超臨界機組材料-重點

1、超臨界機組（6）2022/8/151材料566 新型不銹鋼580 P91600610 P92、P911620 P122630-650 NF12 SAVE122022/8/152水冷壁焊接性能不需要焊后熱處理, 有很好的高溫強度蠕變強度壓力/溫度提高抗腐蝕性能煤中硫的腐蝕13CrMo44焊接性能符合要求，強度稍低T 23 （HCM2S)T 24 （7CrMoVTiB10 10）HCM12 強度最高、加工難度大。2022/8/153聯(lián)箱與管道熱疲勞性能盡可能選用鐵素體鋼低線漲系數(shù)/高溫蠕變強度/抗蒸汽氧化能力P91：國產(chǎn)化P92：600許用應(yīng)力比T91高34，用作620以下鍋爐厚壁部件E911：歐

2、洲新鋼種，高溫強度略低于P92，不易發(fā)生脆變P122：600-650蠕變性能與T/P92接近，抗蒸汽氧化和煙氣腐蝕優(yōu)于T/P92，適合620以下的厚壁部件 2022/8/154末級過熱器、再熱器TP347HFG： 將TP347H晶粒細化，提高了抗蒸汽氧化能力及蠕變強度。Super 304： 600-650的許用應(yīng)力比TP347H高30%HR3C 25Cr20NiNbN（TP310NbN）：抗煙氣腐蝕和蒸汽氧化性能好2022/8/155高中壓轉(zhuǎn)子 采用COST 501E（10Cr1MoWVNbV）、 501F （10Cr1MoVNbN），最高蒸汽溫度610 12Cr-MoVNbN系列（TMK1、

3、TOS101）用于593改良12Cr是在12Cr基礎(chǔ)上添加W即12Cr-MoVNbWN系列（包括 TR1150(TMK2)和TR1200）用于620新12Cr即12Cr-MoVNbWCoB系列（包括HR1200、TOS110等）用于630-6502022/8/156高中壓汽缸與閥體采用G-X12CrMoWVNbN 1011和G-X12CrMoWVNbN91，可在600應(yīng)用 TF1、9.5Cr1MoVNbN（TOS 301）更高溫度使用9.5Cr0.5Mo2WVNbN（TOS 302）9.5Cr0.5Mo2WVNbNB3.0Co（TOS 303）2022/8/157高溫動葉新12Cr鋼 改良12

4、Cr鋼 12CrMoVNbN鋼 11CrWVNbNReCo M-252 R26 Nimonic 90 Inconel 718 2022/8/158不同鋼種最小壁厚的比較593.3 C320 barX2012CrMoVNbt = 75mmP222Cr1Mot = 123mmt = 21.5mmNF12P919Cr1MoNbV200mm Dia.t = 45mmP92(NF616)t = 34mmt = 36mmP122HCM12A2022/8/1592022/8/15102022/8/15112022/8/15122022/8/1513 材料高溫蠕變強度2022/8/15142022/8/151

5、5(1) 需要耐高溫、抗蠕變、高強度金屬材料,高蒸汽參數(shù)部件采用9%Cr、12%Cr新材料。蒸汽溫度為580600時，采用新鋼材。(2) 化學水處理：高參數(shù)工質(zhì)的熱力動力特性使水管內(nèi)部氧化層增厚速度加快，管道溫度升高，壓降增大。采用氧化處理調(diào)整給水含氧量；加強給水質(zhì)量監(jiān)督；凝結(jié)水必須精處理。(3) 鍋爐水冷壁的變壓運行技術(shù)。成熟的技術(shù)是螺旋管，日本有8臺采用內(nèi)螺紋管垂直管屏的鍋爐投入運行。 4.1 超臨界機組的關(guān)鍵技術(shù) 16 4.2 汽輪機中壓主要部件材料（ABB）bar/180/540/540 240/600/599 300/600/600外缸 2.25%CrMo 2.25%CrMo 1%C

6、rMoV 內(nèi)缸 1%CrMo 1%CrMo 9%CrMoVNbN轉(zhuǎn)子 1%CrMoV 10%CrMoVNbN10%CrMoVNbN內(nèi)螺栓 11%CrMoVNbN 11%CrMoVNbN11%CrMoVNbN熱屏蔽 9%CrMoVNbN 主汽閥 1%CrMoV 9% CrMoVNbN9%CrMoVNbN環(huán)形管 2.25%CrMo 9%CrMoVNbN9%CrMoVNbN 17 4.3 汽輪機高壓主要部件材料（ABB）bar/180/540/540 240/600/599 300/600/600外缸 2.25%CrMo 2.25%CrMo 2.25%CrMo 內(nèi)缸 1%CrMo 1%CrMoV 1

