程世长__我国高端锅炉耐热钢和合金的发展趋势

1我国高端锅炉耐热钢和合金的发展趋势程世长刘正东包汉生钢铁研究总院2010-11-28温州2目录1.序言2.我国高端锅炉耐热钢的应用情况3.我国高端锅炉耐热钢国产化进展4.我国高端锅炉耐热钢及合金的发展趋势3△火电是我国发电的主体。△未来10年，我国发电的主力仍然是火电。△高端锅炉耐热钢和合金是USC机组中的关键材料。表1火电装机容量和发电量发电装机总容量火电装机容量总发电量火电发电量2009年8.7407亿kW6.5205亿kW（74.6%）35964亿kWh29867亿kWh（83.05%）2010年9.5亿kW(预测）7.0亿kW（73.7%）2020年16亿kW（预测）10.5亿kW（65.6%）1.序言42.我国高端锅炉耐热钢的应用状况表2超临界和超超临界锅炉主要部件用钢部件名称566℃/566℃级600℃/600℃级主蒸汽管道P91P92末级过热器12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347HT23、T91、T92、S30432、TP310HNbN末级过热器集箱12Cr1MoVG、P12、P91P12、P91末级再热器12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347HT23、T91、T92、S30432、TP310HNbN末级再热器集箱P11、P12、P9112Cr1MoVG、P91、P92水冷壁上部T2、15CrMoG、T23T2、15CrMoG、T23水冷壁下部T2、15CrMoGT2、15CrMoG、T23水冷壁集箱106C、P12106C、P12、12Cr1MoVG5表3超/超临界锅炉主要部件用钢钢的种类钢号标准编号适用范围用途工作压力（MPa）壁温（℃）集箱、蒸汽管道≤56512Cr2MoWVTiBGB5310受热面管子不限≤600[注3]12Cr3MoVSiTiB不限07Cr2MoW2VNbBGB5310受热面管子不限≤600集箱、蒸汽管道不限≤57515Ni1MnMoNbCuGB5310集箱、蒸汽管道不限≤450不限10Cr9Mo1VNbNGB5310受热面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤62010Cr9MoW2VNbBNGB5310受热面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤63010Cr11MoW2VNbCu1BNGB5310受热面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤63011Cr9Mo1W1VNbBNGB5310受热面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤630不锈钢07Cr19Ni10GB5310受热面管子不限≤65010Cr18Ni9NbCu3BNGB5310受热面管子不限≤70007Cr25Ni21NbNGB5310受热面管子不限≤70007Cr19Ni11TiGB5310受热面管子不限≤65007Cr18Ni11NbGB5310受热面管子不限≤65008Cr18Ni11NbFGGB5310受热面管子不限≤6506表4四大管道的选材7GB5310-2008代号ASMEASTM12Cr2MoWVTiBG102――07Cr2MoW2VNbBT/P23HCM2SCC2199K4071210Cr9Mo1VNbNT/P91HCM9SK9090110Cr9MoW2VNbBNT/P92NF616CC2179K9246010Cr11MoW2VNbCu1BNT/P122HCM12ACC2180K9127107Cr18Ni11NbTP347HCC21963470908Cr18Ni11NbFGTP347HFGCC21593471010Cr18Ni9NbCu3BNSuper304HCC23283043207Cr25Ni21NbNHR3CCC211531042表5我国目前USC机组用耐热钢钢号83.高端锅炉耐热钢国产化进展△火电高端耐热钢国产化历经20年（1990年-2010年）△火电高端耐热钢国产化由电力、钢铁、机械三大行业共同合作完成△火电高端耐热钢国产化是在陆燕荪副部长、陆元昌副部长、徐英男主任、杨富主任及三大行业各方主管领导的指导和大力支持下进行的△三大行业的科研院校、钢厂、钢管厂、锅炉厂、电厂几十家企业共同合作，完成了研制：（1）钢的成分优化研究（2）热处理制度对组织和性能影响的研究（3）马氏体钢中δ-铁素体成因及对性能影响的研究9（4）高温长时时效过程中组织演变及对力学性能影响的研究（5）钢的失效机理和强化机理的研究（6）冶金工艺、热加工工业和制管工艺的研究（7）焊接性能和焊接工艺的研究（8）抗高温蒸汽腐蚀和灰腐蚀性能的研究（9）钢管喷丸工艺及性能研究（10）钢管低周疲劳性能的研究（11）电厂钢管使用后性能检测和组织演变的研究（12）电厂钢管服役寿命预测研究（1）T/P23钢管供应企业：△T23热轧管：宝钢△T23冷轧管：宝钢上海钢管厂、诚德钢管厂、宜兴钢管厂、武进钢管厂、华新丽华钢管厂、久立钢管厂、常宝钢管厂、长城钢厂△P23冷轧管：诚德钢管厂、天津钢管厂、成都钢管厂10国产化后钢管供应能力：（2）T/P91钢管供应企业：△T91热轧管：宝钢△T91冷轧管：上海钢管厂、诚德钢管厂、宜兴钢管厂、武进钢管厂、华新丽华钢管厂、久立钢管厂、常宝钢管厂、长城钢厂△P91钢管：诚德钢管厂、北方重工集团、武汉重工集团、宏润集团、天津钢管厂、成钢钢管厂、齐齐哈尔北方机器有限公司△P91弯头、三通、变截面钢管：北京国电富通公司、天津金鼎公司、阜新电力修造厂11（3）T/P92钢管供应企业：△T92热轧管：宝钢△T92冷轧管：上海钢管厂、诚德钢管厂、宜兴钢管厂、武进钢管厂、久立钢管厂△P92钢管：诚德钢管厂、北方重工集团、武汉重工集团、宏润集团△P92弯头、三通、变截面钢管：北京国电富通公司、天津金鼎公司、阜新电力修造厂12（4）TP347H和TP347HFG钢管供应企业：宝钢、宜兴钢管厂、武进钢管厂、久立钢管厂、长城钢厂、太钢（5）Super304H钢管供应企业：宝钢、宜兴钢管厂、武进钢管厂、久立钢管厂、华兴丽华钢管厂、长城钢厂、太钢（6）HR3C钢管供应企业：久立钢管厂、太钢具备供坯单位：宝钢、长城钢厂、太钢13国产化的成果：（1）国产化保证了中国电力高速发展的建设进度：近几年，中国每年以1亿kW递增，国外钢管供应不上，依靠国产钢管保证。