李益民——620度超超临界机组选材.

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1、620超超临界机组选材 * 李益民 西安热工研究院有限公司电站建设技术部 2013年8月 主要内容 *2 一、620机组发展概况 *3 机组锅炉供应商汽机供应商所属公司投运时间参数，MPa/容量，MW 橘湾1#石川岛东芝J-Power2001.725/600/6101050 橘湾2#BHK日立三菱J-Power200125/600/6101050 新矶子1#石川岛J-Power2002.424.1/600/610600 新矶子2#石川岛日立J-Power2009.725/600/620600 Torre Nord 234 （意大利） Hitachi; Ansaldo MHIENEL 2009.

2、3 2009.9 2010.1 /600/6103660 Boxberg RHitachiVattenfall201031.5/600/610670 Maasvlakte, 荷兰 阿尔斯通201327.5 / 596/619 1113 Datteln 4HitachiE.ON201328.5/600/6201100 KarsruheRDK 8 德国 ALSTOMEnBW27.5/600/620912 Hamm D/E德国 28.6/600/620800 Rotterdam荷兰 27.0/603/621 由于资料来源的不同，有些机组的蒸汽参数尚未明确是否指汽轮机入口的参数 表1 国际际上部分高参

3、数超超临临界机组组 一、620机组发展概况 *4 机组锅炉供应商汽机供应商所属公司投运时间参数，MPa/容量，MW Wilhelmshave n德国 27.1/603/621 Walsum 10 德国 HitachiSteag29.0/600/620750 Rybnic(法国EDF)27.5/600/620900 WestfalenRWE600/6202x 800 EnsdorfRWE600/6202x 800 由于资料来源的不同，有些机组的蒸汽参数尚未明确是否指汽轮机入口的参数 表1 国际际上部分高参数超超临临界机组组 一、620机组发展概况 *5 电厂汽机入口参数，MPa/容量，MW 国电

4、泰州1、2号31/600/610/6101000 田集27.0/600/620660 莱芜1、2号31.0/600/620/6201000 长兴1、228.0/600/620660 安源1、228.0/600/620660 延安1、2号28.0/600/620660 铜川二期3、4号28.0/600/6201000 神华万州28.0/600/6201050 安庆1、2号28.0/600/6201000 表2 中国在建和设计中的部分高参数超超临界机组（30台以上） 一、620机组发展概况 *6 电厂汽机入口参数，MPa/容量，MW 舟山28.0/600/6201000 抚州28.0/600/62

5、01000 大唐乌沙山28.0/600/6201000 国投板集电 厂1、2号 28.0/600/620 1000 国投北疆二 期3、4号 28.0/600/6201000 神华罗源 湾1、2号 27/600/6201000 表2 中国在建和设计中的部分高参数超超临界机组 二、620机组锅炉高温部件用钢 *7 部 件 名 称材 料 螺旋管屏水冷壁15CrMoG，T23 垂直管屏水冷壁15CrMoG，T23 低温过热器15CrMoG ， 12Cr1MoVG，T91，TP304H 屏式过热器T91，TP347HFG，S30432 (Super 304H） ， HR3C 末级过热器TP347HFG，

6、S30432 (Super 304H）， HR3C 低温再热器SA-210C，15CrMoG ，12Cr1MoVG ，T91，T92 高温再热器TP347HFG，S30432 (Super 304H)， HR3C 分离器P22， P91，F12 锅炉受热面管选材 二、620机组锅炉高温部件用钢 *8 Super 304H 的晶粒度 GB5310-2008中规定10Cr18Ni9NbCu3BN （Super 304H）的晶粒度7-10级， 为细晶粒钢； ASME SA213中S30432 (Super 304H） 未规定晶粒度。所以在国外订货时 要强调细晶粒钢。 二、620机组锅炉高温部件用钢

7、*9 Super 304H 的喷丸 Super 304H国产喷丸与国外喷丸效果比较 国产喷丸管样：喷丸硬化层的碎化晶层较薄，局部不连续，硬化层厚度和硬 度分布不均匀。 国外喷丸管样：喷丸硬化层的碎化晶层较厚且均匀，其硬化层的厚度和硬度 分布均匀性都优于国产管样。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *10 不同温度下保温2h,观察喷丸层形貌 （a）国产产管样样775 （b）国产产管样样850 （c）国外管样850 d）国外管样950 结果： 国产产管样775时内壁就约30%面积形成氧化皮， 850时内壁已全面形成氧化皮并且局部 氧化皮已经产生零星剥落； 国外管样直到850时内壁才形成厚氧化膜或薄氧

8、化皮，接近950时才全面形成氧化皮并 发生局部剥落。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *11 热处理温度（）位置国产管样国外管样 显微硬度均值（HV0.2）显微硬度均值（HV0.2） 未热处理喷丸层280311 母材167175 650喷丸层257338 母材192201 750喷丸层249302 母材203186 775喷丸层258286 母材183192 800喷丸层239275 母材196203 850喷丸层222239 母材177182 950喷丸层201191 母材167173 表 管样热处样热处 理后喷喷丸层层和母材的维维氏硬度试验结试验结 果 结结果：国产管样经650保温2h其喷

9、丸硬化层的硬度就降到了企标规定值之下，国外管样经750保温 2h喷丸硬化层的硬度虽然也下降但仍基本满足企标的要求，表明国外喷丸管的短时抗高温软化能力比 国产喷丸管高100以上。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *12 管样热处样热处 理后Cr元素的分布 （a）国产产管样样 （b）国外管样 二、620机组锅炉高温部件用钢 *13 未来可供选用的锅炉受热面管选材 NF709(20Cr-25NiMoNbTiN)和NF709R（0.03C-22Cr-25Ni-Mo-Nb），钢 Sanicro 25是在20Cr-25Ni钢基础上添加3%W、1.5%Co、2.8%Cu以及微量的Nb、B、N。 NF709为

10、新日铁公司在20世纪80年代中期研制，在日本JIS标准中表示为SUS310J2TB。当时 研制的目标是在700下105h的持久强度达88MPa以上，时效后的冲击功在40J以上，对燃煤烟气 具有高的抗腐蚀能力。在NF709的基础上，新日铁进一步研发了低C、高Cr的NF709R，相对于 NF709具有更高的耐蚀性，2007年4月由ASME Code case 2581批准。NF709R钢管具有优异的 高温强度和抗腐蚀性能、热膨胀系数也较低，最高使用温度可超过700。自19922000年， 这种钢已用于日本一些电厂的锅炉过热器管和再热器管。 与目前超超临界锅炉使用的HR3C相比，NF709R钢管在6

11、50730间的强度比HR3C高约 3050%，抗腐蚀性能接近，可代替HR3C。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *14 未来可供选用的锅炉受热面管选材 NF709(20Cr-25NiMoNbTiN)和NF709R（0.03C-22Cr-25Ni-Mo-Nb），钢 NF709为新日铁公司在20世纪80年代中期研制，在日本JIS标准中表示为SUS310J2TB。当时 研制的目标是在700下105h的持久强度达88MPa以上，时效后的冲击功在40J以上，对燃煤烟气 具有高的抗腐蚀能力。在NF709的基础上，新日铁进一步研发了低C、高Cr的NF709R，相对于 NF709具有更高的耐蚀性，2007年4

12、月由ASME Code case 2581批准。NF709R钢管具有优异的 高温强度和抗腐蚀性能、热膨胀系数也较低，最高使用温度可超过700。自19922000年， 这种钢已用于日本一些电厂的锅炉过热器管和再热器管。 与目前超超临界锅炉使用的HR3C相比，NF709R钢管在650730间的强度比HR3C高约 3050%，抗腐蚀性能接近，可代替HR3C。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *15 温度，500525550575600625650675700730750 NF709， 新日铁实测值 434363302250206168137111886955 Super304H /GB5310-20

13、08 /117/71/ HR3C/GB5310-2008/160/103/62/ NF709钢的105h持久强度（MPa） 二、620机组锅炉高温部件用钢 *16 NF709钢在700，典型的气氛（0.5%SO2+5%O2+15%CO2+平衡N2） ，合成灰（1.5molK2SO4+1.5molNa2SO4+1.0molFe2O3）环境中100h的 试验结 果，结果表明：NF709的高温抗腐蚀性能与TP310S相同， 分别是TP347H的1.5倍、17-14Cu-Mo钢的3倍。 氯化物环境中的各种材料耐蚀性比较（500） 二、620机组锅炉高温部件用钢 *17 Sanicro 25是在20Cr

14、-25Ni钢基础上添加3%W、1.5%Co、2.8%Cu以及微量的Nb、B、N 。 Sanicro 25钢是瑞典山特维克公司（Sandvik Materials Co.）研发的新型Cr-Ni奥氏体耐 热钢。该钢是在传统奥氏体钢基础上加入W、Co、Cu、B等元素，增强了固溶强化效应， 同时析出Nb(C,N)、NbCrN、M23C6和富Cu的沉淀相，采用多元复合强化，获得优异的高 温持久强度、抗氧化/腐蚀性能。该钢的热导率优于HR3C，线膨胀系数低于HR3C，抗腐 蚀性能优于NF709，抗蒸汽氧化性能优于HR3C和NF709。600-700间的持久强度比 HR3C高于45%以上。目前，该钢已纳入德

15、国VDTUV555材料单，在ASME SA213M- 2010中的UNS号为S31035。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *18 温度，500550600650700750800 Sanicro 25405325230155955025 NF7093022061378855 Super304H11771 HR3C16010362 Sanicro 25钢的105h持久强度（MPa） 二、620机组锅炉高温部件用钢 *19 几种奥氏体耐热钢抗蒸汽氧化试验结 果的比较 Sanicro 25与NF709抗腐蚀性能比较 二、620机组锅炉高温部件用钢 *20 620 机组锅组锅 炉最危险险的区段：再热

16、热器出口集箱接管 再热器出口集箱接管由于温度偏差，最高温度可达到630以上。再热器出口 炉外段与集箱连接的管接头采用T92钢。尽管各锅炉厂采取延长不锈钢 的长度， 减少T92接管长度，可以减少风险 ，但无法彻底解决该问题 。 在设计 方面尽量减小烟温偏差、蒸汽侧热 力偏差，降低T92管接头的壁温。 二、620机组锅炉高温部件用钢 *21 T91、T92钢钢制受热热面管焊缝焊缝 硬度 DL/T438 规定T91、T92钢制受热面管焊缝 硬度为180-270HB。目前锅炉制造业 有不同意见，按 EN ISO 15614-1“金属材料焊接工艺规 程及评定焊接工艺评 定 试验 “ 中规定，9%Cr-1Mo-V焊缝 的硬