火电机组金属材料及其性能培训课件.pdf

2020/6/111火电机组金属材料及其性能杨庆旭江苏方天电力技术有限公司2020年6月目录中国火力发电的现状与发展火力发电用钢的发展金属材料基本知识火电机组用钢要求火力发电典型用钢的性能部分新型火力发电用钢的发展现状 2016年底，全国全口径发电装机容量16.5亿千瓦，同比增长8.2%,其中可再生能源电力总装机6.0亿千瓦。 2016年底，全国全口径火电装机10.5亿千瓦、同比增长5.3%，全口径火电发电量同比增长2.4%，自2013年以来首次实现正增长。 2020年（预计）控制在11亿千瓦，年增速3.5%。年装机0.33-0.37亿千瓦。1.1.基本现状基本现状中国火力发电的现状与发展中国火力发电的现状与发展2014-2016年我国电力装机已达到的容量对比（单位：亿千瓦）2.2.发展概况发展概况中国火力发电的现状与发展2.2.发展概况发展概况中国火力发电的现状与发展2020/6/1123.3.机组效率与温度、压力的关系机组效率与温度、压力的关系中国火力发电的现状与发展3.3.机组效率与温度、压力的关系机组效率与温度、压力的关系中国火力发电的现状与发展机组类型机组类型蒸汽压力蒸汽压力MPaMPa蒸汽温度蒸汽温度发电热效率发电热效率%发电煤耗发电煤耗g/g/kWHkWH亚临界机组亚临界机组16.716.7538/538538/53842.342.3291291超临界机组超临界机组24.224.2566/566566/56643.843.8281281600600超超临界机组超超临界机组25.025.0600/600600/60045.445.4271271620620二次再热超超临界二次再热超超临界机组机组35.035.0600/620/62600/620/620 048.248.2255255700700二次再热二次再热超超临界超超临界机组机组35.035.0700/720/72700/720/720 05151241241中国火力发电的现状与发展中国火电机组蒸汽参数发展历程 发展方向： （a）尽可能提高蒸汽温度； （b）二次再热技术； （c）最大限度地减少热力学损失，优化设计，完整结合。 从而在现有材料许可的条件下，使600-620等级的二次再热超超临界机组，可以达到49.8% 的供电效率、246.6g/kWh的供电煤耗。 如果新型材料得到使用，机组参数进一步提高，到35MPa/615/630/630：机组效率有望超过50%。3.3.机组效率与温度、压力的关系机组效率与温度、压力的关系中国火力发电的现状与发展火力发电用钢的发展 我国自上世纪50年代（1955年）开始，生产第一台6MW火电机组，此后单机容量及工作参数平均每10年上升一个台阶。进入21世纪之后，火力机组已经进入大容量、高参数的超超临界的阶段。机组所使用的主要材料，也从当年的20g钢发展的贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢和镍基材料。火力发电用钢的发展 在此种形势下，火电站用耐热钢是发展高参数机组技术的基础和关键，火电用钢按金相组织类型分为铁素体型（我国电力工业传统上将铁素体型耐热钢又细分为珠光体、贝氏体和马氏体型）、奥氏体型耐热钢。2020/6/113火力发电用钢的发展 火电用耐热钢的性能水平，决定了历史上不同时期的运行参数。火力发电用钢的发展性能成分组织状态火力发电用钢的发展20g控制S、P等杂质含量20G加Mo合金化钼钢加CrCrMo钢加VCrMoV钢加W、Ti、B、稀土元素等多元复合强化碳钢20G钢被看作是一种典型的具有铁素体珠光体结构的C-钢。碳含量是影响强度的主要因素。该钢种不同温度下的最小屈服强度值和高温的蠕变破裂强度曲线的相交点大约在400附近，在400之上设计与时间相关。钼钢Mo是一个强固溶强化元素。固溶强化作用是蠕变破裂强度增强的主要原因。Mo钢的石墨化问题。铬钼钢和铬钼钒钢典型的CrMo-钢是13CrMo44（T12)和10CrMo910(T22)，它们的蠕变破裂强度明显地高于简单的Mo-钢，这主要是高的含钼量的结果。CrMo-钢形成稳定的碳化铬，在500以上仍稳定，因而石墨化不再是问题，同时由于铬对抗氧化的积极作用也促进了它在更高温度下的使用。新型耐热钢SA213T23、T24、T91、T92，SA335P91、P92、E911、P122等为代表的新型铁素体耐热钢。