

现在世界上最先进的超临界机组所需要的蒸汽温度大约为五百八十摄氏度到六百摄氏度；在这么高的温度下，其中，金属材料的使用要求耐高温高压，材料的焊接是影响蒸汽机参数提高的主要因素。

1 超临界的介绍

超临界机组常常应用于火力发电厂之中，超临界通常指锅炉内的压力。在火力发电厂之中，在一定压力之下，水和蒸汽的密度是相同的，这就叫做水的临界点，锅炉之内的压力就是亚临界压力，大于这个压力就称为超临界压力。超临界这个名词通常出现在火力发电之中，其中超临界火力发电具有明显的节能和环境改善的效果，超临界机组和传统的火力发电相比，超临界火力发电的效率更高，一年可以节约很多煤炭。未来火力发电的主力就是超临界机组的火力发电，这种技术已经在发达国家得到了广泛的研究和运用。

2 耐高温材料的选择

要想提高蒸汽机组的参数，耐高温材料的选择成为其中的重要因素其中，开发耐高温、耐压性能较好的材料是提高超临界机组燃点的重要因素之一，使其能够适应更高的温度和更大的压力，现在全世界关于耐高温材料的选择五不关乎以下三个重要方面：①大力发展和研究铁素体的耐热刚，其中马氏体和贝氏体以及主缸体耐热材料都被称为耐热刚。因为耐热钢具有很强的耐高温、耐高压性能，再加上耐热钢的性能十分稳定，所以大力发展耐热钢成为现在耐高温材料研发和发展的重要方向之一。②大力发展奥氏体耐热型钢材。在世界上，各个国家都在大力推广研发以及都在全力去普及的新型耐热、耐压型钢材一共有大约一下三大类：①新型细晶强韧化铁素体耐热钢；②新型细晶奥氏体耐热钢；③高铬镍奥氏体钢。综合起来，全世界各个先进国家都在大力推广一下三种钢材，由于这三种钢材的耐热性和耐压型能都比较稳定，切这三种钢材的原料资源丰富，制造成本和制造条件要求不高，所以这三种材料被普遍应用于耐热和耐压超超临界机组锅炉的制造和焊接。

3 超临界锅炉材料的应用

在超超临界锅炉的铸造和热器的制造和用钢的方面，不仅仅要满足其中对用钢材料的强度和柔韧性的性能，还必须要满足其耐高温、耐高压以及耐腐蚀的特殊使用性能，材料还应该有利于材料的焊接和铸造等性能。众所周知，几乎所有的铁制品都无法再将近六百摄氏度的高温蒸汽之下过热再使用，在这里需要使用奥氏钢进行零件的制造和铸造。在这里我针对几种常见的奥氏钢以及其性能进行简单的介绍：

第一种就是T91型耐高温、耐高压材料，其中T91具有十分良好的化学性能，其T91具有结构和功能的良好的化学稳定性，T91.型材料焊接和铸造功能十分优良，具有十分优良的持久性和稳定性。跟其他的耐高温材料相比，T91材料的热体导热系数比较高，在持久的强度之中与等强度的其他物品的对温度的耐热性更高，最高可以达到六百二十摄氏度，完全可以达到超超临界锅炉制造的条件，并且还有利于焊接和具有耐腐蚀性的良好性能，大大增加了锅炉的使用寿命和使用周期。

其中T9l使用的最高温度是六百五十摄氏度左右，最佳温度大约在六百摄氏度左右，T91这种钢经常使用在制造不超过六百摄氏度壁温的过热器以及超临界锅炉等重要材料的铸造之中，而T91也可以替代超超临界锅炉过热器的铸造和焊接工艺。T91还可用于铸造压力容器、核电高温承压元件等重要材料。所以，P91这种材料通常使用在制造不超过六百摄氏度壁温的过热器、超临界锅炉的铸造中，因为这种钢材的化学性质十分稳定，所以它应用在超临界机组中的优性十分显明，具有十分显著的应用空间。

第二种材料就是T92新型9%Cr的马氏体热强钢，T92作为一种新型马氏体钢，其热膨胀系数和导热系数均优于奥氏体。其中T92具有较好的强韧性、焊接等功能;其中T92具有与T91相同的蒸汽抗氧化能力。通过实际焊接试验，证明T92具有良好的抗裂性能，在六百五十摄氏度温度下持续强度满足多种要求。和T91材料作对比，T92材料在性能方面略占优势，但是T92材料的价格却相对高昂。因为T92的性能优良，可以代替T91H材料在电站锅炉的过热器以及再热器中的应用，通过提高其使用性能，可以减少与各种钢材的连接，其实际应用具有重要意义。如果在亚超超临界锅炉中采用T92新材料，可以替代T91厚壁管。综上所述，P92新材料通常用于苛刻的蒸汽工况，主要用于集汽箱和蒸汽管道。

P 92新型材料是现在已经存在的锅炉的使用最高的温度温度区以及超临界压力锅炉管子的使用钢，这种钢势一定会广泛的应用在主蒸汽和再热蒸汽管道上，因为其T92新型钢材造价过高，所以这种钢材不能使用于超超临界锅炉等大型耐高温、耐高压材料的铸造之中。

第三种钢材就是Super304H氧化新型钢材，因为这种钢材之中含有大量的氮，氮具有固溶增强等特殊的化学性质。新型超304h18cr-8ni不锈钢具有较高的强度水平，新型钢具有类似的塑性TP347H；在十万小时地六百五十摄氏度地高温之下持久强度推数值约为128Pa。最重要的是，Super304H具有良好的焊接性，因为它的结构稳定，耐蒸汽，耐高温腐蚀，所以这种新型钢材具有十分强大的发展前景！在六百五十摄氏度的高温之下，这种钢才得应用前景缘缘高于TP304H的运用，高于48%的TP347H，高于2b的TP347HFG，略高于5%的HR3C。我们只观察到，uper304H和TP347HFG的化学性能在抗氧化和耐腐蚀方面非常相似，但这种新型钢的综合性价比等方面略有优势。由于Super304HC是在最高温度为70℃左右使用的，所以常用于超临界锅炉过热器和再热器。由于其卓越的性能，无论是在可靠性和经济性方面，这种新型钢材都被使用在属于以后超超临界机组锅炉中的过热器与再热器非常重要的首选材料，因为其良好的化学性能和物理性能，所以这种新型钢材可能具有十分良好的发展和开发前景！

第四种钢材就是HR3C新型钢材，该新型钢采用25cr-20ni型奥氏体耐热钢，结合TP310H和TP310Cb的特点，对其进行了改进。其主要成分为0.1c-25cr-20ni-nb-n。因为在HR3C添加了许多CrNi更Nb和N,它的抗拉强度比传统不锈钢18 8高镍、铬——它也比持久TP310和传统的容许应力和强度不锈钢18 8高镍铬-高温耐蚀性也明显比8镍铬-18和19镍铬-11很好,其性能也很好,蒸汽的油炸联合也可以满足规范要求。条件下的临界压力参数,HR3C通常用于制造循环流和大型发电锅炉过热器的温度超过700℃,然后,屏式过热器和各种耐高压、耐高温、耐硫、氯和其他环境腐蚀管道的阻力。这种由HR3C新型改良的钢材具有很多优良钢材的特点。在铸造的过程之中，由于加入了N和Nb,使得这种钢材在耐热性和耐腐蚀性方面有着出色的表现，这种刚才在超超临界金属材料的制作之中也有广泛的应用，有着光大的发展前景。