700℃超超临界锅炉再热器集箱选材分析

介绍了700℃超超临界锅炉再热器集箱候选的GH984G、HR6W铁镍基合金、617B和740H镍基合金等新材料性能。对选用HR6W、617B、740H大口径管制造的不同外径、不同设计温度的700℃超超临界锅炉再热器集箱进行了分析计算,分析了HR6W、617B、740H大口径管用于700℃超超临界锅炉再热器集箱的适用温度范围,提出了700℃超超临界锅炉各温度段再热器集箱选材建议。     

700℃超超临界锅炉高温过热器再热器用GH984G新材料焊接工艺研究

试验选用740H镍基焊材为填充金属,焊接GH984G铁镍基高温合金,通过焊接接头的常温力学性能、高温短时拉伸性能及高温持久性能试验。结果表明:焊接接头的常温、高温力学性能均满足相关标准的规定;可考虑生产制造中免除焊后热处理,仅通过机组运行过程中进行自然时效,同样能满足该材料的使用要求;该材料可作为700℃先进超超临界锅炉高温过热器和再热器的重要候选材料。     

700℃机组用Waspaloy合金高温叶片与螺栓研制

700℃高参数汽轮机机组的研发需要以综合性能优异的材料为支撑。对高温叶片和螺栓备选材料Waspaloy合金的化学成分、组织、性能以及加工工艺进行了全面研究,并成功试制出Waspaloy合金高温螺栓样件。研究结果表明:Waspaloy合金不仅具有优异的加工工艺性能,而且在700℃还具有良好的高温强度、持久性能、抗松弛性能以及长时时效稳定性,完全可以满足700℃先进超超临界机组高温叶片和螺栓的使用要求,试制出的Waspaloy合金螺栓样件达到工程化应用的要求。研究成果可为700℃先进超超临界机组高温螺栓与叶片的设计与制造提供参考。     

Inconel 740H主要强化元素对热力学平衡相析出行为的影响

对700℃等级超超临界电站过热器/再热器管材所用镍基高温合金Inconel 740H进行热力学相计算并研究了主要析出强化元素对其平衡析出相析出行为的影响.结果表明:合金中γ′相和M23C6碳化物稳定温度范围较宽;Al、Ti和Nb 3种元素对γ′相、η相和σ相的析出行为影响较大,而Co元素对其影响不大,其中Al对γ′相和σ相的析出和稳定有促进作用,对η相却有抑制作用,Ti和Nb对γ′相、η相和σ相均有促进作用;C对M23C6碳化物析出量的影响显著,而Cr对M23C6的析出温度影响显著.将Al、Ti、Nb、C和Cr的质量分数控制在一定范围内并适当减小Co的质量分数,可以使Inconel 740H合金的成分范围得到一定的优化.     

超超临界电站用Inconel 740镍基合金的组织稳定性及其改型研究

利用微观组织分析和化学相分析的综合方法研究了超超临界电站锅炉过热器管材用镍基高温合金Inconel 740在服役温度范围长期时效下的组织稳定性,并基于热力学模拟计算对合金的成分进行调整和改型.结果表明：合金的组织不稳定性主要表现在高温时强化相γ′相急剧长大、晶内和晶界η相以及晶界G相的形成;通过调整Al、Ti含量和降低Si含量研制了改型合金,改型合金γ′相的稳定温度得到提高,在750℃和800℃长达5 000 h时效后晶界没有出现η相和G相,表现出良好的组织稳定性.     

日本SUPER304H奥氏体不锈钢锅炉管评介

本文对日本研制的、用于超(超)临界锅炉机组过热器和再热器的新型SUPER304H不锈钢管的性能及特点进行了较为详尽的综合性评述介绍。最后的综合分析认为：该钢作为我国今后超(超)临界566℃和593℃(尤其是593℃)两种参数锅炉过热器和再热器管子的材料是合适的。     

超超临界电站锅炉TP347H钢管内壁氧化腐蚀分析及预防措施

随着发电锅炉向超超临界参数发展,SA-213TP347H(1Cr19Ni11Nb)钢管以其良好的高温持久强度和高温抗氧化等性能被广泛使用在高温过热器和再热器上;但是,随着运行时间的推移,由于氧化皮剥落、堆积产生非正常停炉的事故时有发生;通过对长期运行状态下超超临界锅炉TP347H钢管内壁氧化皮的采样及试验研究,分析了TP347H钢管内壁氧化皮生长、剥落、堆积的原因,提出了相应的预防、控制措施。     

