第五讲超临界机组金属材料..ppt

五、超临界机组的金属材料 一、超临界机组材料的发展 二、国内的材料技术基础 三、国外超临界机组材料问题 四、超临界机组用钢国家战略计划 五、超超临界机组选材分析 六、发展前景 一、超临界机组材料的发展 大力发展超临界机组是优化我国电源结构和实现节能减排战略目标的重要措施之一。技术瓶颈是锅炉钢、叶片钢、转子钢等高端耐热钢制造技术。 1.材料技术在超临界发电技术中的作用 国际上超超临界机组温度参数多在566℃－620℃间，压力分为25MPa，27MPa，30.31MPa三个级别。 锅炉钢 高温强度 对于主蒸汽管道、过热器、再热器管、联箱、水冷壁等材料都必须有高温持久强度。 高温腐蚀 烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素，当金属温度提高，烟气腐蚀将大幅度上升。 蒸汽侧的氧化 运行温度的提高加剧了过热器、再热器、联箱、管道等蒸汽通流部件的蒸汽侧氧化，导致三种后果。 氧化层的绝热作用引起金属超温 氧化层的剥落在弯头等处堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏 剥落的氧化物颗粒对汽轮机前级叶片的冲蚀 热疲劳性能 由于机组启停、变负荷和煤质波动引起的热应力，对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件有重要影响。材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，所以应该在保证强度的前提下尽可能选择热导率高的和热膨胀系数低的铁素体耐热钢。 汽机钢 转子、叶片以及其它旋转部件承受巨大的离心力，运行参数的提高对耐热钢的热强性能提出了更高的要求，而汽缸、阀门等由于温度和压力的提高也需要更好的热强性能，高温紧固件需要有更高的拉伸屈服强度和蠕变松弛强度、在蒸汽环境下的抗应力腐蚀能力以及足够的韧性、塑性以及避免蠕变裂纹的形成。 厚壁部件用钢 机组的启停、变负荷与煤质的波动要求厚壁部件如转子、缸体、阀门材料有低的热疲劳和蠕变疲劳敏感性。 对再热蒸汽温度高于593℃的低压转子还必须考虑材料在该温度范围内的回火脆性。 2.低合金钢（1-3％Cr）的发展 含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大干27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。 （铁素体耐热钢，低的热膨胀系数和高的热导率）低合金钢在火电厂锅炉中作为压力部件得到了大量应用，特别是过热器、再热器的低温区域以及水冷壁，在联箱和管道中应用也比较普遍。 关键的性能要求包括： 1）450℃以下良好的抗拉强度（120MPa）； 2）550℃以下的持久强度； 3）无需焊后热处理的优异焊接性能； 4）良好的蒸汽氧化性能； 5）通过堆焊或喷涂获得优异的抗烟气腐蚀性能。 长期以来这类钢中的主力钢种包括锅炉材料P11、P22以及12Cr1MoV等和汽轮机材料1CrMoV。 住友金属开发了T/P23，通过在T22基础成分中以W取代部分Mo并添加铌 Nb、V提高蠕变强度，降低了C提高焊接性能，同时加入微量B提高淬透性以获得完全的贝氏体组织。 欧洲开发了T24/P24，其合金化特点是通过V、Ti、B的多元微合金化提高蠕变性能。T23在550℃的许用应力接近T91，600℃的蠕变强度比T22高93%，T24的高温强度还要略高一些。这两种钢具有优异的焊接性能，无需焊后热处理即可将接头硬度控制在350-360HV10以下，因此适合作为超超临界机组的水冷壁材料，也可取代10CrMo910、12Cr1MoV等材料作为亚临界机组的高温管道和联箱，降低壁厚。 3.马氏体钢的发展 9-12％Cr马氏体钢是电厂中重要的一类材料，用于锅炉和汽轮机的许多部件，包括锅炉管、联箱、管道、转子、汽缸等。 对于锅炉用9-12％Cr钢，主要的要求包括蠕变强度和运行温度下的组织稳定性、高的AC1温度、良好的焊接性能和低的IV型裂纹敏感性、抗蒸汽氧化能力、疲劳性能等。 T91/P91钢是美国在80年代开发的一种综合性能优异的9%Cr钢，目前在我国的亚临界和超临界机组中得到了广泛的应用。在P91的基础上通过以W取代部分Mo获得了T/P92和E911（T/P911）两种新型钢种。在12%Cr钢中通过相同的合金化思想开发了P122，只是为了避免出现δ铁素体，其中还加入了1%Cu。这三种钢高温强度比P91都有不同程度的提高，是目前阶段的超超临界机组（蒸汽温度620℃）的联箱和高温蒸汽管道的主要材料。下一代的9-12％