1000MW超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制現(xiàn)狀ppt課件

1、 1000MW超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制現(xiàn)狀與發(fā)展 主要內(nèi)容二、二、超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制一、一、一、超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀一、超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 1 1、火電機(jī)組用鋼比例、火電機(jī)組用鋼比例大型大型中型中型小型小型中厚板中厚板薄板薄板硅鋼板硅鋼板優(yōu)鋼優(yōu)鋼無縫鋼無縫鋼焊管焊管其它其它02040608010012040.9921.15.610.222.907.195.416.92.530%2%7%32%2%7%14%1%5%大型中型小型中厚板薄板硅鋼板優(yōu)鋼無縫管焊管

2、其它2、火電機(jī)組用管比例、火電機(jī)組用管比例發(fā)電設(shè)備用鋼管的平均定額約為發(fā)電設(shè)備用鋼管的平均定額約為9090噸噸/ /萬千瓦，合金比萬千瓦，合金比60-70%60-70%，其中：，其中： 31 311461463 320mm 20mm 159 159245245101030mm30mm 273 2737117112020130mm130mm 720 720106610662020100mm100mm特殊管特殊管65噸噸18噸4噸3噸5噸超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 3、高溫材料研究的重點(diǎn)、高溫材料研究的重點(diǎn)高溫過熱器、再熱高溫過熱器、再熱器、水冷壁用鋼

3、管器、水冷壁用鋼管成為關(guān)鍵材料。成為關(guān)鍵材料。低溫再熱器低溫再熱器螺旋水冷壁管螺旋水冷壁管省煤器省煤器低溫過熱器低溫過熱器高溫再熱器高溫再熱器末級(jí)過熱器末級(jí)過熱器屏式過熱器屏式過熱器來自高壓缸來自高壓缸中壓缸中壓缸高壓缸高壓缸高高壓壓加加熱熱器器超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 4 4、火力發(fā)電機(jī)組對(duì)高溫材料的要求、火力發(fā)電機(jī)組對(duì)高溫材料的要求（1室溫綜合力學(xué)性能（2高溫持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度（3抗氧化、抗腐蝕性能（4組織穩(wěn)定性（5加工性能和焊接性能超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 5 5、高溫材料中主要合金的作用、高

4、溫材料中主要合金的作用5.1 5.1 鐵素體耐熱鋼中主要合金作用鐵素體耐熱鋼中主要合金作用 碳C）：形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度。但含碳量增加會(huì)降低高溫蠕變強(qiáng)度，也會(huì)使焊接性能惡化，因此，一般珠光體耐熱鋼中碳含 量均小于0.25%。 鉬Mo）：固溶強(qiáng)化。 Mo是珠光體耐熱鋼中強(qiáng)化鐵素體的最主要元素，當(dāng)含量在0.51.0時(shí)，顯著提高珠光體耐熱鋼的蠕變抗力，當(dāng)含量大于1.5% 時(shí)，作用減弱，因此，珠光體耐熱鋼Mo含量一般都在1.5%以下。單純加Mo的珠光體耐熱鋼如15Mo），在高溫長(zhǎng)期工作下有石墨化傾向，使鋼的強(qiáng)度急劇降低，因此，目前在珠光體耐熱鋼中還加入Cr、V等元素以防止石墨化。 鉻Cr）：提高抗

5、氧化性。形成M23C6主要元素在含Mo的鋼中加入0.7%Cr，可以阻止碳化物分解成石墨，因此，單純的Mo鋼發(fā)展成CrMo鋼系，如15CrMo、20CrMo等。當(dāng)Cr含量加入到11.5%時(shí)，鋼的蠕變強(qiáng)度最高。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 釩V）：形成MX。在鋼中加入0.20.3%V，可以阻止碳化物的石墨化傾向。V的加入可提高鋼的蠕變強(qiáng)度。另外V形成碳化物的能力比Mo強(qiáng)，因此，加入V后，可把鋼中的Mo部分或全部地從碳化物相中排擠出去，而使Mo 進(jìn)入到鐵素體中提高鐵素體的熱強(qiáng)性。加V的珠光體耐熱鋼，碳化物均呈細(xì)片狀，穩(wěn)定而不易聚合，所以能起到彌散強(qiáng)化作用。