燃煤电站用FN3合金长时组织稳定性研究

FN3是基于617合金改进优化而来的固溶强化型镍基合金,具有较好的制造和焊接工艺性、抗蒸汽氧化性能和高温长时持久强度,是650~725℃燃煤发电机组的重要候选材料之一。针对FN3合金开展高温长时时效和持久性能的测试与研究。研究表明:FN3合金725℃、10万h的持久强度超过100 MPa。分别在650℃和725℃下经历12000 h时效后,FN3合金仍保持着良好的强度和塑韧性。通过分析FN3合金高温长时时效和持久前后微观组织的演变规律,进一步验证了FN3合金在650~725℃具有较好的组织稳定性,可以满足超超临界燃煤电站关键高温部件的使用要求。     

新型铁素体耐热钢T／P91介绍

随着电站锅炉向提高蒸汽参数和提高单机容量的方向发展，锅炉高温过热器和再热器的最高金属壁温超过600℃，有些达650℃。这些部件采用美国国立橡树岭实验室0RNL（Oak Ridge National Laboratory）和美国燃烧工程公司（CE）冶金材料实验室合作研制的9Crl MoNbV钢，即T／P91，具有高的高温强度、优良的抗氧化性能及良好的工艺性能。     

Inconel 740H主要强化元素对热力学平衡相析出行为的影响

针对700℃先进超超临界电站过热器/再热器管用镍基高温合金Inconel 740H,通过热力学相计算研究了主要析出强化元素对其平衡析出相析出行为的影响.结果表明:合金中γ′相和M23C6碳化物稳定温度范围宽,稳定性好;Al、Ti和Nb 3种合金成分对γ′相、η相和σ相的析出和稳定性影响大,而Co的影响不大,其中Al对γ′相和σ相的析出和稳定起促进作用,对η相起抑制作用,Ti和Nb对γ′相、η相和σ相均起促进作用;C显著影响M23C6碳化物的析出量,Cr显著影响M23C6碳化物的析出温度.Al、Ti和Nb的质量分数分别控制在1.2%～1.4%、1%～1.5%和1%～1.6%为宜;同时,C的质量分数保持在0.05%左右,Cr的质量分数也应保持25%左右,Co的质量分数有所减小,不会影响γ′相和M23C6碳化物等强化相的析出量,从而对Inconel 740H合金的成分范围进行了一定的优化.     

超超临界锅炉用钢SUPER304H、TP347HFG和HR3C长期蠕变特性和微观组织研究

SUPER304H（18Cr-9Ni-3Cu—Nb—N，ASME CC2328）和TP347HFG（18Cr-12 Ni—Nb，ASME SA213）钢种，已经成功研制并用于制造高强度、高抗蒸汽氧化性能的钢管。SUPER304H在600℃最长蠕变时间为85，426小时和TP347HFG在700℃最长蠕变时间为55，858小时，这充分证明了其具有稳定的强度和微观组织，与其他传统的奥氏体不锈钢相比，即使在微观组织中发现含有很少量的σ相，但并没有观察到其它脆性相。HR3C（25Cr-20Ni—Nb—N，ASME CC2115）也已研制并用于具有高强度和高抗腐蚀性能的钢管。该钢管可应用于蒸汽温度为600℃左右的超超临界锅炉的易腐蚀部件。HR3C在700℃、69MPa的最长蠕变时间为88，362小时，这证明在600—800％它具有相当高的蠕变强度和稳定的微观组织。自1991年以来，这三种钢管已经作为过热器和再热器管安装在Eddystone三号超超临界炉上，而且经过长期服役后，割管取下进行微观组织研究。本文描述了这三种钢管的最新长时蠕变特性和长期时效后微观组织的变化。目前世界上已经将这_一种钢管作为标准材料成功用作新刊榴超临界锅炉的讨热器和再热器管。     

国外文献摘要

超超临界压力设备—川越火电站1、2号锅炉的建设川越火电站1、2号锅炉为辐射2级再热式直流锅炉,蒸汽参数为325kg/cm~2.g、571℃,蒸发量为2150t/h。炉膛采用双火焰球单炉膛普通型式,以降低炉膛高度,提高抗震性。锅炉的过热器出口集箱和主蒸汽管采用改良型9 Cr钢,过热器管和再热器管的     