新：共同特点是经过纯净化、细晶化（温度、速度、量）、微合金化等复杂工艺措施，达到了进一步提高材料的品质和高温使用性能的目的更高级的材料G115、MARBN、SAVE12AD等通过调整合金元素多元复合强化提高蠕变强度的同时，提高材料的蒸汽侧抗氧化能力，相对降低材料成本火力发电用钢的发展火力发电用钢的发展火力发电用钢的发展2020/6/114火力发电用钢的发展金属材料基本知识 金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的是钢和铁。所以，我们主要讨论钢和铁的有关内容。金属材料基本知识 金属材料的性能包括二个方面，一是使用性能，二是工艺性能。1.1.金属材料的性能金属材料的性能金属材料基本知识力学性能主要包括材料的屈服强度Rp0.2/MPa（0.2/MPa），抗拉强度Rm/MPa（b/MPa），延伸率（），断面收缩率（）。力学性能冲击韧性是材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力（kJ/cm2）。冲击韧性金属材料在无限多次交变载荷的作用下，不致引起破坏的最大应力叫疲劳强度。测定金属疲劳强度普遍采用旋转弯曲式疲劳试验机。疲劳强度用1表示，对于钢铁材料，如循环次数达到106-7时仍不发生断裂的最大交变应力值就是其疲劳极限。疲劳强度断裂韧性是材料的固有的性能，是通过试验的方法测定出来的。由于试验的方法不同，裂纹在外力作用下失稳扩展、脆性断裂的形式也不同（K1c=cYa1/2 MN/m3/2 ）断裂韧性硬度是一个综合性能指标，无单位。它是材料衡量强度和冲击韧性等的一个综合性指标。常用的硬度有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA-C）、表面洛氏硬度（HRN-T）、里氏硬度、维氏硬度（HV）、显微硬度（HM）、肖氏硬度（HS）。硬度 密度、导电性、导热性等物理性能 耐腐蚀性能、热稳定性等。化学性能金属材料基本知识锻造工艺性能铸造工艺性能焊接工艺性能切削工艺性能金属材料基本知识 相图：表示在平衡条件下（极其缓慢加热和冷却）合金成分、温度、组织状态之间的关系图形称为相图，又称合金相图或合金状态图。 当铁碳合金中的碳含量大于6.69%时，铁碳合金脆性极大，加工困难，在生产中无实用价值。当铁和碳组成碳化物Fe3C时，Fe3C中的碳含量为 6.69%。所以，我们仅研究相图中含碳量从0 6.69%的部分。因此，铁碳状态图也称为Fe-Fe3C相图。2.2.铁碳相图基本知识铁碳相图基本知识2020/6/115金属材料基本知识2.2.铁碳相图基本知识铁碳相图基本知识金属材料基本知识2.2.铁碳相图基本知识铁碳相图基本知识金属材料基本知识2.2.铁碳相图基本知识铁碳相图基本知识金属材料基本知识2.2.铁碳相图基本知识铁碳相图基本知识金属材料基本知识金属材料基本知识2020/6/116金属材料基本知识金属材料基本知识金属材料基本知识金属材料基本知识金属材料基本知识金属材料基本知识2020/6/117金属材料基本知识金属材料基本知识 常用的铸铁是含碳量为2.114.5的铁碳合金。3.3.铸铁及其分类铸铁及其分类金属材料基本知识白口铸铁。C在铁中绝大部分存在共晶碳化物中，主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等灰口铸铁。C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。可锻铸铁。C以团絮状石墨存在，将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好球墨铸铁。C以球状石墨存在，铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。蠕墨铸铁。C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。 铸铁的牌号按GB/T5612-2008要求有以下三种：3.3.铸铁及其分类铸铁及其分类金属材料基本知识 钢材的种类很多，分类方法也很多。通常按照化学成分、用途、强度等级等进行分类。 电力行业一般分为:碳钢、合金结构钢、耐热钢等，此外常用的一些高温合金等。3.3.钢的分类钢的分类金属材料基本知识 碳钢又称碳素钢，是Fe和C的合金。钢中还有Mn和Si以及杂质S、P，钢材的性能主要取决C的含量。碳钢碳钢金属材料基本知识2020/6/118金属材料基本知识碳钢低碳钢（C.0.25）主要用于冷加工和合金结构；广泛用于厂房、桥梁、锅炉、船舶等行业。中碳钢（C0.250.6）主要用于强度要求较高的结构，根据强度要求的不同可进行淬火和回火高碳钢（C0.6%）主要用来制造弹簧钢和耐磨部件。