6、根據(jù)這一原理，珠光體耐熱鋼從CrMo鋼系進(jìn)一步發(fā)展到CrMoV系。如12CrMoV、12Cr1MoV等。 鎢W）：固溶強(qiáng)化。延緩M23C6組化。W或Mo一樣，加入的目的是強(qiáng)化鐵素體，但其效果是Mo的一半，通常把W作為1/2Mo當(dāng)量來看待。 硼B(yǎng)）：穩(wěn)定M23C6延緩其粗化。B提高蠕變強(qiáng)度及淬透性，強(qiáng)化晶界，穩(wěn)定M23C6顆粒，并延緩其粗化。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 5.2 5.2 奧氏體耐熱鋼中主要合金作用奧氏體耐熱鋼中主要合金作用 C：主要元素決定性作用），提高鋼的強(qiáng)度；降低晶體間抗腐蝕性能，降低耐蝕性。 Cr：提高鋼的機(jī)械性能，增加鋼的淬火度

7、及淬火后的變 形能力，增強(qiáng)鋼的硬度、彈性、耐蝕性和耐熱性。 Ni：穩(wěn)定奧氏體相，提高鋼的韌性、抗腐蝕性，細(xì)化晶 粒，提高淬透性等。 N：形成氮化物沉淀相，提高鋼的抗蠕變性能。 V：形成VN，在鋼服役過程中轉(zhuǎn)變?yōu)閆相(CrVN)，提高 蠕變強(qiáng)度；促進(jìn)鐵素體生成。 Nb：形成NbN，服役過程中出現(xiàn)CrNbN相，細(xì)化晶粒， 降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的熱強(qiáng)性，改善鋼 的抗蠕變能力。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 W：固溶強(qiáng)化，服役過程中形成Laves相(Fe2W)，提高蠕變強(qiáng)度。 Mo：增加鋼的強(qiáng)度而不減其可塑性和韌性，提高鋼的再結(jié)晶溫度和強(qiáng)度； 降低鋼的抗

8、煤灰腐蝕能力。 Co：奧氏體形成元素，提高蠕變斷裂強(qiáng)度。 Cu：形成富銅相沉淀強(qiáng)化，提高蠕變斷裂強(qiáng)度。 B：抑制M23C6長(zhǎng)大，抑制鐵素體形成，提高持久壽命。 Mn：奧氏體形成元素，提高焊接性能；降低抗氧化能力。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀6 6、高溫材料發(fā)展方向、高溫材料發(fā)展方向25-2018-89-12%Cr2.25%Cr R102超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀7 7、鐵素體耐熱鋼發(fā)展、鐵素體耐熱鋼發(fā)展MAPMAP圖圖 R102超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 8

9、8、奧氏體耐熱鋼發(fā)展、奧氏體耐熱鋼發(fā)展MAPMAP圖圖超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 9 9、新型耐熱鋼在、新型耐熱鋼在USCUSC機(jī)組的應(yīng)用機(jī)組的應(yīng)用超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 40.99%21.79%17.05%2.01%11.16%7%碳鋼碳鋼T23T91T92S30432TP310HNbN主蒸汽主蒸汽26.5MPa26.5MPa、溫度、溫度6006001000MW1000MW超超臨界鍋爐用管品種分布超超臨界鍋爐用管品種分布超超

