Super304H鋼管國產(chǎn)化和質(zhì)量現(xiàn)狀

肖國華，劉安勇，李益民，楊百勛

(1.西安熱工研究院有限公司，西安市，710043; 2.華能井岡山電廠，江西省吉安市，343009)

Super304H鋼管國產(chǎn)化和質(zhì)量現(xiàn)狀

肖國華1，劉安勇2，李益民1，楊百勛1

(1.西安熱工研究院有限公司，西安市，710043; 2.華能井岡山電廠，江西省吉安市，343009)

介紹了超超臨界機(jī)組用的Super304H鋼管的國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了國產(chǎn)Super304H鋼管質(zhì)量狀況，包括化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相特征。調(diào)查分析結(jié)果表明，目前國內(nèi)已有多家企業(yè)具備了Super304H鋼管的生產(chǎn)能力，國產(chǎn)與進(jìn)口Super304H鋼管相比，在某些指標(biāo)上還存在一定的差距，但已能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。國產(chǎn)Super304H鋼管已在國內(nèi)超超臨界機(jī)組中投入使用，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督。

超超臨界機(jī)組;Super304H鋼管;國產(chǎn)化;化學(xué)成分;力學(xué)性能;金相特征

0 引言

20世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)的18-8奧氏體不銹鋼(例如TP304H鋼)的高溫持久強(qiáng)度，已經(jīng)不能滿足大力發(fā)展的蒸汽參數(shù)為600℃的超超臨界機(jī)組的需要。為此，日本住友金屬公司開發(fā)出了3種新材料應(yīng)用于600℃超超臨界機(jī)組鍋爐受熱面管道，分別是TP347HFG鋼、Super304H鋼和HR3C鋼。Super304H鋼是一種新型的18-8奧氏體不銹鋼，主要用于制造金屬壁溫不超過700℃的超超臨界鍋爐的過熱器和再熱器。目前此種材料國外主要由日本住友金屬公司和德國的沙斯基達(dá)-曼內(nèi)斯曼公司(原DMV公司)生產(chǎn)，住友金屬公司產(chǎn)品牌號為Super304H，沙斯基達(dá)-曼內(nèi)斯曼公司產(chǎn)品牌號為DMV 304HCu。Super304H鋼是在TP304H鋼的基礎(chǔ)上降低Mn含量，加入3%的Cu和0.45%的Nb及一定量的N，使該鋼在服役時產(chǎn)生彌散沉淀相和富銅強(qiáng)化相，富銅相與NbC(N)、NbCrN、M23C6一起產(chǎn)生極好的沉淀強(qiáng)化效果，大大提高了服役溫度下的許用應(yīng)力，600～650℃許用應(yīng)力比TP347H鋼高30%。該鋼的抗蒸汽氧化能力與TP347HFG鋼相當(dāng)，明顯優(yōu)于TP321H鋼［1-2］，現(xiàn)已列入ASME Code case 2328-1、ASTM A-213和GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)，牌號分別為S30432和10Cr18Ni9NbCu3BN。

隨著我國大力發(fā)展超超臨界機(jī)組，對于Super 304H鋼管的需求量日益旺盛，僅靠從國外進(jìn)口面臨很多問題，如成本高，供貨滿足不了工程進(jìn)度要求等。因此，從2003年開始，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)、研究院所和鍋爐行業(yè)開始聯(lián)手進(jìn)行Super304H鋼管的國產(chǎn)化工作。經(jīng)過幾年的發(fā)展，國內(nèi)已有多家企業(yè)具備了Super304H鋼管的國產(chǎn)化能力，產(chǎn)品經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)的評估和認(rèn)證，已應(yīng)用于多家電廠。本文論述Super304H鋼管的國產(chǎn)化現(xiàn)狀和質(zhì)量狀況。

