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1、 1000MW超超临界机组关键材料的研制现状与发展 主要内容主要内容一、超超临界机组关键材料的研究与发展现状一、超超临界机组关键材料的研究与发展现状 1 1、火电机组用钢比例、火电机组用钢比例大型大型中型中型小型小型中厚板中厚板薄板薄板硅钢板硅钢板优钢优钢无缝钢无缝钢焊管焊管其它其它02040608010012040.9921.15.610.222.907.195.416.92.530%2%7%32%2%7%14%1%5%大型中型小型中厚板薄板硅钢板优钢无缝管焊管其它2、火电机组用管比例火电机组用管比例65吨吨18吨4吨3吨5吨超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发
2、展现状 3、高温材料研究的重点高温材料研究的重点高高温温过过热热器器、再再热热器器、水水冷冷壁壁用用钢钢管管成为关键材料。成为关键材料。低温再热器低温再热器螺旋水冷壁管螺旋水冷壁管省煤器省煤器低温过热器低温过热器高温再热器高温再热器末级过热器末级过热器屏式过热器屏式过热器来自高压缸来自高压缸中压缸中压缸高压缸高压缸高高压压加加热热器器超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 4 4、火力发电机组对高温材料的要求、火力发电机组对高温材料的要求超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 5 5、高温材料中主要合金的作用、高温材料中主要合
3、金的作用5.1 5.1 铁素体耐热钢中主要合金作用铁素体耐热钢中主要合金作用 超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 5.2 5.2 奥氏体耐热钢中主要合金作用奥氏体耐热钢中主要合金作用 超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状6 6、高温材料发展方向、高温材料发展方向25-2018-89-12%Cr2.25%Cr超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现
4、状7 7、铁素体耐热钢发展、铁素体耐热钢发展MAPMAP图图超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 8 8、奥氏体耐热钢发展、奥氏体耐热钢发展MAPMAP图图超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 9 9、新型耐热钢在、新型耐热钢在USCUSC机组的应用机组的应用部件方案一方案二方案三水冷壁管圈类型螺旋垂直垂直垂直管型内螺纹光管内螺/光管内螺/光管材料T2T12、T2T12T12、T23过热器低温T12、T22T12、T22、TP347H包覆T12、T1a屏式HR3C、Super304HT22、T91、Super304H、HR
5、3C后屏T91、HR3C末级HR3C、Super304HT91、Super304H、HR3C分隔 屏T12、T91末级T91、Super304HHR3C超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 再热器低温T2、T1a高温HR3C、Super304H低再水 平段T22、T12、T1SA210A1SA210C、T12、T91低再垂 直段TP347HT91末级T91、Super304HHR3C、TP347H主蒸汽管道P92P92、P122P92再热热段P91P91P91再热冷段A672B70CL32A691Cr1-1/4CL22A672B70CL32高压给水管道WB3
6、6WB36WB36超超临界机组关键材料的研究与发展现状超超临界机组关键材料的研究与发展现状 40.99%21.79%17.05%2.01%11.16%7%碳钢碳钢T23T91T92S30432TP310HNbN超超临界机组关键材料的研究与发展超超临界机组关键材料的研究与发展 二、国内外超超临界机组关键材料的研制二、国内外超超临界机组关键材料的研制 1 1、内螺纹管、内螺纹管内螺纹管与光管亚临界传热特性比较内螺纹管与光管亚临界传热特性比较2 2、碳钢、低合金钢产品的研制、碳钢、低合金钢产品的研制P36P36产品产品 P36P36（WB36WB36）化化学学成成分分：主要是通过Ni、Cu、Mo、N
7、b等元素所起到地细晶强化和沉淀强化效果来强化材料的高温性能。标准CSiMnPSCrMoNbNiCuVAlNGB0.100.170.250.500.801.200.0250.0150.250.500.0150.0451.001.300.500.800.0500.020ASTMA3350.100.170.150.450.801.200.0200.0100.300.250.50.0150.0451.001.300.500.800.020.0500.02ASTM A 335标准中P36产品，主要来源于德国曼内斯曼公司企业标准中的一个钢种,企业标准中的牌号是WB36，ISO、EN标准中的牌号是9NiMn
8、MoNb544、15NiCuMoNb564。它是在碳锰钢的基础上添加Ni-Cu-Mo合金发展起来的。该钢的特点是强度高,屈服极限比20钢高40%,使用温度为400,也可用作管壁温度达500的高应力管道,或用作高亚临界参数、超临界参数发电机组的主给水管及再热主蒸气管冷段。超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制3 3、2.25%Cr2.25%Cr产品的研制产品的研制T及23特是以性T22钢为基础，采用了低C，Mo、W复合固溶强化和Nb、V、B素析出强化的特点，提高了该钢的持久强度，且由于具有高的冲击韧性和良好的焊接性能，成S为制造超超临界电站锅炉水冷壁的主要候选材料。 T24 是 欧
9、 洲 研 制 的 一 种 类 似 于 T23 产 品 的 耐 热 钢 ,由 于 其 在500550 具有较高低持久强度，而被欧洲国家所采用。其化学成分如下：ASME SA-213CSMPSCrMowR1020.080.150.080.150.450.750.450.65 0.030 0.0301.602.100.500.650.300.55T230.040.100.500.100.60 0.030 0.0101.902.600.050.301.451.75T23(CASE 2199-4)0.040.100.500.100.60 0.030 0.0101.902.600.050.301.451.
10、75T240.050.100.150.450.300.70 0.020 0.0102.202.600.901.10/ASME SA-213VNbBNAlNiTiTi/NR1020.280.42/0.0020.008/0.080.18T230.200.300.020.080.00050.006 0.030 0.030/T23(CASE 2199-4)0.200.300.020.080.0010.006 0.015 0.030 0.400.0050.06 3.5T240.200.30/0.00150.0070 0.012 0.020/0.050.10超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的
11、研制3.1 3.1 2.25Cr2.25Cr产产品品化化学学成成分分及及强强度度对比对比2.252.25CrCr耐热钢持久强度比较耐热钢持久强度比较T23T23T22T22T24T2455055010101010时间（时间（h)h)10010010001000100001000010000010000010010010001000T23T23、T24T24持久强度对比较持久强度对比较T23T23T24T24超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制3.2 2.25Cr产品产品T24T24实验研究实验研究超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制冷裂纹实验：冷裂纹实验：实验条
12、件:电流:170A、电压:24v、焊接速度:150mm/分、施焊前焊条预热:150200、焊接环境温度:815、焊后放置24h。实验结果如下表：预热温度100125150180表面裂纹率100%100%0%0%横截面裂纹率100%0%0%根部裂纹率0%0%焊缝间隙2.052.052.162.03备注焊后立刻 出现 裂纹焊后约12小时产生裂纹无裂纹无裂纹预热150后可消除冷裂纹预热预热150度焊后照片度焊后照片预热预热125度焊后照片度焊后照片预热预热100度焊后照片度焊后照片超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制抗热裂纹性试验抗热裂纹性试验(窗形拘束对接试验窗形拘束对接试验)将实
13、验T24钢板进行双V形坡口平板对接，间距4mm，对接平板周围固 定，预热温度180。焊接工艺采用双面焊接，每面焊接两层，层间温度达到300。焊后放置24小时无裂纹，焊后如图右所示。再热裂纹敏感性试验再热裂纹敏感性试验采用铁研试样焊接来确定再热 裂纹敏感性。焊接电流为170A，焊接电压24v；焊接速度为150mm/分；焊条直径为4.0mm；焊条预热温度为150200；试样预热温度为180；焊后热处理规范：730760，保温1h。试验结果如右图表所示。表面裂纹率0%横截面裂纹率0%根部裂纹率0%焊缝间隙2.16，2.074 4、9%Cr9%Cr产品的研制产品的研制T91是美国在T9钢基础上，通过添
14、加V、Nb、N，形成铌、钒碳氮化合物的析出强化作用， 提高钢在600左右的持久蠕变断裂强度。T92、T911与T91相比是通过增W，并加入微量B强化晶界来进一步提高持久蠕变断裂强度。其中T92在成分控制方面的特点是增W、减Mo，以及严格控制 Al、Ti、Zr等元素，而获得更高的持久蠕变强度，而被用于超超临界机组。 9Cr产品化学成分如下：ASMESA-213CSMPSCrMoT90.150.251.000.300.600.0250.0258.0010.000.901.10T910.080.120.200.500.300.600.0200.0108.009.500.851.05T920.070.