10、臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研究與發(fā)展 二、國(guó)內(nèi)外超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制二、國(guó)內(nèi)外超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制 1 1、內(nèi)螺紋管、內(nèi)螺紋管內(nèi)螺紋管與光管亞臨界傳熱特性比較內(nèi)螺紋管與光管亞臨界傳熱特性比較隨著高參數(shù)大容量電站鍋爐的發(fā)展，人們一直在尋求提高水冷壁傳熱效率和避免傳熱惡化發(fā)生的辦法。綜合傳熱性能和制造可行性螺紋管最為合適。由于內(nèi)螺紋管具有優(yōu)良的傳熱效果，其使用壽命高于普通光管的數(shù)倍。內(nèi)螺紋管品種：牌號(hào)：SA-210A1、SA-210C、SA-213 T2、T12、T23、15CrMoG等八個(gè) ；外徑： 2283mm；壁厚： 4.513mm；螺紋頭數(shù)：414頭;螺

11、紋型式：A型、B型2 2、碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品的研制、碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品的研制P36P36產(chǎn)品產(chǎn)品 P36P36WB36WB36化學(xué)成分：主要是通過化學(xué)成分：主要是通過NiNi、CuCu、MoMo、NbNb等元素所等元素所起到地細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化效果來強(qiáng)化材料的高溫性能。起到地細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化效果來強(qiáng)化材料的高溫性能。ASTM A 335標(biāo)準(zhǔn)中P36產(chǎn)品，主要來源于德國(guó)曼內(nèi)斯曼公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)鋼種,企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)是WB36，ISO、EN標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)是9NiMnMoNb544、15NiCuMoNb564。它是在碳錳鋼的基礎(chǔ)上添加Ni-Cu-Mo合金發(fā)展起來的。該鋼的特點(diǎn)是強(qiáng)度高,屈服極限比

12、20鋼高40%,使用溫度為400,也可用作管壁溫度達(dá)500的高應(yīng)力管道,或用作高亞臨界參數(shù)、超臨界參數(shù)發(fā)電機(jī)組的主給水管及再熱主蒸氣管冷段。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制3 3、2.25%Cr2.25%Cr產(chǎn)品的研制產(chǎn)品的研制T及23特是以性T22鋼為基礎(chǔ)，采用了低C，Mo、W復(fù)合固溶強(qiáng)化和Nb、V、B素析出強(qiáng)化的特點(diǎn)，提高了該鋼的持久強(qiáng)度，且由于具有高的沖擊韌性和良好的焊接性能，成S為制造超超臨界電站鍋爐水冷壁的主要候選材料。 T24 是 歐 洲 研 制 的 一 種 類 似 于 T23 產(chǎn) 品 的 耐 熱 鋼 ,由 于 其 在500550 具有較高低持久強(qiáng)度，而被歐洲國(guó)

13、家所采用。其化學(xué)成分如下：超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制3.1 2.25Cr3.1 2.25Cr產(chǎn)品化學(xué)成分及強(qiáng)度對(duì)比產(chǎn)品化學(xué)成分及強(qiáng)度對(duì)比2.252.25CrCr耐熱鋼持久強(qiáng)度比較耐熱鋼持久強(qiáng)度比較T23T23T22T22T24T2455055010101010壓力壓力Mpa)Mpa)時(shí)間時(shí)間h)h)10010010001000100001000010000010000010010010001000T23T23、T24T24持久強(qiáng)度對(duì)比較持久強(qiáng)度對(duì)比較T23T23T24T24超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制3.2 2.25Cr產(chǎn)品產(chǎn)品T24實(shí)驗(yàn)研究實(shí)

14、驗(yàn)研究超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制冷裂紋實(shí)驗(yàn)：冷裂紋實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件:電流電流:170A、電壓、電壓:24v、焊接速度、焊接速度:150mm/分、施焊前分、施焊前焊條預(yù)熱焊條預(yù)熱:150200、焊接環(huán)境溫度、焊接環(huán)境溫度:815、焊后放置、焊后放置24h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：預(yù)熱150后可消除冷裂紋預(yù)熱預(yù)熱150度焊后照片度焊后照片預(yù)熱預(yù)熱125度焊后照片度焊后照片預(yù)熱預(yù)熱100度焊后照片度焊后照片超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制抗熱裂紋性試驗(yàn)抗熱裂紋性試驗(yàn)(窗形拘束對(duì)接試驗(yàn)窗形拘束對(duì)接試驗(yàn))將實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)T24鋼板進(jìn)行雙鋼板進(jìn)行雙

15、V形坡口平板形坡口平板對(duì)接，間距對(duì)接，間距4mm，對(duì)接平板周圍固，對(duì)接平板周圍固 定，預(yù)熱溫度定，預(yù)熱溫度180。焊接工藝采用。焊接工藝采用雙面焊接，每面焊接兩層，層間溫雙面焊接，每面焊接兩層，層間溫度達(dá)到度達(dá)到300。焊后放置。焊后放置24小時(shí)無裂小時(shí)無裂紋，焊后如圖右所示。紋，焊后如圖右所示。再熱裂紋敏感性試驗(yàn)再熱裂紋敏感性試驗(yàn)采用鐵研試樣焊接來確定再熱采用鐵研試樣焊接來確定再熱 裂紋裂紋敏感性。焊接電流為敏感性。焊接電流為170A，焊接電，焊接電壓壓24v；焊接速度為；焊接速度為150mm/分；焊分；焊條直徑為條直徑為4.0mm；焊條預(yù)熱溫度；焊條預(yù)熱溫度為為150200；試樣預(yù)熱溫度為

16、；試樣預(yù)熱溫度為180；焊后熱處理規(guī)范：；焊后熱處理規(guī)范：730760，保溫，保溫1h。試驗(yàn)結(jié)果如右圖表。試驗(yàn)結(jié)果如右圖表所示。所示。4 4、9%Cr9%Cr產(chǎn)品的研制產(chǎn)品的研制T91是美國(guó)在T9鋼基礎(chǔ)上，通過添加V、Nb、N，形成鈮、釩碳氮化合物的析出強(qiáng)化作用， 提高鋼在600左右的持久蠕變斷裂強(qiáng)度。T92、T911與T91相比是通過增W，并加入微量B強(qiáng)化晶界來進(jìn)一步提高持久蠕變斷裂強(qiáng)度。其中T92在成分控制方面的特點(diǎn)是增W、減Mo，以及嚴(yán)格控制 Al、Ti、Zr等元素，而獲得更高的持久蠕變強(qiáng)度，而被用于超超臨界機(jī)組。 9Cr產(chǎn)品化學(xué)成分如下：超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的

17、研制4.1 9%Cr4.1 9%Cr產(chǎn)品化學(xué)成分及性能比較產(chǎn)品化學(xué)成分及性能比較4.2 9%Cr4.2 9%Cr高壓鍋爐管系列成分優(yōu)化與控制高壓鍋爐管系列成分優(yōu)化與控制 S高是引起國(guó)產(chǎn)T91鋼晶界弱化的主要雜質(zhì)元素，是導(dǎo)致T91鋼蠕變脆化的主要原因AI、Ti含量過高易造成T91鋼中彌散相 Nb、VC、N分布不均勻和體積份額 降低，引起蠕變斷裂強(qiáng)度的降低。關(guān)鍵元素關(guān)鍵元素S S、AlAl、CrCr、C C等實(shí)施控制，目的：改善持久強(qiáng)度和塑性等實(shí)施控制，目的：改善持久強(qiáng)度和塑性超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制4.3 9%Cr4.3 9%Cr高壓鍋爐管系列高壓鍋爐管系列-T92-