7、0%CrMoVNbN轉(zhuǎn)子 1%CrMoV 1%CrMoV 10%CrMoVNbN內(nèi)螺栓 11%CrMoVNbN 11%CrMoVNbN Nimonic80A噴嘴套 1%CrMoV 11%CrMoVNbN 11%CrMoVNbN主汽閥 1%CrMoV 9%CrMoVNbN9%CrMoVNbN環(huán)形管 2.25%CrMo 9%CrMoVNbN9%CrMoVNbN注：Nimonic80A為鎳基合金 184.4 鍋爐主要部件材料(史密斯穆勒公司)蒸汽參數(shù) 250/540/58/540 290/582/80/580/23/580 305/582/74/600水冷壁 13CrMo44 13CrMo44 13

8、CrMo44 過熱器 X20CrMoV121P91 P92一次再熱器X20CrMoV121P91 P92二次再熱器 P91主蒸汽管X20CrMoV121 TPFG347H TPFG347H一次再熱管X20CrMoV121 TPFG347H TPFG347H二次再熱管 TPFG347H194.5 600MW鍋爐金屬材料受熱面管子材料允許溫度螺旋管圈水冷壁垂直管屏水冷壁屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器低溫再熱器省煤器13CrMo44（15CrMo）15Mo3（16Mo）10CrMo910（12Cr2Mo）X20CrMoV121X20CrMoV121X8CrNiNb16B(1Cr19Ni11Nb)10

9、CrMo91015NiCuMoNb5560530580630-650630-650650580500204.6 800MW鍋爐金屬材料21 4.7 采用新材料的考慮(橘灣1050MW機組) 由IHI公司為橘灣電站提供的1號機組蒸汽參數(shù)為25.88MPa/605/4.61MPa/613，該機組采用了大量高強度、耐高溫、抗蠕變、抗氧化、耐腐蝕性能強的新材料，降低了汽水分離器、過熱器、再熱器等管材的壁厚，減小了熱應(yīng)力，提高了鍋爐對負荷變化的跟蹤性能。 汽水分離器采用SBV62(SBV2mod)。過熱器、再熱器采用18Cr10NiTiNb、 18Cr9Ni3CuNbN。 溫度超過600時，若采用奧氏體

10、不銹鋼TP347，壁厚將超過11mm；若采用25Cr20NiNbN或20Cr25NbNTiB，可使壁厚減少到8.4mm。 222022/8/1523每噸管子的成本1,000英鎊k0.55k0.9k1.9k2.5k5.5k30.k50.0102030405060C Mn SteelT22 2Cr 1MoHCM2SP91316In 625In 617鐵素體奧氏體鎳基合金2022/8/1524 4.8 超臨界機組金屬材料主要決定于參數(shù)由亞臨界參數(shù)提高到超臨界參數(shù)，當蒸汽溫度限制在545以下時，受影響的部件主要是鍋爐的水冷壁，汽輪機與亞臨界參數(shù)機組基本相同；當蒸汽溫度提高到580，主蒸汽壓力提高到28

11、MPa以上時，鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器、聯(lián)箱、蒸汽管道、汽輪機高壓缸和第一、二級葉片、噴嘴、主汽門等必須采用新金屬材料。254.9 材料與蒸汽參數(shù)及熱效率的關(guān)系 25.0MPa 27.0 30.0 31.5 35.0 540/585 585/600 600/620 620/620 700/720264.10 耐高溫鐵素體鋼適用范圍565X12CrMo91(T9)美 X20CrMoV121(F12)德 (轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓) X16CrMoVNbN92(H46)英 (轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓)X10CrMoVNbN92(EM12)法X22CrMoWV121(AISI422)美X13CrMoV

12、NbN101(FV488)英 (葉片、螺栓)X19CrMoVNbN111(56T5)法 (葉片、螺栓)11CrMoVNbN(GE)美 (轉(zhuǎn)子)12CrMoWVNbB(TAF)日本 (葉片、螺栓)274.11 新開發(fā)的耐高溫鐵素體鋼適用范圍6009CrMoWNbV(NF616)日11CrMoWCuNbVB(NF12)日11CrWCuNiMoNbV(HCM12A)日.歐10MoWCuMoVNbTa (SAVE12)日X10CrMoVNb91(T91)美X18CrMoVNbB91歐洲X12CrMoWVNbN1011歐洲X20CrMoVNb121歐洲284.12 奧氏體鋼適用范圍60065025Cr2