按含碳量分类金属材料基本知识碳钢普通碳素钢S0.05，P0.045优质碳素钢S0.035，P0.035高级优质碳素钢S0.03，P0.035按照品质分类 （以杂质含量分）金属材料基本知识碳钢沸腾钢镇静钢半镇静钢按照脱氧程度分类 普通碳钢按照GB/T700碳素结构钢的规定，用屈服强度第一个拼音字母材料屈服点值质量等级脱氧方法。 优质碳素结构钢表示方法执行GB/T699-1999标准，含碳量0.8，除个别含碳量很低的钢用沸腾钢炼以外，基本上都用镇定钢熔炼。镇静钢分为正常含锰量（0.250.8）和较高含锰量（0.71.2)两种钢。后者具有较高的力学性能和加工性能。优质碳素结构钢的表示方法是：含碳量脱氧方法或化学符合质量等级碳钢碳钢金属材料基本知识 例如 Q XXX-X X Q为材料屈服点的“屈”字拼音字母首字大写，代表碳素钢。 XXX表示材料的屈服点值，通常为N/mm2 X（前）表示质量等级，共分A、B、C、D四级，D级质量质量最好，A级最差 X（后）表示脱氧方法，表示如下： F沸腾钢，b半镇静钢，Z镇静钢（通常不标注），TZ特殊镇定钢碳钢碳钢金属材料基本知识 例如 50 Mn F A 50材料的平均含碳量，以万分之几的数值表示，此为含碳量0.5 Mn表示合金元素，当Mn含量为0.71.0时，须标出“Mn”字，低于此值时不标。 F表示脱氧方法，此钢为沸腾钢。无此号为镇定钢，b为半镇静钢 A表示质量等级，无此号为优质，有“A”表示为高级优质碳钢碳钢金属材料基本知识2020/6/119 合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入一种或几种合金元素（Mn、Mo、Ni、Cr、V、Ti、B、Al、Nb、N、Cu、W）或稀土，使其具有一定的力学性能外，还具有特殊的物理性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能。世界各国都根据自己的资源，设计自己的合金系钢。国外通常Cr、Ni系为主；我国则以Si、Mn、V、Ti、Nb、B、Al、稀土为合金系。合金钢合金钢金属材料基本知识金属材料基本知识合金钢低合金钢 （合金元素含量5）中合金钢 （合金元素含量510）高合金钢 （合金元素含量10） 合金结构钢的表示方法按照GB/T221规程执行，表示方法是：前面两位数表示平均含碳量的万分数（不锈钢和耐热钢是千分数），后面的元素代号表示该钢所含的合金元素，元素代号的后面数字该元素平均含量的百分数，若不注出数字则表示该元素的质量分数为1.5，1.5按照四舍五入相应注上2、3。属专门用途的在尾部注专用符号，属高级优质钢，则最好加注“A”。合金钢合金钢金属材料基本知识 例如 16Mn 表示平均含碳量为0.16，Mn平均含量1.5低合金结构钢 例如 16MnR 表示专门用于压力容器的16Mn钢 例如 0Cr18Ni9A 0表示平均含碳量为0.07、Cr平均含量为18、Ni平均含量为9的高级优质不锈钢合金钢合金钢金属材料基本知识 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。 抗氧化钢在高温下，能抵抗氧化和其它介质侵蚀，并有一定的强度，工作温度达9001100； 热强钢在高温下具有较高的强韧性和一定的抗氧化性，其工作温度可达到600800。耐热钢耐热钢金属材料基本知识 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。 抗氧化钢在高温下，能抵抗氧化和其它介质侵蚀，并有一定的强度，工作温度达9001100； 热强钢在高温下具有较高的强韧性和一定的抗氧化性，其工作温度可达到600800。耐热钢耐热钢金属材料基本知识2020/6/1110金属材料基本知识耐热钢Cr系CrMo系CrMoV系CrNi系新型的9Cr-0.5MoNbVN、12Cr2MoNbVN按合金系分金属材料基本知识耐热钢5的低合金耐热钢510中合金耐热钢10为高合金耐热钢按合金含量分金属材料基本知识耐热钢珠光体耐热钢马氏体耐热钢铁素体耐热钢奥氏体耐热钢按金相组织分 高温合金在高温应具有较高的力学性能，抗氧化性能，抗腐蚀性能。它可在6001100的温度条件下工作。对于电力系统要求高温合金还具有足够的持久强、蠕变强度、热疲劳强度、高温韧性、高温组织的稳定性。高温合金可分为镍基合金、铁镍基合金、钴基合金。高温合金高温合金金属材料基本知识 在镍基中加入少量的Al、Ti、Cr、Nb、Ta（钽）、W、Mo、V、Zr（锆）合金元素及适量的稀土，形成以镍为主的合金。工作温度8001000。