【正文】 降至 %， W量從 %升至 %，并形成以 W 為主的 WMo 的復(fù)合固溶強(qiáng)化，加入微量 Nb 和 N 形成碳氮化物彌散沉淀強(qiáng)化，而研制成功的低碳低合金貝氏體 型耐熱鋼。 SA213T23 鋼管綜合性能良好，其最高使用溫度為 600℃，可用于制造大 型亞臨界電站鍋爐金屬壁溫不超過(guò) 600℃的過(guò)熱器和再熱器；或用作超超臨界鍋爐的水冷壁材料。目前 SA213T23 鋼已經(jīng)在我國(guó)鍋爐制造中得以應(yīng)用，并且具有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。 隨著電站鍋爐向高參數(shù)、大容量、低成本、高效率方向的發(fā)展 ,對(duì)鍋爐受熱面材料也提出了更高的要求。從上世紀(jì) 60 年代初開(kāi)始應(yīng)用的 T/ P22 ,到近二十年來(lái)廣泛使用的 T/ P91 等具有更好高溫性能和許用應(yīng)力的耐熱合金鋼 ,被大量應(yīng)用到大型電站鍋爐的高溫受熱面。在 (200～ 300) MW 機(jī)組鍋爐過(guò)熱器及再熱器選材方面 , 多年來(lái)常用的模式為 12Cr1MoV、 T22 、 G102 、 T91 、 TP304 或 TP347 逐級(jí)過(guò)渡 , 而 G102(12Cr2MoWVTiB) 由于在鍋爐事故中爆管較多 ,且抗高溫氧化性能差而逐漸退出應(yīng)用。這樣 ,受熱面管材的選擇基本上由 T22 或 12Cr1MoV 直接過(guò)渡到 T91 或 TP304 ,由此造成了一些較低溫度段的 G102 均由 T91 替代 ,導(dǎo)致鍋爐制造成本大幅增加。 T23 作為一種介于 T22 與 T91 之間的新材料 ,于上世紀(jì) 90 年代后期開(kāi)始在歐洲及日本多臺(tái)亞臨界、超臨界甚至超超臨界火電機(jī)組上得到應(yīng)用。作為一種 材料 , T23 鋼相當(dāng)于 G102 ,它是吸取了 G102 的 Mo 、 W 復(fù)合固溶強(qiáng)化和微量元素析出的優(yōu)點(diǎn) ,在 T22 的基礎(chǔ)上改型發(fā)展起來(lái)的。由于該材料在 (550～ 600) ℃具有良好的蠕變性能和許用應(yīng)力 ,因此它將是 (200～300) MW 以上鍋爐介于 12Cr1MoV 與 T91 或不銹鋼之間的一種很好的過(guò)渡材料。 SA213T23 鋼管在鍋爐的應(yīng)用 SA213T23 具有良好的焊接性、優(yōu)良的韌性、充分高的蠕變強(qiáng)度和不需要焊后熱處理等特點(diǎn)。 如果膜式水冷壁壓力和溫度不能同時(shí)提高，那么提高新 型鍋爐蒸汽參數(shù)的可能性會(huì)受限制。傳統(tǒng)的鐵素體 貝氏體鋼如 ASTM A213T12（ 13CrMo44）和 ASTM A213T22（ 10CrMo910）沒(méi)有足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度，用在超臨 界鍋爐 的膜式水冷壁，這些鋼（剛好在膜式水冷壁焊接后）熱影響區(qū)的最大硬度必須通過(guò)焊后熱處理才能減小到 30HV 以下。實(shí)際上，在生產(chǎn)流程中，因?yàn)樗浔诘某叽缫约耙桩a(chǎn)生很難矯正的扭曲變形，在爐中進(jìn)行焊后熱處理是很困難的。 鍋爐的水冷壁大多是膜式壁，由于鍋爐容量增大，為了提高效率，希望增大受熱面積，為此需要減小管徑，這樣就使水冷壁變成為更 大更薄的結(jié)構(gòu)。如果仍采用傳統(tǒng)的鐵素體 — 貝氏體耐熱鋼 來(lái)制作，焊后就需要進(jìn)行焊后熱處理。對(duì)這樣大而薄的平面形構(gòu)件實(shí)施熱處理不僅難度很大，而且構(gòu)件在受熱后極易產(chǎn)生扭曲變形，且這種 扭曲變形是極難矯正的。因此，從工藝要求出發(fā)， SA213T23 鋼用于鍋爐水冷壁管有其明顯的優(yōu)勢(shì)。另外因 SA213T23 有較好的高溫性能，所以也見(jiàn)用于鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管的制造，如鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司＃ 6 機(jī)組末級(jí)過(guò)熱器冷段就設(shè)計(jì)使用SA213T23 材料。 重慶科技學(xué)院專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 3 SA213T23 鋼管在鍋爐的應(yīng)用前景 隨著電力發(fā)展的需要，電站鍋爐參數(shù)的 要求不斷提高，進(jìn)而要求鍋爐受熱面管材和集箱管道材料具有更好的高溫強(qiáng)度、組織穩(wěn)定性、抗煙氣腐蝕性、抗蒸氣氧化性、焊接性和加工成形性。為此各國(guó)投入大量人力、物力、財(cái)力研究耐熱合金鋼管，特別低合金耐熱鋼管。日本在 2． 