超超临界机组锅炉高温材料的选择和应用

柳郁

摘 要：根据现今全球超超临界机组中百万千瓦级的动态发展情况，分析已有的机组参数。超超临界锅炉用耐高温材料与其参数是紧密联系在一起的，研究并开发应用超超临界锅炉的高效性能、方便加工和经济性新型材料，是未来发展的主要方向。

关键词：超超临界锅炉；高温材料；选择及应用

在国民经济稳定持续增长的大背景中，人们不断的增加电力需求和国家实施节能减排的政策，建设容量大、效率快、参数高及节能好的机组是我国电力的发展趋势。提高锅炉的蒸汽压力、温度以及其他参数都能有效提高发电厂的发电效率，其中温度的影响效果最明显。现今国际上超超临界机组的参数为初压力24.1-31MPa，其主蒸汽/再热蒸汽的温度是580℃-600℃/580℃-610℃，用USC作表示。而其使用金属材料的耐高压、耐高温与焊接问题是如何提高蒸汽参数这个问题中所存在的首要技术难题。

1 高温材料的选择

开发具有更好耐高温性的耐热钢是发展高效超超临界火力发电机组的关键技术，让他们适用在更高的温度范围。现今全球在管道及锅炉的用钢发展可大致分为两方向：

（1）发展铁素体耐热钢，马氏体、贝氏体及珠光体耐热钢都被统称作铁素体耐热钢；

（2）发展奥氏体耐热钢。全球先进国家所研制推广以及普通采用新的耐热钢种有三大类：a.新型细晶强韧化铁素体耐热钢；b.新型细晶奥氏体耐热钢；c.高铬镍奥氏体钢。

2 高温材料的应用

在过热器以及再热器的用钢方面，不仅需要满足蠕变的强度，还必须满足蒸汽侧抗氧化的性能以及向火侧抗腐蚀与冲刷的性能。所有的铁素体钢几乎不能用在蒸汽温度高于565℃的过热器或者再热器中，这里使用奥氏体钢在需要耐高温的部件上。这里对几种高温材料进行详细描述。

2.1 T91/P91

T91具有良好的力学性能，其结构及性能具有较好的稳定性，焊接与工艺性能优良，具备较高的持久与抗氧化性。和TP304H作对比，T91的导热系数相对较高、热膨胀系数相对更低、持久强度中的等强温度相对较好以及等应力温度相对更高，并分别到达625℃及607℃。T91和T9钢作对比，T91的持久强度是600℃，是T9钢的三倍，同时还继承了T9鋼优秀的抗高温腐蚀性能。

T91使用的最高温度是650℃，最佳温度是585℃-625℃，该钢经常使用在制造不超过650℃壁温的过热器、再热器以及屏式过热器等的重要组成部分，也可以代替亚临界锅炉中过热器与再热器的TP304H以及TP347H，也能使用在压力容器与核电的高温受压部件中。P91通常使用在制造不超过600℃壁温的过热器、再热器集箱以及主蒸汽管道中，它应用在超临界机组中的优越性十分显明。

2.2 T92/P92

T92/P92是新型9%Cr马氏体热强钢，比奥氏体的热膨胀系数与导热系数更加优异。T92具有优良的强韧性、焊接与加工性能；抗蒸汽的氧化性能基本与T91相同；通过焊接试验，证明了T92的抗裂性较好，止裂在预热温度100℃；650℃的持续强度满足多种要求。和T122作对比，T92在性能方面略占优势，但价格却相对高昂。高W含量可能会因为长期运行发生蠕变脆化，将P92使用在厚壁部件的时候，会有IV型裂纹的趋向，因此，这些都需要更多的时间来进行评估。

因为T92/P92的性能优良，能代替TP304H与TP347H在电站锅炉的过热器以及再热器中的应用，能通过改善其运行的性能从而减少甚至避免异种钢接头，其实际意义非常重大。如果使用在亚临界锅炉中，可代替T91与TP347H厚壁管。P92通常使用在苛刻的蒸汽条件下，主要使用在集箱与蒸汽管道上。P92是已有的锅炉最高温度区以及超临界压力锅炉管子的使用钢，该钢势必会广泛应用在主蒸汽和再热蒸汽管道上。

2.3 Super304H

因为氮所具备的固溶强化作用，所以Super304H比18Cr-8Ni型不锈钢的强度水平高，而且其塑性和TP347H相差无几；十万小时的650℃持久强度的外推数值为128MPa。Super304H具有良好的焊接性，结构稳定性好，并且抗蒸汽的氧化性和抗高温的腐蚀性能良好。在650℃的高温中该钢许用应力高于TP304H的90%，高于TP347H的48%，高于TP347HFG的21%，并且略微高于HR3C的5%。仅从抗氧化性或者抗腐蚀性来看，Super304H和TP347HFG相近，但其综合性价比略微占有优势。

Super304H℃使用的最高温度是700℃，通常使用在超超临界机组锅炉中的过热器与再热器上。因为其性能优异，不管是从其可靠性以及经济性来看，它都属于以后超超临界机组锅炉中的过热器与再热器非常重要的首选材料。

2.4 HR3C

HR3C是结合TP310H以及TP310Cb的特征并加以改善的25Cr-20Ni型的奥氏体耐热钢，它的公称成分是0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N。因为在HR3C中加进了许多的Cr，Ni以及相对较多的Nb以及N，它的抗张强度比常规不锈钢18Cr-8Ni高，它的许用应力与持久强度也比TP310以及常规不锈钢18Cr-8Ni高，抗高温的腐蚀性能也明显比18Cr-8Ni和19Cr-11Ni优异，而且其抗蒸汽的氧化性能也非常的优秀，炸接的接头也同样满足规范要求。

在临界压力参数的条件下，HR3C通常使用在制造循环流和大型发电锅炉温度不超700℃的过热器、再热器、屏式过热器和各种耐高压，耐高温或者抗硫、抗氯等环境腐蚀的管件。

3 结束语

超超临界机组发电是一个有前途的清洁煤发电技术，因为超超临界的蒸汽参数条件，使机组中一些关键部件性能具有更高的要求，合理的进行选材确保机组的安全性与可靠性。新钢种还处在应用的起步阶段，需要不断的进行探究和归纳其在运用中显现的问题，从而推动其稳定发展以及运行。

参考文献

[1]毛建雄.700℃超超临界机组高温材料研发的最新进展[J].电力建设，2013（18）：69-76.

[2]梁军.超超临界火电机组钢材选用分析[J].电力建设，2012（10）：74-78.