大容量电站锅炉过热器再热器温度偏差原因及防止对策

本文分析了电站锅炉过热器、再热器发生超温爆管的各种原因,并提出了防止汽温偏差过大的对策。文中总结了多年来在解决电站锅炉过、再热器超温方面的科研成果,并列举了若干国产及进口大容量电站锅炉过、再热器超温爆管问题的实例及解决办法。     

700℃超超临界锅炉用钢HR6W焊接接头性能的试验研究

介绍了HR6W材料的化学成分和力学性能及焊接填充材料,进行了环向对接焊接试验,焊接接头按JB/T 4730标准进行RT检测,接头做了拉伸、弯曲、冲击、硬度试验和金相分析。试验结果表明:材料焊接性能良好,接头性能能满足材料要求,焊接接头在700℃高温持久试验外推1.0×105 h强度能满足材料在700℃工况条件下长期使用运行,为700℃超超临界机组锅炉高温受热面选用材料做好了技术储备。     

SA213-T92钢管焊后热处理工艺试验

对电站锅炉超超临界机组用小口径钢管SA213-T92焊缝进行740℃～760℃保温1h热处理状态下在常温及510℃、620℃工艺性能试验及2次产品试生产。试验结果表明,焊接接头性能指标满足技术规范要求,该结果可以做为一项技术储备或发展方向。     

大容量电站锅炉过热器和再热器热偏差计算的理论分析与实验研究

在电站的各种事故中,锅炉事故所占比例最高,而锅炉的各种事故中,又以过热器和再热器超温爆管事故率最高。本文在总结前阶段研究的基础上通过对电站锅炉调查和实验研究,更为详尽地分析了大容量电站锅炉过热器和再热器热偏差的成因,首次提出了能适应各种过热器和再热器结构的计算热偏差的通用计算模型。对本文所提出的计算方法编制了计算机程序。实算表明,该方法准确性高且计算周期短,可供过热器和再热器的优化设计及事故诊断使用。     

煤粉锅炉爆管故障诊断案例分析

电站锅炉是火力发电厂的三大设备之一,其安全状况决定了整个机组的安全性,锅炉事故中以四管故障为主。针对超超临界锅炉和高压锅炉两种等级的煤粉锅炉爆管故障进行诊断分析,通过对投产初期超超临界锅炉爆管事故统计分析,为锅炉的防爆防磨检查提供了依据;通过对高压锅炉正常运行期间过热器和再热器爆管的技术检验分析,诊断出爆管原因,并提出了防范措施。其研究结果可为电站锅炉的检修和检验提供借鉴和参考。     

700℃先进超超临界汽轮机转子锻件用铁镍基合金的高温组织稳定性研究

对MN1合金和MN2合金进行了700℃和750℃时效处理和高温持久实验。结果表明:MN1合金在700℃下经时效处理后针状η相和γ″相均长大,Laves相析出,其组织稳定性差;当MNI合金的保温时间达到5 000 h或温度提高至750℃时,η相明显粗化,晶界和晶内均析出大量块状Laves相,导致其在700℃下高温持久性能较低;MN2合金在700℃下经时效处理后,细小的γ′相弥散析出于基体,晶界为短棒状η相,此组织在750℃下稳定性良好;MN2合金在700℃、10~5 h条件下的外推持久强度可达127 MPa,可作为700℃超超临界汽轮机转子的备选材料。     

国内首台623℃锅炉再热器设计特点及措施

介绍了国内首台623℃再热蒸汽温度USC锅炉再热器的设计特点,防止超温的措施及运行情况。623℃再热器出口温度是目前国内已投运的最高再热蒸汽温度锅炉,它的成功投运对电站超超临界机组的锅炉设计、制造、安装和运行具有示范和引领作用。     

中国电站用耐热钢及合金的研制、应用与发展

综述了中国电力工业的现状与发展,特别是近年来超超临界电站、核电站和电站装备制造业的快速发展;概述了世界主要国家先进电站材料的研制历程和发展情况,详述了中国超超临界锅炉、汽轮机用材料和核电关键材料的研制情况;阐述了中国电站材料的发展方向,指出中国已具备600℃超超临界机组材料和当代核电材料的制造能力.