25Cr1Mo 鋼和不銹耐熱鋼之間開(kāi)發(fā)了 SA213T2 9Cr2Mo、 NF61HCM1 HCM12A 鋼等，美國(guó)開(kāi)發(fā)了改良型 9CrlMo 鋼，即 SA213T91(以下稱(chēng) T91)。在9Cr 鋼以上， T91 材料開(kāi)發(fā)最成功， 20 多年來(lái)已廣泛地用于鍋爐受熱面高溫段，在 600℃左右取代 SA213TP304H(以下稱(chēng) TP304H)不銹鋼，填補(bǔ)了 鋼和不銹耐熱鋼之間的空白，是一種很好的過(guò)渡材料，目前其母材和焊材已相當(dāng)成熟 ， NF61 HCM12A 鋼是為替代 T91 用于更高溫度條件而開(kāi)發(fā)的鋼種，目前也已納入 ASME 規(guī)范的 0ODE CASE中，分別為 ASME code case 2179， ASME code case 2180 擬定牌號(hào)為 SA213T911 和SA213T122，不久的將來(lái)必將納入 ASME 規(guī)范中。 但是 鋼和 T91鋼之間的強(qiáng)度差別太大，在 560℃以上，后者高溫 持久強(qiáng)度是前者 2倍多，在此溫度區(qū)間用， T91取代 SA213T22 (以下稱(chēng) T22)，由于兩者價(jià)格相差較大，勢(shì)必帶來(lái)很大的浪費(fèi)。日本住友公司根據(jù)微量合金化理論，在 SA213T23，以彌補(bǔ) T22 強(qiáng)度的不足，現(xiàn)在這種材料已經(jīng)納入 ASME 的 code case 21991，擬定牌號(hào)為 SA213T23，日本牌號(hào)為 STB Ⅲ 1。我國(guó)在 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)了與 SA213T23 相近材料12Cr2MoWVTiB(代號(hào)為鋼 102)，該材料是根據(jù)微合金理論研究出來(lái)的一種耐熱鋼，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn) 定可靠。在我國(guó)鍋爐高溫受熱面材料中，鋼 102 的強(qiáng)度和使用溫度處在 12CrlMoV和不銹鋼之間，是一種良好的過(guò)渡材料，該鋼材在我國(guó)已使用近 20 年。在鍋爐的高溫集箱和主蒸氣管道用材方面，我國(guó)一直使用 12CrlMoV 材料，其使用溫度為 550℃ 以下，該材料用于蒸氣溫度為 538℃ 的亞臨界鍋爐時(shí)，已接近其最高使用溫度，且壁厚已達(dá)110mm。那么在更高溫度和壓力下， 12CrlMoV 已不能滿足要求，我們將采用何種材料 ?雖然隨著我國(guó)鍋爐制造水平的提高，我們掌握了 SA335P91 材料 (以下稱(chēng) P91)的制造技術(shù)，其使用溫度 600℃ 左右，但該材料制造難度很大。在 550～ 600℃溫度范圍內(nèi)， 12CrlMoV和 P9l之間，我們需要一種過(guò)渡材料，這就為 SA213T23 材料留出了一個(gè)很好的使用空間。 該分析旨在比較分析 12CrlMoV、 SA213T2 SA213T2鋼 102 和 T9l／ P9l 材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)及其工藝性、焊接性，介紹 SA213T23 材料性能的同時(shí)，進(jìn)一步分析SA213T23 材料在我國(guó)鍋爐產(chǎn)品上使用的可能性和運(yùn)用前景，為設(shè)計(jì)壁溫為 580～ 600℃之間的鍋爐部件提供選材依據(jù)。 重慶科技學(xué)院專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 SA213T23鋼管的綜合性能 4 2 SA213T23鋼管的綜合 性能 SA213T23 鋼管 的成分 和 性能 SA213T23鋼是 日 本住友公司新開(kāi)發(fā)的鋼種。該鋼是在 ASME SA213T22鋼的基礎(chǔ)上，吸收我國(guó)鋼 102的優(yōu)點(diǎn)研制而成。 SA213T23 鋼的設(shè)計(jì)思路是采用較低的碳含量，提高焊接性能，加入少量 B(≤ )使鋼全部為貝氏體組織獲得較好的韌性，減少 Mo含量而加入 W 進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，同時(shí)通過(guò) V、 Nb、 B進(jìn)行沉淀析出強(qiáng)化。 T23 鋼是 1999 年 5月正式納入 ASME code case 21991。 ASME code case 21991 規(guī)定 SA213T23 鋼的化學(xué)成分 (表 )、力學(xué)性能 (表 )許用應(yīng)力 (表 ) 及 T23 主要物理性能（表 ） 。規(guī)定鋼應(yīng)在高于 1040℃ 正火并不低于 73O℃ 回火狀態(tài)下使用。 SA213T23 鋼可制成各種鋼材．