火电厂耐热钢材发展和应用探究

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1、火电厂耐热钢材发展和应用探究摘要：火电厂超超临界机组对钢材的性能提出了更高的要求，要求钢材满足耐高温、高压、高腐蚀等性能。文章介绍了火电厂锅炉用耐热钢材的发展情况，对几种耐热新型钢材料进行了介绍和探讨。关键词：火电厂超超临界耐热钢材发展1.概述火力发电行业目前面临两方面的压力，一是市场竞争的加剧需要降低成本，二是对全球环境问题的日益关注，要求发电厂降低SOX、NOx、C02的排放，满足严格的环保要求。基于常规的发电系统，提高机组的蒸汽参数，即机组的超临界(SC)和超超临界化(USC),发展高经济性、高效率的高参数、大

2、容量机组，是解决这些问题的关键。目前，我国正积极发展超超临界燃煤发电技术，而超超临界机组对钢材的性能提出了更高的要求。2.火电厂超超临界机组对材料的要求超超临界机组相对超临界机组蒸汽温度和压力参数的提高，对电站关键部件材料带来了更髙和更新的要求，尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能等，因此材料和制造技术成为发展先进机组的技术核心。高的蒸汽参数对火电厂用钢提出了更苛刻的要求，对锅炉来说具体表现在：2.1.高温强度对于主蒸汽管道、过热器/再热器管、联箱和水冷壁材料都必须有与高蒸汽参数相适应的高温

3、持久强度。2.2.高温腐蚀烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素，当金属温度提高，烟气腐蚀将大幅度上升，因此超超临界机组中腐蚀问题更加突出。2.3•蒸汽侧的氧化运行温度的提高加剧了过热器、再热器甚至包括联箱和管道等蒸汽通流部件的蒸汽侧氧化，这将导致三种后果：氧化层的绝热作用引起金属超温；氧化层的剥落在弯头等处堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏；剥落的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀。因此在过热器、再热器等材料选择中应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落性能。2.4.热疲劳性能由于在机组启停、变负荷和煤质波动引

4、起的热应力，对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件，材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，应在保证强度的前提下尽可能选择具有高热导率和低的热膨胀系数的铁素体耐热钢。对汽机而言，其中的转子、叶片以及其它旋转部件承受巨大的离心力，运行参数的提高对耐热钢的热强性能提出了更高要求，而汽缸、阀门等由于温度和压力的提高也需要更好的热强性能，高温紧固件需要有更高的拉伸屈服强度和蠕变松弛强度、在蒸汽环境下的抗应力腐蚀能力以及足够的韧性、塑性以避免蠕变裂纹形成。1.火电厂锅炉用耐热钢材的发展3.1.低合金(l-3%Cr)钢低合金

5、钢在火电厂锅炉中作为压力部件得到了大量应用，特别是过热器、再热器的低温区域以及水冷壁，在联箱和管道中应用也比较普遍。其关键的性能要求包括：45(TC以下良好的抗拉强度(120MPa)；550°C以下的持久强度；无需焊后热处理的优异焊接性能；良好的蒸汽氧化性能；通过堆焊或喷涂获得优异的抗烟气腐蚀性能。长期以来，这类钢中的主力钢种包括锅炉材料Pll、P22以及12CrlMoV等和汽轮机材料lCrMoVo随后开发了T/P23,通过在T22基础成分中以W取代部分Mo并添加Nb、V提高蠕变强度，降低了C提高焊接性能，同时加入微

6、量B提高淬透性以获得完全的贝氏体组织。3.2.9-12%Cr马氏体钢9-12%Cr马氏体钢是火电厂中重要的一类材料，用于锅炉和汽轮机的许多部件，包括锅炉管、联箱、管道、转子、汽缸等。对于锅炉用9-12%Cr钢，主要的要求包括蠕变强度和运行温度下的组织稳定性、高的AC1温度、良好的焊接性能和低的IV型裂纹敏感性、抗蒸汽氧化能力、疲劳性能等。图2是锅炉用9-12%Cr钢的发展过程。其中的T/P91钢是美国在80年代开发的一种综合性能优异的9%Cr钢，目前在我国的亚临界和超临界机组中得到了广泛的应用。在P91的基础上通过以

7、W取代部分Mo获得了T/P92和E911(T/P911)两种新型钢种。在12%Cr钢中通过相同的合金化思想开发了P122,只是为了避免出现5铁素体，其中还加入了l%Cuo这三种钢高温强度比P91都有不同程度的提高，是目前阶段的超超临界机组(蒸汽温度