1 國外Super304H鋼管生產(chǎn)現(xiàn)狀

日本住友金屬公司和德國的沙斯基達(dá)-曼內(nèi)斯曼公司是Super304H鋼管的主要供應(yīng)商。其中住友金屬公司主要有3個制造廠，分別是位于尼崎市的生產(chǎn)不銹鋼無縫管和核電管道的鋼管廠、和歌山市的生產(chǎn)石油管的鋼管廠、鹿島市的煉鋼廠。Super304H鋼管主要由尼崎市的工廠生產(chǎn)。住友和沙斯基達(dá)-曼內(nèi)斯曼公司的鋼管生產(chǎn)工藝基本相同，都是采用熱擠壓+冷軋的工藝，應(yīng)客戶要求都可以對管子內(nèi)壁進(jìn)行噴丸處理，以提高管子的抗蒸汽氧化性能。

2 國內(nèi)Super304H鋼管生產(chǎn)現(xiàn)狀

Super304H鋼管對晶粒度、高溫強(qiáng)度、抗腐蝕性能要求較高，制管工藝對成品的性能影響很大。關(guān)鍵工藝包括冷變形前的高溫軟化處理、大變形量冷軋和冷變形后的稍低溫度下的固溶處理［3-4］。由于工藝的特殊性，因此對鋼管廠的整體綜合能力，特別是技術(shù)與設(shè)備能力提出了更高的要求。

目前，國內(nèi)參與Super304H鋼管生產(chǎn)的廠家比較多，有太原鋼鐵公司的鋼管分公司、寶鋼股份特殊鋼公司(簡稱寶特公司)、常熟華新特殊鋼有限公司(簡稱常熟華新公司)、浙江久立集團(tuán)不銹鋼管公司、天津鋼管股份有限公司不銹鋼管分公司、江蘇常州武進(jìn)不銹鋼管股份有限公司(簡稱常州武進(jìn)公司)、江蘇宜興精密鋼管股份有限公司(簡稱宜興銀環(huán)公司)、攀長鋼有限責(zé)任公司的鋼管分公司等。其中常州武進(jìn)公司生產(chǎn)的Super304H鋼管已在大唐信陽電廠和華能井岡山電廠660 MW超超臨界機(jī)組中投入使用，標(biāo)志著Super304H鋼管的真正國產(chǎn)化。Super304H鋼管產(chǎn)品已通過鑒定的有5家企業(yè)，如表1所示，這5家企業(yè)基本上都具備了生產(chǎn)能力。浙江久立集團(tuán)采用的是熱擠壓+冷軋的工藝，與住友金屬、沙斯基達(dá)-曼內(nèi)斯曼公司工藝相同。改進(jìn)之處在于采用熱擠壓來代替高溫軟化，在保證熱擠壓溫度滿足要求的前提下，此種方法可提高生產(chǎn)效率。其余廠家采用的都是熱軋穿孔+冷軋工藝。

3 國產(chǎn)Super304H鋼管質(zhì)量情況

由于各鋼管制造企業(yè)綜合能力(如設(shè)備和技術(shù)能力)、試驗(yàn)條件以及管理水平等方面差異較大，試制的管子也有較大差異，現(xiàn)就國內(nèi)外具有代表性的幾家廠的產(chǎn)品進(jìn)行比較。

3.1 化學(xué)成分

國內(nèi)外制造企業(yè)Super304H鋼管化學(xué)成分如表2所示。從表2數(shù)據(jù)可知［5-8］，國產(chǎn)管P元素含量控制較好，優(yōu)于住友金屬公司;S元素含量控制不及住友金屬公司，高溫時S元素會在晶界偏析并降低抗點(diǎn)蝕性能。雖然ASME標(biāo)準(zhǔn)未做要求，但住友金屬公司管中添加了V、Mo元素，而多數(shù)國產(chǎn)管(除常熟華新公司、浙江久立集團(tuán)外)均未添加。Mo的作用是降低C原子活度，減少晶界上碳化物的析出，提高抗晶間腐蝕能力;少量的V可增強(qiáng)沉淀強(qiáng)化效果，提高高溫強(qiáng)度和蠕變斷裂強(qiáng)度。盡管國產(chǎn)管在成分上與日本住友公司存在一些差別，但仍滿足ASME規(guī)范要求。