18、T92性能介紹性能介紹 超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制不同回火溫度對(duì)不同回火溫度對(duì)T92性能的影響性能的影響隨著回火溫度的提高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低，但延伸率及沖擊性能提高。T92 T92 金相照片金相照片(OM) (OM) T92 T92 金相照片金相照片(OM) (OM) T92T92微觀組織照片微觀組織照片TEMTEM）(a)(a)200nm200nmB BC CD DA A(b)(b)LavesLavesT9 2T9 2 持 久 試 樣 透 射 電 鏡 照 片持 久 試 樣 透 射 電 鏡 照 片650650、110MPa110MPa、2512h2512h）(b

19、) (b) 為為(a)(a)圖中圖中A A析出物衍射斑點(diǎn)圖）析出物衍射斑點(diǎn)圖）超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制常溫力學(xué)性能常溫力學(xué)性能T92鋼管的韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲鋼管的韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲線及沖擊功曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度線及沖擊功曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度 : -38 ） 200250300350400450500550600650700200300400500600700Rp0.2RmRm(GB5310高溫力學(xué)性能高溫力學(xué)性能T92鋼管的高溫短時(shí)拉鋼管的高溫短時(shí)拉伸強(qiáng)度隨溫度變化曲線伸強(qiáng)度隨溫度變化曲線405060708090 1001101201300400020006000800010000

20、 Timeh)Impact propertyJ)T92T92高溫時(shí)效后力學(xué)性能高溫時(shí)效后力學(xué)性能 650 650 高溫時(shí)效性能高溫時(shí)效性能超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制5 5、奧氏體耐熱鋼研制、奧氏體耐熱鋼研制5.1 5.1 奧氏體耐熱鋼成分奧氏體耐熱鋼成分超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制5.2 5.2 奧氏體耐熱鋼的主要產(chǎn)品及性能奧氏體耐熱鋼的主要產(chǎn)品及性能Super304HSuper304H、TP310HNbNTP310HNbNHR3CHR3C性能性能超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制5.2 5.2 奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼S30

21、432S30432微觀組織微觀組織 a) a)時(shí)效時(shí)效3000h3000h試樣微觀組織試樣微觀組織b) 220MPab) 220MPa、18461846小時(shí)小時(shí) 持久試樣微觀組織持久試樣微觀組織 650 S30432 TEM650 S30432 TEM照片照片S30432S30432鋼是在鋼是在TP304HTP304H鋼的基礎(chǔ)上通過添加鋼的基礎(chǔ)上通過添加3%Cu3%Cu、0.5%Nb0.5%Nb、N N，并通過富銅相強(qiáng)化而開發(fā)出來的新鋼種，并通過富銅相強(qiáng)化而開發(fā)出來的新鋼種，650650許用應(yīng)力值比許用應(yīng)力值比TP304HTP304H還高出還高出40%40%。運(yùn)行。運(yùn)行1010年后，組織和性能

22、穩(wěn)定，是超超臨界年后，組織和性能穩(wěn)定，是超超臨界機(jī)組中受熱面高溫段的主要候選材料。機(jī)組中受熱面高溫段的主要候選材料。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料的研制5.3 5.3 奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼TP310HNbNTP310HNbNHR3CHR3C引見引見TP310HNbNTP310HNbN鋼是在鋼是在25Cr-20Ni 25Cr-20Ni 鋼的基礎(chǔ)上添加鋼的基礎(chǔ)上添加 Nb Nb 和和 N N 形成形成析出強(qiáng)化，獲得較高的持久強(qiáng)析出強(qiáng)化，獲得較高的持久強(qiáng)度。雖然度。雖然650650的許用應(yīng)力值的許用應(yīng)力值 略低于略低于Super304HSuper304H，但由，但由CrCr含含量高，其耐煙氣高溫腐蝕和耐量高，其耐煙氣高溫腐蝕和耐汽側(cè)氧化的性能極佳。所以在汽側(cè)氧化的性能極佳。所以在腐蝕性較高的工況條件下，優(yōu)腐蝕性較高的工況條件下，優(yōu)先選用該鋼種做過熱器和再熱先選用該鋼種做過熱器和再熱