我国亟待开发超超临界机组用钢
2005-06-03 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
2004年11月，国家发展和改革委员会发布了我国第一个《节能中长期专项规划》。规划中提出了“十一五”期间节能重点领域，其中包括电力工业这一高耗能行业。规划要求在电力工业中要大力发展60万千瓦以上的超超临界发电机组，超超临界机组属于高效、洁净发电技术。面临当前我国严重缺电的局面，同时又要贯彻科学发展电力的政策，超超临界机组当然就成为首选的发电设备。但我国超超临界机组的开发尚在起步阶段，主要设备与材料均依靠进口，为了独立开发这项技术，实现设备国有化，使电力工业得到持续发展，先要做一些基础工作。超超临界发电厂的主要准备技术是高强度、耐高温金属材料的研制。因此，我国钢铁企业如能与国家发电公司合作，积极研制和生产超超临界发电厂急需的高强度、耐高温金属材料，将会促进我国电力工业和钢铁工业科学、快速、持续发展。
笔者以下就简单介绍一下国外成功运行多年的超超临界发电厂所需要的金属材料以及这些材料最近的进展。
所谓超超临界发电厂就是其锅炉和汽轮机的蒸汽参数等于大于246.1kg/cm2/593.3℃。世界各地通过富有创造性的开发，终于为厚壁管道、水冷壁和汽轮机的转子研究出许多高强度的合金材料。
新研发的高蠕变强度马氏体含9%～12%铬的钢材，像P91、P92（NF616）和P122（HCM12A），是用于厚壁锅炉部件和蒸汽管道的主要新材料，它们能使超临界机组在蒸汽温度接近593.3℃的状态下运转。目前，日本和欧洲在制造这些耐高温的材料方面处于领先地位。这些国家进行的研究开发和规划，目的在于生产能耐受蒸汽温度高达648.9℃的材料，10年后将生产耐高温达704.4℃的金属材料。美国迫于形势，2001年开始了一项新的耐高温材料研究规划，其支持者和参加者包括联邦能源部、电科所、俄亥俄州煤炭开发署、Oak Ridge国家试验室 和锅炉制造厂。其目的是鉴定在高达760℃温度下进行实验的金属材料。如果这个计划获得成功，用此材料设计的超超临界发电厂的热耗比亚临界设计的热耗要低20%～23%。
从目前世界各地超超临界发电厂主要部件所用的材料来看，含9%～12%铬的P91和P122是锅炉厚壁部件的主要合金材料，与此类似，以含12%铬为基础的高强度铁素体合金已广泛用于汽轮机部件。
对于像管道和加热器这样的厚壁部件来说，除了要达到高蠕变强度以外，还要使热疲劳达到最低。基于此，合金的开发要把重点集中在含9%～12%铬的铁素体钢材上。在含9%～12%铬的铁素体钢材中，选择C、Nb、Mo和V的最佳含量，部分采用W代替Mo，结果开发出3种合金――HCM12A、NF616和E911（P122、P92和P911），这些新合金能在压力为337.5kg/cm2、温度为621.1℃的蒸汽下工作。当温度超过621.1℃时，抗氧化能力就成为一个新的限制因素，特别是含9%铬的钢材。正在鉴定的更新的含有钴并添加钨的含12%铬的合金NF12和SAVE12，是否有可能用于648.9℃蒸汽温度的机组现在还不能确定。但从初步结果看，超过648.9℃，似乎需要采用奥氏体钢和镍基合金，像IN740、Haynes230、IN617以及HR6W这些镍基合金将用于更高温度的机组。
过热器和再热器管道除了需要高蠕变强度以外，蒸汽侧的抗氧化能力和燃烧侧的抗腐蚀能力一定要具备。根据所使用煤的腐蚀性，需要采用更高的铬钢或复合钢。在621.1℃蒸汽温度非腐蚀条件下，超级304H、耐腐蚀铜镍合金AA1、Eshete1250和17u－Mo均符合要求。反之在腐蚀严重的条件下，可以考虑20%～25%铬合金，像HR3C、NF709、SAVE25和再由IN72包层的合金。在650℃下使用时，合金Inconl617、NF709、Cr30A、NR3C和再由Inconl617（50%铬）包层的合金可供选择。
对于上部水冷壁，就蠕变强度和焊接性能而言，含有2.5%铬的两种新钢材HCR2（T23）、7CrNoVTiB1010（T24）和12%铬钢HCM12，都被看好。纯粹从蠕变强度出发，以上钢材适用于蒸汽参数为312.8℃～621.1℃的范围。当低NOX锅炉的燃烧侧腐蚀成问题时，这些合金必须用含有18%～20%铬合金来包层或补焊。
由TMK1、TR1100、TOS107合金和改进的GE合金制造的高中压汽轮机转子，可在高达593.3℃温度下运转。用某些欧洲国家开发的合金和日本开发的合金（TOS110、EPDC合金B）制成的试运转子，可用于高达621.1℃的温度。在621.1℃高温下应用时，HR1200和一种指定为Fn5的欧洲合金似乎很有发展前途，但尚未经过充分鉴定。目前，一种经低铝、低镍改进过的HR1200看来也有希望。