镍基高温合金高温合金金属材料基本知识 镍含量高于20，Cr含量一般在15左右。工作温度700750。铁镍基高温合金金属材料基本知识2020/6/1111 以钴为主的合金，同时加入各种合金元素。钴基合金中有530的Ni，2035Cr以及Al、Ti、Nb、Ta 合金。钴基高温合金高温合金金属材料基本知识 以钴为主的合金，同时加入各种合金元素。钴基合金中有530的Ni，2035Cr以及Al、Ti、Nb、Ta 合金。钴基高温合金高温合金金属材料基本知识火电机组用钢要求亚临界锅炉超临界锅炉火电机组用钢要求部件名称损伤机制其它蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损汽包高 温 联箱低 温 联箱高 温 受热面管蒸汽氧化低温受热面管道水 冷 壁管 焊接性能不需要焊后热处理就有很好的高温强度 蠕变强度压力/温度提高 抗腐蚀性能煤中硫的腐蚀水冷壁火电机组用钢要求水冷壁火电机组用钢要求2020/6/1112水冷壁火电机组用钢要求 高蠕变强度 烟气侧抗腐蚀和飞灰冲蚀性能 蒸汽侧抗氧化性能过热器和再热器管过热器和再热器管火电机组用钢要求 热疲劳性能尽可能选用铁素体钢 低线胀系数 高温蠕变强度 抗蒸汽氧化能力 经济性联箱与管道联箱与管道火电机组用钢要求火电机组用钢要求火电机组用钢要求部件名称损伤机制其它蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损转子汽缸阀门导汽管螺栓松弛叶片冲蚀火电机组用钢要求低压内缸螺栓断裂叶轮解剖叶轮解剖2020/6/1113火电机组用钢要求2Cr11Mo1NiWVNbNIN783火电机组用钢要求部件名称损伤机制蠕变疲劳蠕变-疲劳侵蚀腐蚀应力腐蚀磨损转子护环钢结构压力容器机炉外管辅机、转动部件火电机组用钢要求持久强度抗氧化性能导热性 热膨胀蠕变疲劳性能加工性能成本铁素体耐热钢差差优优优优优奥氏体耐热钢良良差差差一般一般镍基合金优优一般一般一般差差火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能1,000英镑k0.55k0.9k1.9k2.5k5.5k30.k50.0102030405060C Mn SteelT22 2Cr 1MoHCM2SP91316In 625In 617铁素体奥氏体镍基合金 北京钢研总院刘荣藻教授在上世纪60年代提出了多元复合强化的理论，在60年代末期研制成功G102（12Cr2MoWVTiB），日本研制成功的T23（HCM2S，CC2199-3，6Cr2W2MoNbVNB）、欧洲研制成功的T24（CC2514，6Cr2Mo1VTiNB）都是G102的改型。T23、T24钢火力发电典型用钢的性能2020/6/1114 T23是在T22钢的基础上加入了钨，减少了钼，把碳含量降低到了0.040.10。此外，再添加少量的钒、铌、氮和硼等微合金化元素。而T24钢与T22钢相比，也是适当减少了含碳量.加入了微合金化元素钒、钛、硼等。除了这些变动以外，两种钢的硫、磷等杂质含量都被明显地限制和降低了。这样成分的钢再经过相应的成材加工和热处理后，就可获得综合性能良好、能够满足制作USC锅炉水冷壁要求的钢材。T23、T24钢火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能标准钢号CSiMnPSCrMoTiASTM A213(2199条款)T230.040.100.500.100.600.030.0l1.902.600.050.30n.s三菱住友HCM2S(T23)0.040.100.500.100.600.030.0l1.902.600.050.30n.sASTM A213(草案)T240.050.100.150.450.300.700.020.0l2.202.600.901.100.050.10标准钢号VWNbBNNiAlASTM A213(2199条款)T230.200.301.451.750.020.080.00050.00600.03n.s0.03三菱住友HCM2S(T23)0.200.301.451.750.020.080.00050.00600.03n.s0.03ASTM A213(草案)T240.200.30n.sn.s0.00150.00700.012n.s0.02火力发电典型用钢的性能 上世纪70年代美国橡树岭实验室将CrMo-钢中铬的含量增加到9左右，并适当添加V、Nb等元素，使微观结构具有高的位错密度和由M23C6沉淀稳定的马氏体条结构，形成了T/P91系列钢。 