超超临界机组锅炉用高温材料及其焊接技术的发展

李英河

【摘 要】在世界范围内的超超临界机组发展中，超超临界机组锅炉用耐高温材料与该材料的具体焊接技术，决定着超超临界机组本身的参数与性能，而想要尽可能提高超超临界机组的性能，我们就必须对这一领域进行具体研究，在这种背景下，本文就超超临界机组锅炉用高温材料及其焊接技术的发展进行了具体论述，希望能够以此提高我国超超临界机组的发电效能。

【关键词】超超临界机组 高温材料 焊接技术

随着我国经济与社会的不断发展，我国资源友好型社会的创建需要与民众用电需求的提高，都在不断催促我国进行容量大、效率高、参数高、节能性好的发电机组的研究，在这种背景下，设法提高超超临界机组锅炉的压力与参数，就能够在一定程度上满足这一需求，但想要提高超超临界机组锅炉的压力与参数，就必须设法解决超超临界机组锅炉用材料耐高温、高压以及具体的焊接问题。

1 超超临界机组锅炉用高温材料的选择发展

在世界范围内的超超临界机组锅炉用高温材料的选择中，新型细晶强韧化铁素体耐热钢、新型细晶奥氏体耐热钢以及高铬镍奥氏体钢，是世界各国普遍采用的三种耐热新钢种，在这三种钢种的不断发展中，每一种钢种都经过了不断地改进，拿新型细晶强韧化铁素体耐热钢为例，在近些年的发展中，T24，T91，T92，T122，SA3352，P91，P92，P122和E911，都属于新型细晶强韧化铁素体耐热钢这一钢种，由此可见近些年超超临界机组锅炉用高温材料的发展，笔者将在下文中对我国当下较为常用的超超临界机组锅炉用高温材料进行具体描述[1]。

1.1 T91/P91

在我国当下的超超临界机组锅炉用高温材料中，T91/P91钢是一种较为常用也较为实用的新型细晶强韧化铁素体耐热钢材料，其本身具有较好的焊接性能与工艺性能，在具体的应用中，T91/P91钢能够凭借自身较低的热膨胀系数与较高的导热系数，保证自身在650度高温下的持久性，并在同时保证自身的耐腐蚀性。在我国，早在2009年，T91/P91钢便已经在我国亚临界机组的主蒸汽管道得到了应用，且取得了较好的应用效果。当下，T91/P91钢已成为我国超超临界机组主蒸汽管道应用最广泛的钢种。

1.2 T92/P92

T92/P92钢是T91/P91钢的进化版，相较于T91/P91钢，T92/P92钢具有更好的抗高温腐蚀性能、焊接过程中也具备更好的抗裂性能，这些优势也使得T92/P92钢具有更为广阔的应用前景。但由于T92/P92钢本身的价格高昂，这就使得其本身在短时间内无法得到广泛应用，但随着科学技术的进一步发展，T92/P92钢终将推动超超临界机组锅炉用高温材料的再次进步[2]。

1.3 HR3C

HR3C钢属于新型细晶奥氏体耐热钢，其本身公称成分为0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N，这种成分的构成使得HR3C钢抗拉性能、高温耐热性能、抗热蚀性能都较为优秀，特别是其本身的抗蒸汽氧化性能，使得HR3C钢能够得到较为广泛的应用。在我国当下超超临界机组锅炉用高温材料中，HR3C钢常常被用各种需要耐高温、高压、高硫或高氯环境腐蚀的管件中。

2 超超临界机组锅炉用高温材料的焊接技术

2.1 超超临界机组锅炉用T91/P91钢的焊接

由于T91/P91钢属于新型细晶强韧化铁素体耐热钢，这就使得在焊接过程中，T91/P91钢较为容易因脆硬造成本身裂纹的出现，针对这种情况，焊接人员应采用铜陵工程焊接质量控制的方式，为T91/P91钢选择专用的焊机，并通过保证质检员全程监督，保证T91/P91钢焊接工作的顺利进行，使其满足超临界机组锅炉对耐高温材料的要求[3]。

2.2 超超临界机组锅炉用T92/P92钢的焊接

在超超临界机组锅炉用T92/P92钢的焊接中，TIG/SMA焊接法是我国较常使用的焊接工艺，在具体的焊接过程中，焊接采用对接接头，坡口采用双形，其中将钝边控制在0.5mm到2mm范围内，将坡口间隙控制在3mm到4mm范围内。在焊接过程中，为了防止T92/P92钢的氧化，我们需要在填充第一层焊缝时，保证氮气对其的充分保护。需要注意的是，T92/P92钢的焊接采用小焊接线能量，多层多道焊，并注意焊接完成后留出1到2个小时马氏体转变时间，以此保证T92/P92钢焊接质量[4]。

2.3 超超临界机组锅炉用HR3C钢的焊接

在HR3C钢的焊接中，由于HR3C钢属于新型细晶奥氏体耐热钢，所以焊接人员在对HR3C钢进行具体的焊接工作时，需要层间温度与焊接电流进行较好的控制，为了实现这一控制，我们需要为焊接人员提供具体的测温设备，同时保证焊接时环境与工件温度不低于20℃。在具体的焊接过程中，焊接人员需要采用小规模焊接工艺，通过对电流、电压、焊接速度的精准控制，保证焊缝韧性。需要注意的是，在焊接结束后，如果环境温度高于20℃，焊接人员可以进行空冷，而如果环境温度低于20℃，焊接人员就需要通过氧乙炔火焰将焊件加热到150℃，进行5分钟的缓冷。

3 结语

综上所述，在我国近些年超超临界机组锅炉用耐高温材料与该材料的具体焊接技术发展中，二者都得到了较为长足的进步，本文对这一进步的一部分内容进行了详细描述，希望能够以此推动我国超超临界机组的进一步发展。

参考文献：

[1]刘定平.超（超）临界电站锅炉氧化皮生成剥落机理及其防爆关键技术研究[D].华南理工大学，2012.

[2]林富生，谢锡善，赵双群，董建新.我国700℃超超临界锅炉过热器管用高温合金选材探讨[J].动力工程学报，2011，12：960-968.

[3]林俊滨.超（超）临界锅炉高温管内氧化皮形成机理及堵塞规律研究[D].华南理工大学，2010.

[4]迟成宇，于鸿垚，谢锡善.世界700℃等级先进超超临界电站关键高温材料[J].世界钢铁，2013，02：42-59+63.