（2）国产化成功后使钢管价格大幅度下降：T91、Super304H、HR3C钢管国产化后价格下降一半，其它钢管也大幅度下降。（3）国产化的成功促进了民族工业的提升和迅猛发展，打破了国外垄断局面，振奋了民族精神，提升了研发能力、企业装备生产线和产品水平，造就了高水平的科研和生产队伍。144.我国高端锅炉耐热钢及合金的发展趋势4.1根据USC机组参数讨论发展趋势表6根据USC机组参数选材（预测）15机组参数（预测）主蒸汽管，集箱用材过热器，再热器用材26MPa，600/600℃T/P91、T/P92、P122TP347H、TP347HFG、Super304H、HR3C28MPa，625/625℃T/P92、VM12、NF12、SAVE12、MARBN、G112、G115TP347HFG、Super304H、HR3C、XA704、NF70928MPa，650/650℃NF12、SAVE12、MARBN、G112、G115HR6W、HR35、Sanicro25、GH2984、G110、SAVE25、18Cr-30Ni-3Nb35MPa，700/700℃HR6W、HR35、Sanicro25、GH2984、G110In-740、In-617、Nimonic263、In-625、Haynes230（1）28MPa、600℃/600℃参数机组:根据目前玉环、邹县等近50台USC机组的建造和近四年的运行情况，以上选材料的钢管使用，总体情况良好，因此，该机组选材是合适的。（2）28MPa、625℃/625℃参数机组:在26MPa、600℃/600℃USC参数机组运行平稳的基础上有可能把机组参数提升到28MPa，625℃/625℃，从目前材料情况也是可能的，主蒸汽管道和集箱材料采用P92，过热器和再热器采用Super304H，HR3C和NF709，而SAVE25钢无业绩，至今未纳入ASME，缺少持久强度数据。16表7主蒸汽管道和集箱选材持久强度（105h，MPa）对比17标准试验温度P91P911P122P92VM12SHCSAVE12GB5310-2008620℃737198107――630℃63―8695――625℃6892101――ASMECodeCase621℃69.3CC2327-175CC-2180-492.1CC2179-6――649℃―46.561.1――625℃62.470.987.7～60100～110表8马氏体耐热钢性能对比18P92(0.10C-9Cr-1.8W-MoVNbNB)625℃持久强度基本满足要求，抗蒸汽腐蚀性能处于临界状态，可以作为一个方案。VM12SHC（欧洲）(0.12C-11.5Cr-1.5W-1.5Co-MoVNbNB)625℃小管持久强度105h约70MPa（有2万h数据），大管（φ406×35）约60MPa，与P911钢水平相当，抗蒸汽腐蚀性能优于P92。NF12（欧洲）(0.08C-11Cr-2.6W-2.5Co-MoVNbNB)抗蒸汽腐蚀性能优于P92。仅有650℃持久曲线，1万小时后强度低于P92，650℃，1000hr后持久强度迅速下降。SAVE12（日本）(0.10C-11Cr-3W-3Co-VNbN-Ta-Nd)抗蒸汽腐蚀性能优于P92。105h持久强度，625℃约115MPa，650℃约75MPa，曲线表明，＞5000hr后与P92持平，Nd是有害元素，Ta昂贵。MARBN（日本）（0.08C-9Cr-3W-3Co-VNbN-0.014B）缺625℃持久强度。650105hr达80MPa，已试制管φ470×65mm。G112（中国）11Cr-3W-3Co类型缺625℃持久强度。钢管650℃，120MPa，持久试验，＞7000hr，高于T/P92钢，有希望达到MARBN钢水平，抗蒸汽腐蚀性能优于P92。19图1CreeprupturestrengthofpipingteststeelsNF12,SAVE12andVM12asafunctionoftesttimeat650℃incomparisontothebehaviourofthe9%CrpipingsteelP92.20图2CreeprupturedataforthepresentMARBNsteelscomparedwithP92,T91,NF12andSAVE12steelsat650℃.21图39Cr-3W-3Co-0.2V-0.05Nb-0.08CsteelwithdifferentboronbutnonitrogenadditionEffectoffinedistributionofM23C6carbidesalongboundaries表9奥氏体耐热钢700℃105h持久强度对比22标准试验温度TP347HFGSuper304HHR3CXA704NF709SAVE25G110GB5310-2008700℃597162――～90～100ASMECodeCase675℃91.65CC2328-194.9CC2475100.65CC2581677℃75.5CC2159-278.60CC2115-3――704℃55.9―58.95――――700℃58.870。3561.8674.5583.25――表10奥氏体耐热钢蒸汽腐蚀性能对比23钢号TP347HEGSuper304HXA704NF709HR3C615℃蒸汽腐蚀25µm67µm-28µm（20Cr）9µm569℃蒸汽腐蚀20µm25µm14—36µm18µm(23Cr)-650℃蒸汽腐蚀-86mg/cm2-17mg/cm2(20Cr)17mg/cm2注：①615℃试验：美国EddystoneNo.1Boiler，蒸汽温度615℃（SH），蒸汽压力35.1MPa，试验时间75075hr。②569℃试验