其相應(yīng)的 ASME 標(biāo)準(zhǔn) Tube 為 SA213， Pipe 為 SA335， Plate(板 )為 SA387。Forgings(鍛件 )為 SA182。 表 SA213T23鋼的化學(xué)成分 元素 C Si Mn P S Cr Al 含量 ≤ ≤ ≤ ≤ 元素 Mo V W Nb B N Ti/Ni 含量 ≤ . 注 :表中 表 力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度 (MPa) %屈服強(qiáng)度 (MPa) 延伸率 (%) 硬度 510min 400min 20min HB≤ 220 表 材質(zhì) 種類(lèi) 項(xiàng)目 500℃ 525℃ 550℃ 575℃ 600℃ 625℃ SA213T23 鋼管 許用應(yīng)力 125 110 89 71 53 34 10萬(wàn)小時(shí)持久強(qiáng)度 187 164 133 106 79 51 10萬(wàn)小時(shí)持久強(qiáng)度 156 138 111 89 66 43 SA335P23 管道 許用應(yīng)力 118 101 84 68 52 31 10萬(wàn)小時(shí)持久強(qiáng)度 176 151 125 101 78 46 10萬(wàn)小時(shí)持久強(qiáng)度 148 126 105 85 65 39 表 T23的主要物理性能 溫度℃ 參數(shù) 50 100 200 300 400 500 600 650 重慶科技學(xué)院專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 SA213T23鋼管的綜合性能 5 表 （續(xù)） 彈性模量 GPa 206 203 196 189 181 171 160 154 熱傳導(dǎo)率 W/(m?k) 線膨脹系數(shù) 1/(106℃ ) 密度 g/cm3 —— —— —— —— —— —— —— 由 以 上表中可以看到， T23 鋼與我國(guó)在 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)發(fā)的鋼 102 (12Cr2MoWVTiB)有近似的合金系統(tǒng)和含量，它是在 T22 鋼的基礎(chǔ)上加入了鎢，減少了鉬，把碳含量降低到了 ％～ ％。此外，再添加少量的釩、鈮、氮和硼等微合金化元素 。除了這些變動(dòng)以外， T23 鋼的硫、磷等雜質(zhì)含量都被明顯地限制和降低了。這樣成分的鋼再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的成材加工和熱處理后，就可獲得綜合性能良好、能夠滿足制作 USC鍋爐水冷壁要求的鋼材。它們?cè)?600℃時(shí)的蠕變斷裂強(qiáng)度達(dá)到 T22 鋼的 倍。因 為降低了含碳量和雜質(zhì)含量，使其焊接性大大提高，允許焊前不預(yù)熱，焊態(tài)下熱影響區(qū)的最高硬度也在 350HV 以下。 由于這些 優(yōu)點(diǎn) ， T23 鋼都是在正火 +回火的調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。 T23 鋼的正火溫度為1050～ 1080℃。實(shí)踐證明，當(dāng)鋼材的厚度超過(guò) 10mm 時(shí)，需要加大正火冷卻速度 (水冷卻 )，以保證最佳的力學(xué)性能。 T23 鋼正火后的回火溫度 為 760～ 790℃ 。 合金元素對(duì) SA213T23 組織及性能的影響 Cr、 Mo 元素的作用 Cr 元素的作用有兩方面 ， 一方面提高了鋼的抗氧化性和耐腐蝕性 ； 另一方面固溶于基體中 起固溶強(qiáng)化的作用 ， 并且在回火和時(shí)效的過(guò)程中形成 M23C6相起到了析出強(qiáng)化的作用。 Mo元素能優(yōu)先溶于固溶體中 ， 是鐵素體基體最重要的固溶強(qiáng)化元素 ， 還可顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度。 V、 Nb 元素的作用 V 固溶于鐵素體中 ， 以細(xì)小、彌散 V4C3析出 ， 阻止了鐵素體晶粒在加熱過(guò)程中的長(zhǎng)大。當(dāng) V/C約為 4時(shí) ， 持久強(qiáng)度最高 ， 其原因也是 V4C3大量沉淀于晶內(nèi) ， 顯著地提高了晶內(nèi)強(qiáng)度 ， 使晶內(nèi)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于晶界強(qiáng)度 ， 但易形成晶界裂紋。少量 V和 Mo還能加速 Laves相沉淀。 Nb 的作用同 V類(lèi)似 ， 易形成細(xì)小、彌散、穩(wěn)定的 Nb（ C， N） ， 使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻 ，改善蠕變