超臨界、超超臨界鍋爐用鋼

陳 瀚

（福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院，福建 福州 350001）

我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)和世界環(huán)境,人們?cè)谌粘９ぷ魃钪胁粩嘣黾拥碾娏π枨?同時(shí),國(guó)家正積極采用環(huán)保節(jié)能減排的政策,從而建立一個(gè)更大的能力,更高的效率,節(jié)能的參數(shù)和超臨界機(jī)組是我國(guó)電力發(fā)展的重要趨勢(shì)。為了提高鍋爐蒸汽和壓力，以及溫度因素的影響，有效地提高電廠的發(fā)電效率，溫度因素的影響最為明顯。

現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的超臨界機(jī)組所需要的蒸汽溫度大約為五百八十?dāng)z氏度到六百攝氏度；在這么高的溫度下，其中，金屬材料的使用要求耐高溫高壓，材料的焊接是影響蒸汽機(jī)參數(shù)提高的主要因素。

1 超臨界的介紹

超臨界機(jī)組常常應(yīng)用于火力發(fā)電廠之中，超臨界通常指鍋爐內(nèi)的壓力。在火力發(fā)電廠之中，在一定壓力之下，水和蒸汽的密度是相同的，這就叫做水的臨界點(diǎn)，鍋爐之內(nèi)的壓力就是亞臨界壓力，大于這個(gè)壓力就稱為超臨界壓力。超臨界這個(gè)名詞通常出現(xiàn)在火力發(fā)電之中，其中超臨界火力發(fā)電具有明顯的節(jié)能和環(huán)境改善的效果，超臨界機(jī)組和傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，超臨界火力發(fā)電的效率更高，一年可以節(jié)約很多煤炭。未來(lái)火力發(fā)電的主力就是超臨界機(jī)組的火力發(fā)電，這種技術(shù)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的研究和運(yùn)用。

2 耐高溫材料的選擇

要想提高蒸汽機(jī)組的參數(shù)，耐高溫材料的選擇成為其中的重要因素其中，開(kāi)發(fā)耐高溫、耐壓性能較好的材料是提高超臨界機(jī)組燃點(diǎn)的重要因素之一，使其能夠適應(yīng)更高的溫度和更大的壓力，現(xiàn)在全世界關(guān)于耐高溫材料的選擇五不關(guān)乎以下三個(gè)重要方面：①大力發(fā)展和研究鐵素體的耐熱剛，其中馬氏體和貝氏體以及主缸體耐熱材料都被稱為耐熱剛。因?yàn)槟蜔徜摼哂泻軓?qiáng)的耐高溫、耐高壓性能，再加上耐熱鋼的性能十分穩(wěn)定，所以大力發(fā)展耐熱鋼成為現(xiàn)在耐高溫材料研發(fā)和發(fā)展的重要方向之一。②大力發(fā)展奧氏體耐熱型鋼材。在世界上，各個(gè)國(guó)家都在大力推廣研發(fā)以及都在全力去普及的新型耐熱、耐壓型鋼材一共有大約一下三大類：①新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼；②新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼；③高鉻鎳奧氏體鋼。綜合起來(lái)，全世界各個(gè)先進(jìn)國(guó)家都在大力推廣一下三種鋼材，由于這三種鋼材的耐熱性和耐壓型能都比較穩(wěn)定，切這三種鋼材的原料資源豐富，制造成本和制造條件要求不高，所以這三種材料被普遍應(yīng)用于耐熱和耐壓超超臨界機(jī)組鍋爐的制造和焊接。

3 超臨界鍋爐材料的應(yīng)用

在超超臨界鍋爐的鑄造和熱器的制造和用鋼的方面，不僅僅要滿足其中對(duì)用鋼材料的強(qiáng)度和柔韌性的性能，還必須要滿足其耐高溫、耐高壓以及耐腐蝕的特殊使用性能，材料還應(yīng)該有利于材料的焊接和鑄造等性能。眾所周知，幾乎所有的鐵制品都無(wú)法再將近六百攝氏度的高溫蒸汽之下過(guò)熱再使用，在這里需要使用奧氏鋼進(jìn)行零件的制造和鑄造。在這里我針對(duì)幾種常見(jiàn)的奧氏鋼以及其性能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：

第一種就是T91型耐高溫、耐高壓材料，其中T91具有十分良好的化學(xué)性能，其T91具有結(jié)構(gòu)和功能的良好的化學(xué)穩(wěn)定性，T91.型材料焊接和鑄造功能十分優(yōu)良，具有十分優(yōu)良的持久性和穩(wěn)定性。跟其他的耐高溫材料相比，T91材料的熱體導(dǎo)熱系數(shù)比較高，在持久的強(qiáng)度之中與等強(qiáng)度的其他物品的對(duì)溫度的耐熱性更高，最高可以達(dá)到六百二十?dāng)z氏度，完全可以達(dá)到超超臨界鍋爐制造的條件，并且還有利于焊接和具有耐腐蝕性的良好性能，大大增加了鍋爐的使用壽命和使用周期。

其中T9l使用的最高溫度是六百五十?dāng)z氏度左右，最佳溫度大約在六百攝氏度左右，T91這種鋼經(jīng)常使用在制造不超過(guò)六百攝氏度壁溫的過(guò)熱器以及超臨界鍋爐等重要材料的鑄造之中，而T91也可以替代超超臨界鍋爐過(guò)熱器的鑄造和焊接工藝。T91還可用于鑄造壓力容器、核電高溫承壓元件等重要材料。所以，P91這種材料通常使用在制造不超過(guò)六百攝氏度壁溫的過(guò)熱器、超臨界鍋爐的鑄造中，因?yàn)檫@種鋼材的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，所以它應(yīng)用在超臨界機(jī)組中的優(yōu)性十分顯明，具有十分顯著的應(yīng)用空間。

