超臨界機組金屬材料(編輯修改稿)
2025-06-18 05:34 本頁面
【文章內容簡介】 度很高但抗腐蝕性能差應用較少。 ? 目前在普通蒸汽條件下使用的 18Cr%鋼有 TP304H、 TP321H、TP316H和 TP347H，其中 TP347H具有最高的強度，通過熱處理使其晶粒細化到 8級以上即得到 TP347HFG細晶鋼，提高了蠕變強度和抗蒸汽氧化能力，對于提高過熱器管的穩(wěn)定性起著重要的作用，在國外許多超超臨界機組中得到了大量應用。 ? 在 TP304H基礎上通過 Cu、 Ni、 N合金化得到 18Cr10NiNbTi（ Tempaloy A1）和 18Cr9NiCuNbN（ Super304H），強度得到了提高，經濟性很好。 2025Cr%鋼和高 Cr高 Ni鋼抗腐蝕和蒸汽氧化性能很好，但相對于強度來說價格過于昂貴限制了其使用。但新近開發(fā)的 2025Cr%鋼具有優(yōu)異的高溫強度和相對低廉的成本，包括 25Cr20NiNbN（ TP310NbN）、 20Cr25NiMoNbTi（ NF709）、 22Cr15NiNbN（ Tempaloy A3）和更高強度級別的 （ SAVE 25），這些鋼通過奧氏體穩(wěn)定元素 N、 Cu取代 Ni來降低成本。 ? 高溫合金早已用于航空領域，在目前的蒸汽發(fā)電機組中僅限用于葉片和緊固件材料。在電力行業(yè)只有采用先進的高溫度設計才會對這類材料產生興趣。如果蒸汽參數提高到700℃ 以上，機組的許多部件將只能采用高溫合金。包括定向凝固和單晶合金在內的 Ni基合金正在進行評估應用在汽輪機中。 ? 通常認為蒸汽溫度 700℃ 左右的超臨界鍋爐設計中將要求聯箱和主蒸汽管道在最高 750℃ 下工作，這遠遠超出了鐵素體鋼的能力，而奧氏體鋼的熱疲勞問題也使得它們用于此厚壁部件不太可能。盡管蠕變強度的要求對 Ni基高溫合金來說不過分，但其它要求如焊接性能、成形性能和抗腐蝕性能不容易達到。在美國和歐洲的最新研發(fā)計劃中都在對高溫合金的工藝性能、力學性能進行評估。 二、國內的材料技術基礎 ? 國內近幾年開始研究超超臨界機組的相關技術，并有數臺機組開始投入建設，由于煤電將在很長時間內在我國占主導地位，超超臨界火電技術在我國有著非常廣闊發(fā)展前景。 ? 然而近幾十年來國內的電站新材料開發(fā)幾乎處于完全停滯狀態(tài)，目前超臨界和超超臨界機組甚至包括部分亞臨界機組的關鍵材料或部件幾乎完全依賴進口，這種狀態(tài)在短期內還無法改變；從國外購買先進材料是發(fā)展超超臨界技術的最現實的途徑。 ? 另一方面，國內對于現階段超超臨界機組所需各種新材料的加工工藝和服役特性研究也剛起步，缺乏足夠的材料加工和使用經驗，為了保證機組的順利建設和將來長期安全可靠的運行還需要進行大量工作。 ? 國外發(fā)達國家對于先進的發(fā)電技術所需的材料均有相應的研究戰(zhàn)略，對電站材料的蠕變、疲勞等長時性能研究也有長期規(guī)劃，并建立了數據共享平臺，積累了大量的材料性能數據，如在歐洲蠕變合作委員會 (ECCC)和日本材料所的數據共享平臺，多數常用材料的持久強度試驗時間超過了10萬小時，最長的數據達到了 2030年。這些數據對于機組的合理設計和安全可靠運行提供了堅實的材料技術支持。而國內還沒有相應的機構，各單位間數據的共享性差，數據的質量和數量也都沒有保證，甚至常用的電站材料的長期數據也嚴重缺乏，對于機組部件的狀態(tài)和壽命評估帶來很大的困難，影響了機組安全可靠運行。 三、國外超臨界機組材料問題 20世紀 50年代末和 60年代初，在美國、英國、聯邦德國都投運了超超臨界機組。限于當時的材料技術，這些機組采用了大量傳統的奧氏體鋼，在運行中出現了許多材料方面的問題。美國雖在 60～ 70年代，超臨界機組有較快發(fā)展，但由于運行中出現的問題和技術、經濟方面的原因，其后回到了亞臨界機組。 ? 超臨界鍋爐水冷壁管開裂（向火側產生多重裂紋
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