3.2 力學(xué)性能

3.2.1 室溫力學(xué)性能

國內(nèi)外Super304H鋼管室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

室溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)顯示［5-8］，與ASME Code case 2328-1的要求相比，各鋼管廠試制的Super304H鋼管的室溫力學(xué)性能良好，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均有一定裕量，且塑性也滿足要求。與住友金屬公司樣管試驗(yàn)結(jié)果相比，國產(chǎn)管的屈服、抗拉強(qiáng)度與其相當(dāng)，但延伸率較低。住友金屬公司鋼管的延伸率可達(dá)60%，而國產(chǎn)管中延伸率最好的是寶特公司產(chǎn)品，其延伸率也只有49%。

3.2.2 高溫短時力學(xué)性能

ASME Code case 2328-1中未對鋼管的短時高溫強(qiáng)度進(jìn)行具體規(guī)定，表4列出了日本住友金屬公司鋼管與國產(chǎn)鋼管的短時高溫拉伸試驗(yàn)比較結(jié)果［3-6］。

由表4可以看出，當(dāng)溫度為700℃時，各廠家試制的Super304H鋼管屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與住友金屬公司樣管相當(dāng)，但延伸率均低于住友金屬公司樣管。

3.2.3 高溫持久性能

為了更加準(zhǔn)確地判斷國內(nèi)仿制材料的性能是否達(dá)到國外水平，將國內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與住友金屬公司提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖1所示［6］。從圖1可以看出，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)基本處于住友金屬公司鋼管試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散帶內(nèi)，說明國內(nèi)試制鋼管的持久性能基本滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。從圖中還可以看到，國產(chǎn)Super304H鋼管試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與住友金屬公司的十分接近。

3.3 金相特征

Super304H鋼典型的金相組織應(yīng)為奧氏體+第二相析出物，對各鋼管廠提供的樣管進(jìn)行低倍和高倍金相組織觀察，結(jié)果如表5所示。由表5可知，各樣管晶粒度均達(dá)到了7級以上，夾雜物含量和金相組織均合格。

4 其他問題

由于超超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)非常高，電廠及用戶對高溫受壓部件用鋼的抗氧化性能極為關(guān)注。對Super304H鋼管進(jìn)行內(nèi)壁噴丸處理的目的是進(jìn)一步提高該鋼的抗氧化性能［9-10］。然而，國內(nèi)外目前對Super304H鋼管內(nèi)壁噴丸處理卻無統(tǒng)一的認(rèn)識。東方鍋爐廠(從日本BHK公司引進(jìn)技術(shù))、上海鍋爐廠(從ALSTOM公司引進(jìn)技術(shù))提出應(yīng)用戶要求可以對Super304H鋼管進(jìn)行內(nèi)壁噴丸處理;哈爾濱鍋爐廠(從日本三菱公司引進(jìn)技術(shù))卻并未對Super304H鋼管是否噴丸處理提出要求;DMV公司明確提出內(nèi)壁噴丸對于Super304H鋼管抗氧化性能有至關(guān)重要的影響，并強(qiáng)調(diào)噴丸質(zhì)量的重要性。目前看來，對Super304H鋼管進(jìn)行內(nèi)壁噴丸處理確實(shí)有助于提高該鋼的抗氧化性能，但國內(nèi)目前噴丸裝備投入不足，使得噴丸能力有所欠缺。另外，國內(nèi)也缺少Super304H鋼管內(nèi)壁噴丸處理質(zhì)量的統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)已有多家企業(yè)具備了Super304H鋼管的生產(chǎn)能力，國產(chǎn)鋼管的質(zhì)量已基本上滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，國產(chǎn)Super304H鋼管已應(yīng)用于國內(nèi)多個電廠。目前對國產(chǎn)Super304H鋼管已開展了較多的前期研究，但針對國產(chǎn)鋼管長期投運(yùn)后的老化損傷問題、國產(chǎn)鋼管的抗蒸汽氧化性能和高溫持久性能的研究開展得較少，對已使用Super304H國產(chǎn)鋼管的電廠還缺少相應(yīng)的金屬監(jiān)督措施，上述領(lǐng)域的研究都亟待開展。

［1］束國剛.超超臨界鍋爐用新型奧氏體耐熱鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展［C］//第一屆超超臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)會議論文集.蘇州:超超臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)會，2005.