尽管碳含量较低，T/P91的蠕变破裂强度明显比X20CrMoV121的高，这是通过钒和铌的合金化达到了高的蠕变破裂强度。T/P91钢火力发电典型用钢的性能 T/P91用弥散分布的MX型Nb/V碳化物的析出作为补充的强化效果，因为最适宜的弥散和MX的粒子尺寸只能通过一个最适宜的Nb/V比例和Nb含量才能达到，所以平衡成分是根本。 T/P91的Ac1温度约为800，因此，回火温度为750-770，可优先采用760。回火温度高会造成拉伸强度和硬度的降低；回火温度低会造成钢的性能不稳定，断裂韧性低，焊缝残余应力大。应注意回火温度不能超过Ac1点。T/P91钢火力发电典型用钢的性能2020/6/1115 T/P91用弥散分布的MX型Nb/V碳化物的析出作为补充的强化效果，因为最适宜的弥散和MX的粒子尺寸只能通过一个最适宜的Nb/V比例和Nb含量才能达到，所以平衡成分是根本。 T/P91的Ac1温度约为800，因此，回火温度为750-770，可优先采用760。回火温度高会造成拉伸强度和硬度的降低；回火温度低会造成钢的性能不稳定，断裂韧性低，焊缝残余应力大。应注意回火温度不能超过Ac1点。T/P91钢火力发电典型用钢的性能 T/P92钢是在T/P91钢合金成分的基础上，增加了1.52W，降低了约一半的Mo和部分的C含量，微调了其它几个合金成分后所获得的新钢种T/P92钢火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能钢种成分 (%)CSiMnPSNiCrMoWVNbAlNT/P910.080.120.200.500.300.600.0200.0100.408.09.50.851.05/0.180.250.060.100.040.060.07T/P920.070.130.500.300.600.0200.0100.408.59.50.30.61.502.500.150.250.040.090.040.030.07 经2万小时以上的蠕变断裂试验，发现该钢具有稳定的高温强度。其高温强度在550650范围时均高于同温度的T/P91钢，在600时是T/P91钢的1.3倍，650时为1.23倍；同时蠕变断裂强度也高于TP347H奥氏体不锈钢，600时是TP347H奥氏体不锈钢的1.12倍，650时为1.14倍。T/P92钢的蠕变强度 在600时许用应力比T/P91（59366、62148、64930）钢高34%，达到了TP347H不锈钢的水平。T/P92钢的许用应力火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能许用应力 (MPa)600625650SA213-T92876848SA213-TP321H695239SA213-TP347H785742许用应力比 SA213-T92/SA213-TP321H1.261.311.23许用应力比 SA213-T92/SA213-TP347H1.121.191.14 HR3C（TP310NbN）钢是在25-20钢的基础上，添加Nb和N而获得的新钢种。主要利用Nb和N的固溶,以及它们在时效过程中弥散析出的金属间化合物NbCrN、Nb的碳、氮化合物和M23C6碳化物来对基体进行强化，以提高高温蠕变断裂强度。HR3C钢火力发电典型用钢的性能2020/6/1116 1)碳、磷、硫的控制更加严格，含量更低，这有利于焊接和焊接质量的提高； 2)钢中硅、锰的含量也有一定的减少，有利于钢中相的控制； 3)镍和氮是抑制相元素，含量低了抑制不住相的析出，使钢的冲击韧性下降HR3C钢的化学成分特点火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能CSPSiMnNCrNiNb标准要求0.100.0300.0301.502.000.150.3523.0027.0017.0023.000.200.60实际控制0.050.070.0020.0050.0030.0180.250.500.911.300.1900.29024.0027.0019.0023.000.400.60 （1）抗高温蒸汽氧化性能强 （2）抗高温腐蚀性能强 （3) 强度高 （4) 组织稳定 在合理的化学成分范围内HR3C的组织稳定。金相组织极少出现相和Cr2N等析出物。HR3C钢的性能特点火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能火力发电典型用钢的性能2020/6/1117 Super304H钢是在TP304H钢的基础上，增加了C含量，降低了Si、Mn、Ni、Cr元素含量，添加了Cu、Nb、N元素而形成的新钢种。