15、130.500.300.600.0200.0108.509.500.300.60T9110.090.130.100.500.300.600.0200.0108.5010.500.901.10ASMESA-213wVNbBNAlNiT9/T91/0.180.250.060.10/0.0300.0700.0400.40T921.502.000.150.250.040.090.0010.0060.0300.070 0.0200.40T9110.901.100.180.250.060.100.00030.0060.0400.0900.0400.40超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制4
16、.1 4.1 9%Cr9%Cr产产品品化化学学成成分分及及性性能能比比较较4.2 9%Cr4.2 9%Cr高压锅炉管系列成分优化与控制高压锅炉管系列成分优化与控制 ASMESA-213CSMPSCrMoT910.080.120.200.500.300.600.0200.0108.009.500.851.05T920.070.130.500.300.600.0200.0108.509.500.300.60ASMESA-213wVNbBNAlNiT91/0.180.250.060.10/0.0300.0700.0400.40T921.502.000.150.250.040.090.0010.006
17、0.0300.070 0.0200.40S高是引起国产T91钢晶界弱化的主要杂质元素，是导致T91钢蠕变脆化的主要原因AI、Ti含量过高易造成T91钢中弥散相 Nb、V（C、N）分布不均匀和体积份额 降低，引起蠕变断裂强度的降低。关键元素关键元素S S、AlAl、CrCr、C C等实施控制，等实施控制，目的目的：改善持久强度和塑性：改善持久强度和塑性超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制4.3 9%Cr4.3 9%Cr高压锅炉管系列高压锅炉管系列-T92-T92性能介绍性能介绍 超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制不同回火温度对不同回火温度对T92T92性能的影响
18、性能的影响T92 T92 金相照片金相照片(OM)(OM) T92 T92 金相照片金相照片(OM)(OM) T92T92微观组织照片（微观组织照片（TEMTEM）T92T92持持 久久 试试 样样 透透 射射 电电 镜镜 照照 片片（650650、110MPa110MPa、2512h2512h）(b) (b) 为为(a)(a)图中图中A A析出物衍射斑点图）析出物衍射斑点图）超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制常常温温力力学学性性能能T92钢钢管管的的韧韧脆脆转转变变温温度度曲曲线线及及冲冲击击功功曲曲线线（韧韧脆脆转转变变温温度度 : -38 ） 高高温温力力学学性性能能T
19、92钢钢管管的的高高温温短短时时拉拉伸强度随温度变化曲线伸强度随温度变化曲线T92T92高温时效后力学性能高温时效后力学性能 650 650 高温时效性能高温时效性能超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制5 5、奥氏体耐热钢研制、奥氏体耐热钢研制5.1 5.1 奥氏体耐热钢成分奥氏体耐热钢成分标准标准CSiMnPSASTM A 213 S30432Code case 2328-118Cr9Ni3CuNbN0.070.130.301.00.0400.010ASME SA-213TP310HNbN S310420.040.100.752.00.0300.030标准标准CrNiCuNb
20、NASTM A 213 S30432Code case 2328-118Cr9Ni3CuNbN17.0019.007.5010.502.503.500.300.600.050.12ASME SA-213TP310HNbN S3104224.0026.0017.0023.00/0.200.600.150.35超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制5.2 5.2 奥氏体耐热钢的主要产品及性能奥氏体耐热钢的主要产品及性能Super304HSuper304H、TP310HNbNTP310HNbN（HR3CHR3C）性能）性能ASMESA-213屈服强度屈服强度（MPa）抗拉强度抗拉强度（
21、MPa）延伸率延伸率（%）硬度硬度（HB）晶粒度晶粒度（级）（级）ASTM A 213Code case 2328-1S30432235590352197-10ASME SA-213Code case 2115-1TP310HNbN295655302567超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制5.2 5.2 奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢S30432S30432微观组织微观组织 a)a)时效时效3000h3000h试样微观组织试样微观组织b) b) 220MPa220MPa、18461846小小时时 持持久久试试样样微微观观组组织织 650 S30432 TEM650 S30432 T
22、EM照片照片超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制5.3 5.3 奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢TP310HNbNTP310HNbN（HR3CHR3C）介绍）介绍标准标准CSiMnPSASME SA-213TP310HNbN S310420.040.100.752.00.0300.030标准标准CrNiCuNbNASME SA-213TP310HNbN S3104224.0026.0017.0023.00/0.200.600.150.35TP310HNbNTP310HNbN钢 是 在 25Cr-20Ni 25Cr-20Ni 钢的基础上添加 Nb Nb 和 N N 形成析出强化，获得较高
23、的持久强度。虽然650650的许用应力值 略低于Super304HSuper304H，但由CrCr含量高，其耐烟气高温腐蚀和耐汽侧氧化的性能极佳。所以在腐蚀性较高的工况条件下，优先选用该钢种做过热器和再热器的高温部件。TP310HCbN合金化机理合金化机理超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制TP310HCbN TP310HCbN 金相（金相（OMOM）照片）照片TP310HCbN TP310HCbN 扫描电镜（扫描电镜（SEMSEM）照片）照片超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制TP310HCbNTP310HCbN瞬时高温性能瞬时高温性能GB5310-2008 GB5310-2008 标准要求 RmRm最小值。TP310HCbNTP310HCbN高温时效后冲击功高温时效后冲击功超超临界机组关键材料的研制超超临界机组关键材料的研制TP310HCbNTP310HCbN的氧化性能的氧化性能TP310HCbNTP310HCbN持久试验持久试验TP310HCbNTP310HCbN抗蒸汽腐蚀性能抗蒸汽腐蚀性能试验条件：试验条件：650650、25MPa25MPa
