中国超超临界电站锅炉关键材料用钢及合金的研究现状

 综述了近几年国内用于超超临界火电机组锅炉的马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢、镍基耐热合金的研究情况。国内学者们对马氏体和奥氏体耐热钢高温强化机理和生产工艺进行了系统研究,并实现了马氏体/铁素体耐热钢T/P91、T/P92与奥氏体耐热钢S31042、S30432、TP347HFG的国产化,对新型9%Cr马氏体耐热钢展开了研究。对镍基合金的投入和研究还不够,研究内容不够系统,但表现出较好的势头,学者们正对Inconel 740、Alloy 617及其改型合金和Alloy 263合金进行较广泛的研究。对用于超超临界火电机组关键材料的研究提出了建议,展望了国内耐热钢及合金的研究趋势。     

700℃汽轮机转子用耐热合金的研究进展

700℃超超临界电站用高中压转子是汽轮机中的核心部件,高中压汽轮机转子材料的选择是当前的研究热点。新型铁素体系和奥氏体系耐热钢的研发促进了600℃超超临界火力发电机组的建设,而铁素体系和奥氏体系耐热钢已经不适用于700℃超超临界电站中高温部件的制造,必须考虑采用镍基耐热合金。文章着重分析了700℃超超临界汽轮机转子用耐热合金的技术特点,介绍了欧洲、美国和日本在700℃超超临界汽轮机转子耐热合金的研发和工业制造方面所取得的最新进展,讨论了中国700℃超超临界汽轮机转子耐热合金的发展趋势。     

火电锅炉用高强度铁素体耐热钢9Cr-2W概述

介绍火电锅炉用新型高强度铁素体耐热钢9Cr-2W的研发背景、化学成分、物理性能、CCT曲线、常温力学性能及高温性能。9Cr-2W钢具有高的高温持久强度和持久塑性、优良的抗蒸汽氧化性能和抗高温腐蚀性能,可替代TP347H等奥氏体不锈钢制造超临界、超超临界火电机组高温过热器等,经济效益显著。     

超超临界电站锅炉用耐热钢的水蒸汽氧化行为

燃煤火力发电站利用高温高压蒸汽为工质进行发电。随着火力发电的水蒸汽参数提高到超超临界,水蒸汽氧化问题变得尤其突出。当前超(超)临界火电站锅炉用耐热钢主要有低合金耐热钢、9%Cr型马氏体耐热钢和18Cr-8Ni型奥氏体耐热钢。综述了上述三类耐热钢的蒸汽氧化行为,着重介绍了动力学规律和氧化皮结构特点以及提高抗蒸汽氧化性能的方法。并对这三类材料使用中会出现的蒸汽氧化问题提出了对策。     

超临界与超超临界汽轮机耐热钢的研究进展

 ：从超临界和超超临界汽轮机耐热钢的发展、组织结构、强化机理、性能、热处理和应用等方面阐述了该耐热钢的研究、发展和应用等方面的概况和发展趋势。指出了超超临界汽轮机耐热钢研究过程中存在的问题，结合未来超超临界汽轮机技术的发展，对超超临界汽轮机耐热钢的研究进行了展望。     

氮对TP347H耐热奥氏体不锈钢室温拉伸和高温持久性能的影响

通过在TP347H奥氏体不锈钢中添加氮,研究了氮含量对其组织和持久性能的影响。结果表明:当氮的质量分数大于0.123%时,能有效抑制高温固溶过程中δ铁素体的析出;氮的添加明显改善了TP347H奥氏体不锈钢的室温拉伸和高温持久性能。含氮TP347H奥氏体不锈钢可作为一种新型高性能耐热材料用于超超临界火电机组。     

奥氏体耐热钢低周疲劳性能研究进展

 为了进一步深入研究奥氏体耐热钢,介绍了奥氏体耐热钢低周疲劳性能方面的研究进展,对比了室温和高温下奥氏体耐热钢疲劳断裂特征。其中,间隙原子、应变、温度、层错能对奥氏体耐热钢疲劳性能影响较大;在高温疲劳-蠕变过程中,影响材料裂纹扩展和疲劳断裂的关键因素是温度和应力;在疲劳寿命预测方面,已建立了众多模型,但对一些新型材料会有一定偏差,需要建立适合的寿命预测模型。     

超超临界电站锅炉用新型管材的研制

介绍了我国电站锅炉向大容量、高参数发展趋势和对新型管材的要求,以及宝钢T23,T91,T92高压锅炉管新产品研制情况.经评定表明,宝钢T23,T91,T92各项技术指标和性能均符合ASME SA-213标准要求,可以替代进口产品,适合制造超超临界电站锅炉.同时,为了满足超超临界电站锅炉屏式过热器、高温过热器、高温再热器关键材料国产化的要求,宝钢又开展了S30432(Super304H)及TP310HNbN(HR3C)钢的研制,并可在近期提供给锅炉行业,以满足锅炉行业制造超超临界电站锅炉的需求.     