［2］孫葉柱.用于超超臨界鍋爐的Super304H材料的性能［J］.電力建設(shè)，2003，24(9):11-14.

［3］彭芳芳.超超臨界機(jī)組用SUPER304H鋼管國產(chǎn)化關(guān)鍵制造工藝的分析［J］.動力工程，2008，28(5):803-806.

［4］楊巖.Super304H鍋爐鋼的開發(fā)和研究現(xiàn)狀［J］.特殊鋼，2002，23 (1)27-29.

［5］楊金炳.常熟華新特殊鋼公司產(chǎn)S30432奧氏體不銹鋼鍋爐管試驗(yàn)研究［C］//第二屆超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)會議論文集.蘇州:超超臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)會，2007.

［6］華金良.常州武進(jìn)不銹鋼管廠有限公司ASTM A-213M S30432鋼管評定報(bào)告［R］.四川:東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司，2007.

［7］楊小川.宜興精密鋼管有限公司ASTM A-213M S30432鋼管評定報(bào)告［R］.四川:東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司，2007.

［8］楊華春.Super304H(S30432)鋼管國產(chǎn)化及應(yīng)用試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.四川:東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司，2007.

［9］賈建民.超超臨界機(jī)組鍋爐用不銹鋼管表面冷作硬化處理對其抗蒸汽氧化性能的影響［J］.熱力發(fā)電，2009，38(6):32-37.

［10］艾忠?guī)r.國產(chǎn)S30432鋼管在超超臨界機(jī)組應(yīng)用前的測試措施［J］.神華科技，2010，8(3):66-68.

(編輯:楊大浩)

Localization and Quality Situation of Super304H Steel Tube

XIAO Guohua1，LIU Anyong2，LI Yimin1，YANG Baixun1
(1.Xi＇an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.，Xi＇an 710043，China; 2.Huaneng Jinggangshan Power Plant，Ji＇an 343009，Jiangxi Province，China)

This paper introduced the Super304H steel tube’s production situation at home and abroad in ultra supercritical units，and analyzed the quality situation of domestic Super304H steel tube including chemical composition; mechanical property;metallographic characteristics.The investigation results show that many manufacturers in China have the production capacity of Super304H steel tube at present.Compared with imported Super304H steel tubes，the domestic ones have difference in some indicators，but have been able to meet the requirements of relevant standards.The domestic Super304H steel tubes have been applied in ultra supercritical units in China，whose operation should be under strengthened supervision.

ultra supercritical unit;Super304H steel tube;localization;chemical composition;mechanical property; metallographic characteristics

TM 621

A

1000－7229(2014)01－0084－04

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.016［HT］

華能國際電力股份公司科技項(xiàng)目(HNKJ09-G19B)。

2013-09-26

2013-10-22

肖國華(1980)，男，博士，高級工程師，從事高效燃煤機(jī)組新材料的應(yīng)用研究工作，E-mail:xiaoguohua1980@163.com;

劉安勇(1976)，男，高級工程師，長期從事火電廠金屬監(jiān)督工作;

楊百勛(1962)，男，研究員，長期從事火電設(shè)備金屬材料研究工作;

李益民(1951)，男，研究員，長期從事火電設(shè)備金屬材料研究，設(shè)備和高溫部件的安全性評估和失效分析、壽命評估研究，設(shè)備和高溫部件的安全監(jiān)督工作。