浅谈超超临界火电机组金属材料选材(金属年会)

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1、浅谈超超临界火电机组金属材料选材神华国能（神东电力）集团公司技术研究院刘东辉摘要：随着超（超）临界机组的迅猛发展，目前我国已一跃成为世界上拥有超（超）临界机组最多的国家，但随之而来的金属材料方面的问题也愈来愈多，主要是新型材料的大量使用，运行经验又少，我们对其长期运行后的性能变化又掌握不够。针对此类问题，调研收集国内部分超超临界火电机组锅炉本体、汽机本体及四大管道受监金属部件材料的选用情况，并进行了对比分析。关键词：超超临界机组；金属材料；分析1前言随着我国经济的高速发展，电力需求的急速增长，超超临界机组已成为我国电网的主力机组。针对目前国内大量

2、投运和建设的超超临界机组，为确保超超临界机组的安全运行，由此我们应尽早的了解并掌握超超临界机组金属监督部件新型材料的选用情况及特性。2概述目前超超临界锅炉(UltraSupercriticalBoiler)蒸汽参数一般为压力≥24．2～28MPa，过热汽温和再热汽温≥580～600℃。由于压力和温度的提升使超超临界机组的高参数对材料提出了很高的要求，所用材料除应具有足够的持久强度、蠕变极限及屈服极限，还应具有较好的抗氧化性、耐腐蚀性及良好的焊接性能和加工性能，并具有合适的热膨胀、导热及弹性系数。如果耐腐蚀性不够，即使蠕变持久强度足够，也要考虑采用

3、耐腐蚀性更好的奥氏体钢或表面进行特殊处理以提高耐腐蚀性能。细化晶粒和表面喷涂工艺可提高抗水蒸汽腐蚀能力，表面渗铬、喷焊耐腐蚀合金、包覆耐腐蚀层，可提高向火面的抗耐腐蚀能力。为满足温度、压力等级的提升后金属材料性能变化的要求，我国在超超临界机组上使用了大量的新型耐热钢T91/P91、T92/P92、T23/P23、T122/P122、TP347HFG、Super304H、HR3C等材料。3锅炉用钢火力发电厂锅炉关键承压部件主要指水冷壁、过热器、再热器、联箱及管道等，这些承压部件运行在较为恶劣的工况条件下，是设计选用钢材关注的重要部位。锅炉用钢高温强

4、度对于主蒸汽管道、过热器、再热器管、联箱、水冷壁等材料都必须有高温持久强度性能、抗腐蚀性能、抗氧化性能、热疲劳性能等，具体材料及生产厂家详见表1。表1超超临界参数锅炉关键部件材料和来源部件材料制造单位备注：V＆M德国瓦卢瑞克.曼内斯曼公司,WGF美国威曼高登。水冷壁T23住友金属、V&M、WGFT24V＆M、WGF末级过热器、再热器TP347HFG住友金属Super304H住友金属HR3C住友金属主蒸汽管道过热器出口联箱P91住友金属、日本钢管、V＆M、WGF等P92新日铁、V＆ME911V＆MP122住友金属再热蒸汽管道、再热器出口联箱P91住

5、友金属、日本钢管、V＆M、WGF等P92新日铁、V＆ME911V＆MTP122住友金属、WGF3.1水冷壁水冷壁用钢一般应具有一定的室温和高温强度，良好的抗疲劳、抗烟气腐蚀、耐磨损性能，并要有好的工艺性能，尤其是焊接性能。通常SC、USC锅炉都采用膜式水冷壁,由于膜式水冷壁组件尺寸及结构的特点，其焊后不可能在炉内进行热处理，故所选用的钢材的焊接性至关重要。要在焊前不预热、焊后不热处理的条件下，满足焊后热影响区硬度不大于360HV10、焊缝硬度不大于400HV10的有关规定（TRD201），以保证使用的安全性。另外，水冷壁管内介质是汽液两相，管外壁

6、又在炉膛燃烧时煤粉颗粒运动速度最快的区域，积垢导致的管壁温度升高和燃烧颗粒冲刷都是选用钢材要考虑的问题。由此可见，水冷壁用钢的开发也是发展SC、USC锅炉的技术关键之一。随着SC、USC锅炉蒸汽压力、温度的升高，水冷壁温度将提高，如在31 MPa/620℃的蒸汽参数下出口端的汽水温度达475℃，投运初期中墙温度为497℃，垢层增后可升至513℃，热负荷最高区域的管子壁温可达520℃，瞬间最高温可达540℃。这就需要合金含量更高，热强性更好的钢材。现阶段国产百万机组水冷壁系统一般分为下部水冷壁、过渡段水冷壁、上部垂直水冷壁等三部分，水冷壁系统一般在

7、上部前墙水冷壁采用光管材质为15CrMoG；凝渣管材质为12Cr1MoVG；过渡段水冷壁光管材质为15CrMoG，内螺纹管材质为SA-213T2；中部螺旋管屏水冷壁采用内螺纹管材质为SA-213T2；下部螺旋管屏水冷壁（冷灰斗）采用内螺纹管材质为SA-213T2。在当锅炉达到32MPa620℃/下运行时,中间水冷壁墙的最高温度能达500～525℃,这意味着标准低合金铁素体钢如T11/T2等的抗蠕变能力是不够的｡日本住友金属开发了T/P23(HCM2S，0.06C-2.25Cr-1.6WVNb),通过在10CrMo910基础上降低C含量，加W、Nb

8、、V发展而得，提高蠕变强度，降低了C提高焊接性能，同时加入微量B提高淬透性以获得完全的贝氏体组织。T23在550℃的许用应力接近T91，