超超临界电厂的运行经验和发展历程

提高火力发电厂机组热效率的有效方法是提高蒸汽压力和温度参数。因此,在发展出超临界机组的前提下,发展超超临界机组是必然的。文章综述了国内外超超临界技术的发展历程和技术特点,同时对未来发展方向作了简要介绍。指出了发展超超临界机组应该关注经济问题、金属材料的发展,着重介绍了超超临界锅炉用新型铁素体和奥氏体钢种的发展情况和部分新钢种的高温性能。     

650 ℃马氏体耐热钢研究及其进展

 超超临界电站能够有效提高化石燃料的利用率,缓解能源危机和环境压力。马氏体型耐热钢因其有良好的热物理性能和廉价的成本而广泛应用于电站锅炉中。650 ℃及以下的电站锅炉关键材料主要采用马氏体型耐热钢。介绍了世界各主要国家探索开发650 ℃马氏体耐热钢的主要科技项目,包括欧洲、美国和日本。从合金化角度介绍了马氏体耐热钢中主要元素的作用。介绍了当前研究650 ℃马氏体耐热钢的主要成果,分析了这些钢种的强化机制。     

太钢超超临界电站锅炉用TP310HCbN无缝管的研制

 针对超超临界火电机组关键不锈钢材料的使用环境特点,阐述了太钢耐热钢TP310HCbN的设计原理、强化机制、生产工艺流程及主要工艺技术措施。采用TEM、EDS等分析测试方法,对组织、焊缝、析出物进行了细致研究,同时对常规力学性能、高温拉伸性能、持久性能等进行了测试。开发的TP310HCbN耐热无缝钢管组织均匀、综合性能良好,产品已进入批量生产阶段。     

铬镍双相耐热钢的组织和性能

在高铬铁素体单相耐热钢的基础上,加入一定量的镍,得到一种新的奥氏体-铁素体双相耐热钢,并对该铬镍双相耐热钢的组织特征及常温和高温性能进行了测定.结果表明：该钢具有合适的铬、镍含量,晶粒大大细化,其室温及高温性能均比原单相耐热钢得到较大的提高和改善,组织及尺寸的稳定性得到增强,特别是由于奥氏体对组织的隔离作用,裂纹的扩展得到有效抑制,热疲劳性能得到大幅度提高,因而是一种较理想的耐热材料.     

新型奥氏体耐热钢HR3C的研究进展

介绍了国内外新型高铬奥氏体不锈钢HR3C管材的研究现状及应用前景。HR3C钢的基本组织是以奥氏体为基,并具有析出细小、弥散分布的NbCrN、MX和M23C6三种强化相。在长期服役过程中有可能析出脆性相σ相,但是几率极小。由于在服役过程中组织稳定性良好,因此该钢种具有良好的高温性能、抗腐蚀性能以及可焊接性能,使其可以用于超超临界电站锅炉过热器和再热器管材中。     

超超临界燃煤锅炉用合金

世界各地的发电工业从业者一致认为,要提高使用效率,就需要开发比当前所用的超临界发电设备效率更高的新一代燃煤锅炉,就要使用超超临界蒸汽锅炉。超超临界蒸汽锅炉的关键部件要采用新材料进行制造。Sandvik公司已开发了一种奥氏体合金Sanicro 25,这是一种成分经济的奥氏体合金,具有良好的高温强度和耐腐蚀性能。     

700℃超超临界用锅炉管材617合金研究进展

提高火电站发电效率,降低CO2排放量是解决目前能源和环境问题的重要途径,为此,世界发达国家致力于开发700℃超超临界锅炉电站。由于超超临界锅炉电站服役条件严苛,因此需提供合适的材料满足这一要求。617合金是700℃超超临界电站过热器和换热器管材的候选材料之一。对该合金的发展状况及其在组织稳定性、力学性能、抗氧化性、耐蚀性能和焊接性能等方面已有的研究进展进行了综合性报道并提出尚待解决的问题,以期为超超临界电站的选材提供借鉴并为该合金的进一步研究工作提供新的思路。     