第二種材料就是T92新型9%Cr的馬氏體熱強(qiáng)鋼，T92作為一種新型馬氏體鋼，其熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)均優(yōu)于奧氏體。其中T92具有較好的強(qiáng)韌性、焊接等功能;其中T92具有與T91相同的蒸汽抗氧化能力。通過(guò)實(shí)際焊接試驗(yàn)，證明T92具有良好的抗裂性能，在六百五十?dāng)z氏度溫度下持續(xù)強(qiáng)度滿足多種要求。和T91材料作對(duì)比，T92材料在性能方面略占優(yōu)勢(shì)，但是T92材料的價(jià)格卻相對(duì)高昂。因?yàn)門92的性能優(yōu)良，可以代替T91H材料在電站鍋爐的過(guò)熱器以及再熱器中的應(yīng)用，通過(guò)提高其使用性能，可以減少與各種鋼材的連接，其實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。如果在亞超超臨界鍋爐中采用T92新材料，可以替代T91厚壁管。綜上所述，P92新材料通常用于苛刻的蒸汽工況，主要用于集汽箱和蒸汽管道。

P 92新型材料是現(xiàn)在已經(jīng)存在的鍋爐的使用最高的溫度溫度區(qū)以及超臨界壓力鍋爐管子的使用鋼，這種鋼勢(shì)一定會(huì)廣泛的應(yīng)用在主蒸汽和再熱蒸汽管道上，因?yàn)槠銽92新型鋼材造價(jià)過(guò)高，所以這種鋼材不能使用于超超臨界鍋爐等大型耐高溫、耐高壓材料的鑄造之中。

第三種鋼材就是Super304H氧化新型鋼材，因?yàn)檫@種鋼材之中含有大量的氮，氮具有固溶增強(qiáng)等特殊的化學(xué)性質(zhì)。新型超304h18cr-8ni不銹鋼具有較高的強(qiáng)度水平，新型鋼具有類似的塑性TP347H；在十萬(wàn)小時(shí)地六百五十?dāng)z氏度地高溫之下持久強(qiáng)度推數(shù)值約為128Pa。最重要的是，Super304H具有良好的焊接性，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐蒸汽，耐高溫腐蝕，所以這種新型鋼材具有十分強(qiáng)大的發(fā)展前景！在六百五十?dāng)z氏度的高溫之下，這種鋼才得應(yīng)用前景緣緣高于TP304H的運(yùn)用，高于48%的TP347H，高于2b的TP347HFG，略高于5%的HR3C。我們只觀察到，uper304H和TP347HFG的化學(xué)性能在抗氧化和耐腐蝕方面非常相似，但這種新型鋼的綜合性價(jià)比等方面略有優(yōu)勢(shì)。由于Super304HC是在最高溫度為70℃左右使用的，所以常用于超臨界鍋爐過(guò)熱器和再熱器。由于其卓越的性能，無(wú)論是在可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面，這種新型鋼材都被使用在屬于以后超超臨界機(jī)組鍋爐中的過(guò)熱器與再熱器非常重要的首選材料，因?yàn)槠淞己玫幕瘜W(xué)性能和物理性能，所以這種新型鋼材可能具有十分良好的發(fā)展和開(kāi)發(fā)前景！

第四種鋼材就是HR3C新型鋼材，該新型鋼采用25cr-20ni型奧氏體耐熱鋼，結(jié)合TP310H和TP310Cb的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。其主要成分為0.1c-25cr-20ni-nb-n。因?yàn)樵贖R3C添加了許多CrNi更Nb和N,它的抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)不銹鋼18 8高鎳、鉻——它也比持久TP310和傳統(tǒng)的容許應(yīng)力和強(qiáng)度不銹鋼18 8高鎳鉻-高溫耐蝕性也明顯比8鎳鉻-18和19鎳鉻-11很好,其性能也很好,蒸汽的油炸聯(lián)合也可以滿足規(guī)范要求。條件下的臨界壓力參數(shù),HR3C通常用于制造循環(huán)流和大型發(fā)電鍋爐過(guò)熱器的溫度超過(guò)700℃,然后,屏式過(guò)熱器和各種耐高壓、耐高溫、耐硫、氯和其他環(huán)境腐蝕管道的阻力。這種由HR3C新型改良的鋼材具有很多優(yōu)良鋼材的特點(diǎn)。在鑄造的過(guò)程之中，由于加入了N和Nb,使得這種鋼材在耐熱性和耐腐蝕性方面有著出色的表現(xiàn)，這種剛才在超超臨界金屬材料的制作之中也有廣泛的應(yīng)用，有著光大的發(fā)展前景。

4 結(jié)語(yǔ)

超超臨界機(jī)組的發(fā)點(diǎn)技術(shù)是目前為止世界上最有前途的清潔發(fā)點(diǎn)技術(shù)之一，因?yàn)槌R界機(jī)組發(fā)點(diǎn)需要其發(fā)點(diǎn)機(jī)器具有很強(qiáng)的耐熱性和耐腐蝕性，以及嚴(yán)格的蒸汽參數(shù)等條件，使得其中制造鍋爐的一些關(guān)鍵性的發(fā)電部件有著很高的物理和化學(xué)方面的物理性質(zhì)的需求！

因此，根據(jù)這些特殊的需求，我們要合理分析其中的需求關(guān)系，不斷發(fā)現(xiàn)和尋找更加適用的鋼材材料；新型鋼材材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明還處于剛剛起步的新型階段，我們需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)造，發(fā)現(xiàn)和解決其中的重要問(wèn)題，從而推動(dòng)超超臨界機(jī)組發(fā)電的長(zhǎng)期有效運(yùn)行！