该钢的强化机理：首先是利用高温软化处理把Nb的碳、氮化物在此过程中充分溶解，随后在工件高温运行的时效过程中，缓慢的弥散析出富铜的相、NbCrN金属间化合物，析出Nb的碳、氮化物和M23C6来进行强化，以提高材料的高温蠕变断裂强度。Super304H钢火力发电典型用钢的性能部分新型火力发电用钢的发展现状新型铁素体钢VM12钢G112钢G115钢新型奥氏体钢及铁镍基合金Sanicro25钢GH984G钢HR6W钢 为了达到在650实现以上目标，合金化设计原则: (1)Cr含量应不低于11%，并且为进一步提高材料的抗蒸汽氧化性能，适当提高Si含量； (2)由于Cr含量增加，为确保新钢种具有马氏体组织,避免过量铁素体出现，加入了奥氏体化元素Co，同时可提高其蠕变强度； (3) 添加V、Nb、N 等元素以获得碳化物及氮化物沉淀强化； (4) 添加W、减少Mo；添加B、Cu，以进一步提高蠕变强度。VM12钢部分新型火力发电用钢的发展现状部分新型火力发电用钢的发展现状CSiMnCrCoWNiCuVNbBNMo0.10-0.140.40-0.600.15-0.4511.0-12.01.40-1.801.30-1.700.10-0.400.250.20-0.300.03-0.080.003-0.0060.030-0.0700.20-0.30ASME Code Case2781化学成分（化学成分（wt%）ASME Code Case 2781 VdTV Data Sheet 560/2 EN 10216-2部分新型火力发电用钢的发展现状Creq = Cr + 2Si + 1.5Mo + 5V + 5.5Al + 1.75 Nb + 1.5Ti + 0.75WNieq = Ni + Co + 0.5Mn + 30C + 0.3Cu + 25 N若生产工艺不当，该钢极有可能出现铁素体。部分新型火力发电用钢的发展现状持久强度&许用应力2020/6/1118部分新型火力发电用钢的发展现状650 350h蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀明显高于9%Cr钢部分新型火力发电用钢的发展现状焊接接头持久强度与母材相当部分新型火力发电用钢的发展现状加工性能具有良好的加工性能，加工性与T91、T92相当，在变形量较大的冷弯后，建议进行750退火处理部分新型火力发电用钢的发展现状工程应用作为过热器和再热器部分新型火力发电用钢的发展现状 优势： 1.良好的抗蒸汽腐蚀性能； 2.良好的焊接性能； 3.加工性能； 4.有工程应用经验。 劣势： 1.620以上持久强度低； 2.工程应用中机组参数较低，未真正在620以上机组中使用。VM12钢部分新型火力发电用钢的发展现状 成分设计: 1.Cr含量11%，提高蒸汽腐蚀性能 2.加入3%Co，抑制铁素体的形成 3.加入3%W，提高高温强度 4.微量V、Nb，形成析出相，沉淀强化 5.微量的B，提高持久强度G112钢元素CCrCoWVNbBNFe含量0.09113.03.00.150.10 0.010 0.04余设计成分设计成分 （wt%）2020/6/1119部分新型火力发电用钢的发展现状10701hAC+7603hAC部分新型火力发电用钢的发展现状热处理制度RmMPaRp0.2MPaA%Z%AKV2JHRC平均10701hAC+7403hAC91578018.565.5162710701hAC+7603hAC85570520.567.0282310701hAC+7803hAC81063523.067.04522T92 （GB5310）62044020-40-基本力学性能部分新型火力发电用钢的发展现状高温组织稳定性1000h 3000h 5000h10h 100h 500h630部分新型火力发电用钢的发展现状高温组织稳定性部分新型火力发电用钢的发展现状630 105h外推持久强度约80MPa650 105h外推持久强度约60MPaG112钢的持久强度与T92钢相当持久强度部分新型火力发电用钢的发展现状蒸汽氧化性能100h300h600h1000h6502020/6/1120部分新型火力发电用钢的发展现状工业生产9312.21840mm部分新型火力发电用钢的发展现状 优势： 1.良好的抗蒸汽腐蚀性能； 2.较高的持久强度，与T92相当 ； 劣势： 1.数据较少，未有相关标准； 2.缺少焊接性能研究； 3.没有工程应用。G112钢部分新型火力发电用钢的发展现状 北京钢研总院刘正东院士联合上海宝钢历经十余年研发。 “选择性强化”设计理念 基体：9Cr3W3Co,低碳0.08 析出强化：0.05Nb-0.20V M23C6碳化物控制（利用B元素） Laves相的控制，2.62.8W 纳米级析出相,Cu 超纯冶炼，低S、P、O及杂质元素G115钢部分新型火力发电用钢的发展现状CCrWCoVNbNBCuReFeG1150.089.03.03.00.190.050.0080.0141.00.02Bal.MARBN0.089.03.03.00.200.050.0080.014-Bal.部分新型火力发电用钢的发展现状G115钢合适的热处理制度:11001h A.C.+7803h A.C.基本力学性能及热处理制度部分新型火力发电用钢的发展现状高温长时时效后的力学性能650高温强度室温冲击2020/6/1121部分新型火力发电用钢的发展现状高温组织稳定性650时效(a) 300h，(b) 1000h，(c) 3000h，(d) 8000h700时效(a) 300h，(b) 1000h，(c) 3000h，(d) 8000h部分新型火力发电用钢的发展现状高温组织稳定性M23C6相的长大LAVES相的长大部分新型火力发电用钢的发展现状持久强度和许用应力温度（）550575600625650G1151141081018156T9212499755437许用应力（MPa）G115钢在625、650和675下的10万小时外推持久强度分别为157MPa、109MPa和83.7MPa最长持久试样已超过2万5千小时T92的1.5倍部分新型火力发电用钢的发展现状抗蒸汽氧化性能650部分新型火力发电用钢的发展现状工业生产时间规格生产单位20089312.2mm宝钢特钢2011254mm25mm宝钢特钢20147313mm宝钢股份20159013mm宝钢特钢-宝银钢管2015.12.24 57888mm宝钢特钢-宏润重工部分新型火力发电用钢的发展现状工业生产工厂化焊接已成熟，可以采用埋弧焊、TIG窄间隙焊等多种焊接方法实现自动焊高效生产。现场焊接方法仍以手工电弧焊为主。焊接接头的持久性能研究尚不成熟。2020/6/1122部分新型火力发电用钢的发展现状 优点： 1.优异的持久强度 ； 2. 国产化材料，价格、生产周期优势； 劣势： 1.焊接性能研究尚未成熟； 2.抗蒸汽腐蚀性能较12%Cr钢差； 3.尚未正式进入国内标准。G115钢部分新型火力发电用钢的发展现状Sanicro 25钢CmaxSi maxMnmaxPmaxSmaxCrNiNWCoCuNb0.10.40.60.030.01521.5-23.523.5-26.60.15-0.302.0 4.01.0 2.02.0-3.50.30-0.60析出相MXM23C6ZLaves富铜相部分新型火力发电用钢的发展现状Sanicro25钢钢700 105h持久强度持久强度: 102MPaASME 标准中标准中700许用应力许用应力: 64.4MPa 持久强度及许用应力部分新型火力发电用钢的发展现状抗蒸汽氧化性能部分新型火力发电用钢的发展现状加工性能30% R = 63,33 mm 20% R = 95,00 mmR/D = 1,66 R/D = 2,50 部分新型火力发电用钢的发展现状工程应用吹灰器吹灰器防腐蚀保护套管防腐蚀保护套管温度（）平均值最大值蒸汽进口温度482512蒸汽出口温度677728烟气温度858972欧洲AD7002020/6/1123部分新型火力发电用钢的发展现状Sanicro25钢过热器管蒸汽温度：628 蒸汽压力： 25.6MPa 时间：36000h工程应用部分新型火力发电用钢的发展现状内壁 蒸汽氧化氧化层光滑，形成富Cr层，且紧紧贴附在内壁表面，氧化层厚度非常薄，4m外壁 烟气腐蚀氧化层较薄，约8m，与内层氧化物相比，呈断续分布，与基体贴合的较为紧密工程应用部分新型火力发电用钢的发展现状 优点： 1. 优异的持久强度，奥氏体耐热钢中持久强度最高； 2. 优异的抗蒸汽氧化和煤灰腐蚀性能； 3. 加工性能良好； 4. 有工程应用。 劣势： 1. 除AD700项目外，未在超超临界机组中应用，工程应用经验较少。Sanicro 25钢部分新型火力发电用钢的发展现状 GH984G改进型合金是在GH984原合金基础上进行成分优化，以Cr、Mo、Nb等元素进行固溶强化、以少量Al、Ti进行沉淀强化的Fe-Ni-Cr基变形高温合金。与镍基合金比较，含20%左右的Fe，可节省Ni3234，且不含Co，具有低成本优势。