燃煤电站用大型铸锻件材料设计及热处理现状

从燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的开发背景和发展历程、超超临界燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的合金化特点、热处理工艺、微观组织及其演变等方面，综述了燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的材料设计及热处理的研究现状。欧美日等的研究机构经过几十年的持续投入和努力，在燃煤电站大型铸锻件材料研发和生产发面均取得了瞩目的成果。中国在这方面也进行了大量投入，自1980年开始注重亚临界、超临界转子材料的研究，到2000年后超超临界材料的研究，2015年至今高超超临界材料的研究，在引进→消化→吸收的基础上，取得了一定的成果，开始创制拥有自主知识产权的新钢种和合金，并实现了部分产品的稳定供应。随着燃煤蒸汽参数的提高，大锻件用钢的化学成分趋于复杂化，材料的10⁵ h外推持久强度不断提高。在新型的马氏体耐热钢铸锻件成分设计中更加重视微量元素B、N应用，以及W、Mo、Co多元素复合添加的作用。国内学者在微观组织和力学性能方面对大锻件用钢的研究报道较多，研究比较深入系统，需要利用材料设计新方法结合中国现有的强大塑性加工能力，加强原型钢种或合金的创制工作。在发电机转子护环材料的研发方面也给予足够的重视。...     

国内外耐热高强钢的发展进程和未来研发方向

概述了国内外耐热高强钢的研发现状,重点分析了700℃超超临界电站锅炉材料的各项特性,指明了"十二五"期间我国将根据材料体系探讨高温高压耐热钢的发展趋势.为提高发电技术水平,国家已启动700℃超临界燃煤发电技术创新联盟.     

国外超临界电站锅炉材料研发进展

随着电站锅炉逐步向大容量、高参数发展,对材料高温及蠕变性能的要求也越来越高。为达到这一要求,自20世纪80年代以来,美、德、法、日等国开发出一系列适用于蒸汽参数达610℃、25MPa的铁素体热强钢和625℃的奥氏体不锈钢,如P91、P92、Super304H、HR3C等,这些钢种在超临界、超超临界锅炉中已经得到了广泛的应用。为了达到节约能源和保护环境的目的,要求新建电厂提高燃烧效率并注重环境保护。美国和欧盟计划     

新型铁素体热强钢的研究

为了开发超临界、超超临界锅炉用新型的铁素体型耐热钢，在国外Ｔ９１钢的基础上，结合钢铁研究总院开发１０２钢的实验理论，提出了钢的最优成分；综合利用各种强化手段，包括Ｗ－Ｍｏ复合强化，Ｎｂ－Ｖ复合沉淀强化，Ｂ－Ｃｅ复合晶界强化，获得了良好的效果。主要考察指标——６５０℃下１０５ｈ持久强度外推已达到７７．３５ＭＰａ，为对比钢号Ｔ９１（４９ＭＰａ）的１．５倍以上。在此基础上，对其它性能如室温拉伸、高温拉伸、室温冲击、硬度及抗氧化腐蚀等进行了测试，均比较理想，能够满足超临界、超超临界锅炉用钢的使用要求。在宏观性能测试的基础上，进行了微观组织观察、透射电镜分析、Ｘ光衍射分析及化学相分析等进一步阐明了各种强化手段的强化机理，探究了各种性能变化的内在原因。     

中国超超临界汽轮机转子耐热材料及锻件研制进展

转子是超超临界汽轮机的重要部件，转子材料及锻件的发展是支撑超超临界汽轮机及电站技术进步的基础。随着超超临界机组蒸汽温度从620℃提高至630℃,甚至未来到650℃和700℃,汽轮机高中压转子耐热材料及锻件的制造将是要面临的主要挑战之一。综述了中国超超临界汽轮机高中压转子耐热材料的发展历程、设计思路及研制进展，重点介绍了中国630～700℃超超临界汽轮机高中压转子系列自主研制的耐热材料C630R、C650R、C700R及其锻件研制的最新进展，并展望了高中压转子锻件的未来研究和发展重点，以期助力加速中国超超临界汽轮机的完全自主化进程。