总之，建汽温高达626.7℃、压力达344.5kg/cm2的超超临界发电厂所需要的材料技术基本上可以达到。这些材料在国外已按商品钢大量上市。可以预料，超超临界发电厂在648.9℃汽温下运行的能力不久就可达到。因此，我国钢铁企业应加强与国家发电公司合作，积极研制和生产超超临界发电厂急需的金属材料。（中国冶金报）
笔者以下就简单介绍一下国外成功运行多年的超超临界发电厂所需要的金属材料以及这些材料最近的进展。
所谓超超临界发电厂就是其锅炉和汽轮机的蒸汽参数等于大于246.1kg/cm2/593.3℃。世界各地通过富有创造性的开发，终于为厚壁管道、水冷壁和汽轮机的转子研究出许多高强度的合金材料。
新研发的高蠕变强度马氏体含9%～12%铬的钢材，像P91、P92（NF616）和P122（HCM12A），是用于厚壁锅炉部件和蒸汽管道的主要新材料，它们能使超临界机组在蒸汽温度接近593.3℃的状态下运转。目前，日本和欧洲在制造这些耐高温的材料方面处于领先地位。这些国家进行的研究开发和规划，目的在于生产能耐受蒸汽温度高达648.9℃的材料，10年后将生产耐高温达704.4℃的金属材料。美国迫于形势，2001年开始了一项新的耐高温材料研究规划，其支持者和参加者包括联邦能源部、电科所、俄亥俄州煤炭开发署、Oak Ridge国家试验室 和锅炉制造厂。其目的是鉴定在高达760℃温度下进行实验的金属材料。如果这个计划获得成功，用此材料设计的超超临界发电厂的热耗比亚临界设计的热耗要低20%～23%。
从目前世界各地超超临界发电厂主要部件所用的材料来看，含9%～12%铬的P91和P122是锅炉厚壁部件的主要合金材料，与此类似，以含12%铬为基础的高强度铁素体合金已广泛用于汽轮机部件。
对于像管道和加热器这样的厚壁部件来说，除了要达到高蠕变强度以外，还要使热疲劳达到最低。基于此，合金的开发要把重点集中在含9%～12%铬的铁素体钢材上。在含9%～12%铬的铁素体钢材中，选择C、Nb、Mo和V的最佳含量，部分采用W代替Mo，结果开发出3种合金――HCM12A、NF616和E911（P122、P92和P911），这些新合金能在压力为337.5kg/cm2、温度为621.1℃的蒸汽下工作。当温度超过621.1℃时，抗氧化能力就成为一个新的限制因素，特别是含9%铬的钢材。正在鉴定的更新的含有钴并添加钨的含12%铬的合金NF12和SAVE12，是否有可能用于648.9℃蒸汽温度的机组现在还不能确定。但从初步结果看，超过648.9℃，似乎需要采用奥氏体钢和镍基合金，像IN740、Haynes230、IN617以及HR6W这些镍基合金将用于更高温度的机组。
过热器和再热器管道除了需要高蠕变强度以外，蒸汽侧的抗氧化能力和燃烧侧的抗腐蚀能力一定要具备。根据所使用煤的腐蚀性，需要采用更高的铬钢或复合钢。在621.1℃蒸汽温度非腐蚀条件下，超级304H、耐腐蚀铜镍合金AA1、Eshete1250和17u－Mo均符合要求。反之在腐蚀严重的条件下，可以考虑20%～25%铬合金，像HR3C、NF709、SAVE25和再由IN72包层的合金。在650℃下使用时，合金Inconl617、NF709、Cr30A、NR3C和再由Inconl617（50%铬）包层的合金可供选择。
对于上部水冷壁，就蠕变强度和焊接性能而言，含有2.5%铬的两种新钢材HCR2（T23）、7CrNoVTiB1010（T24）和12%铬钢HCM12，都被看好。纯粹从蠕变强度出发，以上钢材适用于蒸汽参数为312.8℃～621.1℃的范围。当低NOX锅炉的燃烧侧腐蚀成问题时，这些合金必须用含有18%～20%铬合金来包层或补焊。
由TMK1、TR1100、TOS107合金和改进的GE合金制造的高中压汽轮机转子，可在高达593.3℃温度下运转。用某些欧洲国家开发的合金和日本开发的合金（TOS110、EPDC合金B）制成的试运转子，可用于高达621.1℃的温度。在621.1℃高温下应用时，HR1200和一种指定为Fn5的欧洲合金似乎很有发展前途，但尚未经过充分鉴定。目前，一种经低铝、低镍改进过的HR1200看来也有希望。
总之，建汽温高达626.7℃、压力达344.5kg/cm2的超超临界发电厂所需要的材料技术基本上可以达到。这些材料在国外已按商品钢大量上市。可以预料，超超临界发电厂在648.9℃汽温下运行的能力不久就可达到。因此，我国钢铁企业应加强与国家发电公司合作，积极研制和生产超超临界发电厂急需的金属材料。（中国冶金报）