GH984GGH984G合金合金部分新型火力发电用钢的发展现状CSiMnPSCrNiMoNbAlTiFe0.08 0.50 0.500.0100.01018.0-22.040.0-452.0-2.40.9-1.30.2-0.50.9-1.3余部分新型火力发电用钢的发展现状样品编号Rm, MPaRp0.2, MPaA, %Z, %测试温度G18-L1101054035.047.0室温G18-L2100953437.047.0G21-L9108559031.546.0G21-L10110059033.050.0G21-L788051031.038.0650G21-L889553033.044.5G18-L174548044.042.5700G18-L274548043.043.0G21-L384055036.039.5G21-L484054537.538.0G18-L165046544.045.0750G18-L264047045.043.5G21-L570552535.038.0G21-L670552033.039.0基本力学性能2020/6/1124部分新型火力发电用钢的发展现状持久强度700和750下105h持久强度分别为184.5MPa和90.8MPa部分新型火力发电用钢的发展现状加工性能锻造开坯加热温度114010，开锻温度1000，停锻温度900；穿管加热温度110010，冷压下量3050，半成品再结晶退火温度1100。试样尺寸/mm扩口前外径，D0/mm扩口后外径，D/mm扩口率/%d252.5552535.040.0d 252.55533.032.0扩孔试验试样尺寸/mm压扁程度，h= n S宏观检查d 252.5354S未出现裂纹d 252.5353S未出现裂纹试样尺寸/mm弯管半径，R/mm弯管角，宏观检查d 252.53565180表面良好压扁试验弯管试验部分新型火力发电用钢的发展现状工业生产及应用GH984合金已于1998年批量用于先进舰船主锅炉过热器管，已经通过10余年的实际使用考核无问题。宝钢特钢公司已于2014年7月启动试制工作，并已提供给我国700超超临界机组高温材料试验平台，安装在过热受热面管屏的第二片。部分新型火力发电用钢的发展现状工业生产及应用GH984合金已于1998年批量用于先进舰船主锅炉过热器管，已经通过10余年的实际使用考核无问题。宝钢特钢公司已于2014年7月启动试制工作，并已提供给我国700超超临界机组高温材料试验平台，安装在过热受热面管屏的第二片。部分新型火力发电用钢的发展现状 优点： 1. 优异的持久强度，比奥氏体钢高一等级； 2.加工性能良好； 3.有工程应用。 劣势： 1. 公开数据较少； 2. 成本较奥氏体钢高； 3.在舰船上应用的工况条件较低，超超临界的运行环境更加恶劣，缺乏在超超临界机组中的应用经验。GH984GGH984G合金合金部分新型火力发电用钢的发展现状 HR6W是日本住友金属公司研制的铁镍基合金，最初作为650机组厚壁大口径蒸汽管道用钢。 主要依靠W的固溶强化，B的间隙固溶强化和Nb、Ti形成纳米级MX相的析出强化，合金中的主要析出相为Laves相、Cr23C6相和MX相，少量的Ti、Nb、B可增强Cr23C6相弥散沉淀的均匀性，细小的MX相（TiC、NbC）可提高沉淀强化效果。HR6WHR6W合金合金2020/6/1125部分新型火力发电用钢的发展现状CSiMnPSCrWNbTiBFeNi0.101.01.500.0300.01521.5-24.56.0-8.00.1-0.350.05-0.200.0005-0.000620.0-27.040.0-45ASME CODE CASE 2684部分新型火力发电用钢的发展现状持久强度及许用应力温度（）600630650670700720750770800持久强度（MPa）1691361181038575625442温度（）600625650675700725750775800许用应力（MPa）11395.280.668.658.449.64235.229.2部分新型火力发电用钢的发展现状热疲劳性能热疲劳性明显优于Alloy617部分新型火力发电用钢的发展现状焊接性能焊接方法层间温度（） 电流（A）电压（V）焊接速度（mm/min）氩弧焊（GTAW）1201001551012150180700，焊接接头105h持久强度为83.31MPa，略低于母材的持久强度88MPa部分新型火力发电用钢的发展现状OD35040mm、OD45760mm、OD51037.5mm、OD76240mm工业生产部分新型火力发电用钢的发展现状 优点： 1. 良好的持久强度，与奥氏体钢相当； 2. 良好的热疲劳性能（较镍基合金和奥氏体钢）； 3. 焊接性能良好。 劣势： 1. 公开数据较少； 2. 成本较奥