13、0NiNbN(HR3C火SUS310J1HTB),65027Cr30NiNbCo(AC66)，65020CrNiNb(合金)，65020Cr25NiNbNTiB(NF709)，650X12CrNiWTi1613， 650X6CrNiMo1713(TP316H)， 65018Cr10NiNb(火SUSTP347HTB)，60018Cr10NiTiNb(火SUS321J1HTB)，60018Cr9NiCuNbN (火SUS304J1HTB)，600294.13 金屬和非金屬元素的性質(zhì) Cr：鉻ge，防銹，強度高，韌性大，耐磨，耐腐蝕。Mo：鉬mu，強度高，耐熱。V：釩fan，在常溫中不易氧化。Ni

14、：鎳nie ，硬度高，堅韌，強度高，有朔性，耐溫、耐蝕。Ti：鈦tai，堅韌性，耐高溫。Nb：鈮ni，延展性，耐磨，硬度高，耐熱。W：鎢wu，堅硬，堅韌，耐高溫，高溫下硬度和形狀不變。Cu：銅tong，導熱性，延展性。Co：鈷gu，超耐熱。Ta：鉭tan，延展性，抗酸，抗堿。N：氮dan，惰性元素。B：硼peng，耐磨，熱穩(wěn)定性高。304.14 新材料的開發(fā)+W +W,CuNF616 HCM124STBA28+V,Nb STBA24SUS304+Cu,N,-TiSUS321J1HSUSTP347HSUS310J1+Cr,Ni,Nb,N+Nb,-Ti+NbSUS321H改良型912%r鐵素體材料

15、奧氏體材料9CrMoVNb31 4.15 水冷壁金屬壁溫與材料的關(guān)系32 4.16 水冷壁金屬材料蒸汽參數(shù)為（2425MPa）/540/（540560）的超臨界機組鍋爐水冷壁金屬材料采用鐵素體鋼13CrMo44，適用溫度為450 460 ，不需要焊后熱處理。 蒸汽參數(shù)為（28MPa）/580/（580）的超臨界機組鍋爐水冷壁金屬材料采用馬氏體鋼T91（9%Cr）和HCM12（ 12%Cr），這兩種鋼不需要焊后熱處理， HCM12比T91的耐高溫、抗腐蝕性能更強。HCM2S的高溫抗蠕變強度高于低鉻鐵素體鋼，可焊性好，焊后不需要熱處理，列為SA213-T23。33 4.17 汽水分離器的金屬材料汽

16、水分離器是超臨界直流鍋爐的厚壁元件，主要承受低周疲勞應(yīng)力。機組啟動過程中負荷變化率越大，汽水分離器承受的應(yīng)力也越大。蒸汽參數(shù)為25MPa/540/ 540時，汽水分離器采用15NiCuMoNb5、X20CrMoV121（F12）。蒸汽參數(shù)為28MPa/580/ 580時，汽水分離器采用的金屬材料為P91， 與X20CrMoV121相比， P91的強度更高，可減小壁厚，提高鍋爐的變負荷性能。34 4.18 過熱器的金屬材料蒸汽參數(shù)為24MPa 26MPa/540/540的超臨界機組鍋爐過熱器，過熱器采用的金屬材料在日本為TP321H、18Cr10NiTi、TP347H、18Cr10NiNb 。在

17、德國為13CrMo44、10CrMo910、X20CrMoV121（F12）。蒸汽參數(shù)為28MPa/580/580的超臨界機組鍋爐過熱器，過熱器采用的金屬材料為HCM12和奧氏體鋼。在600 / 600汽溫下，管壁溫度達到650 670，應(yīng)選奧氏體鋼TP347H、 TP347HFG、Super340H，部分高溫段管子用2025Cr奧氏體鋼HR3C、 NF709，奧氏體鋼的熱疲勞性能不高，對于小管徑薄壁的管束問題不大。SUS310JITB(25%Cr)：用于汽溫為600的過熱器和再熱器管束。35 4.19 高溫過熱器出口聯(lián)箱的金屬材料高溫過熱器出口聯(lián)箱既承受低周疲勞應(yīng)力，又承受高溫蠕變應(yīng)力。在啟動過程和高負荷運行中都承受較大的應(yīng)力。蒸汽參數(shù)2426MPa/540