鍋爐用耐熱鋼的發(fā)展動向
前言
耐熱鋼可分為鐵素體系和奧氏體系兩大類。各類鋼又包含性能、用途不同的若干鋼種。本文介紹用于占發(fā)電設備55％的火電廠鍋爐用耐熱鋼及其焊接技術(shù)。
隨著能源情況的變化及對環(huán)保問題的高度關(guān)注，電力公司以進一步提高發(fā)電設備的熱效率為目標而大力進行了技術(shù)開發(fā)。發(fā)電用鍋爐也在不斷朝著蒸汽的高溫高壓化及容量的大型化發(fā)展，以降低成本、提高效率減少CO2排放總量凱時娛樂城，保護環(huán)境。在新的火力發(fā)電設備方面，一直在建設超臨界壓力鍋爐、加壓流動床鍋爐、燃氣透平復合發(fā)電鍋爐以及高效工業(yè)廢物發(fā)電鍋爐等。
為了適應上述的高強度化、高耐蝕性等要求，材料生產(chǎn)廠家開發(fā)了新材質(zhì)耐熱鋼及新材質(zhì)用焊接材料并進行了實用化。
火電廠蒸汽條件的變化
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，現(xiàn)在日本的火電廠透平（即汽輪機）用蒸汽壓力已達24～25MPa、溫度則多為593～600℃且還有進一步升高的趨勢，這必然促使耐熱鋼向高強化發(fā)展。
最近鍋爐用耐熱鋼概況
1、鐵素體耐熱鋼
為了提高耐熱鋼的高溫蠕變斷裂強度，從上世紀80年代開始就開發(fā)了斷裂強度達100MPa級的T91（9Cr－1MoVNb）和HCMl2（12Cr－1Mo－1WVNb）。T91是以9Cr－1Mo系鋼為基礎(chǔ)，添加了碳（C）化物形成元素V和Nb，從而提高了耐熱鋼的強度，各國都已收入標準。當時，T91具有最高的蠕變強度，廣泛用于發(fā)電鍋爐的過熱管、管道等區(qū)域。此材料的出現(xiàn)，可代替高價的奧氏體系耐熱鋼而用于600℃高溫的超高臨界發(fā)電設備的主要耐壓部位。
并且，在90年代還開發(fā)了蠕變斷裂強度約為140MPa級（是T91的1.3倍）的NF616（9Cr－0.5Mo－2WVNb）和HCMl2A（12Cr－0.4Mo－2WCuVNb）。其蠕變斷裂強度的提高是因加入有沉淀強化作用的V、Nb、N元素和有固溶強化作用的W、Mo等元素而實現(xiàn)。這些新鋼種從1997年以后就逐步取代了T91，從而進一步促進了發(fā)電設備蒸汽條件的提升。
2、奧氏體系耐熱鋼
作為主要用于過熱器、加熱器管道的材料，一直被廣泛使用SUS347HTB和SUS321HTB等屬于奧氏體系鋼。然而，近年為了減輕環(huán)境污染，迫切需要進行蒸汽的超高溫高壓化；并且，即使在現(xiàn)有火電廠，也正在大力應用經(jīng)濟型高強度奧氏體鋼，以進行設備、管道的薄壁化設計，充分發(fā)揮低成本優(yōu)勢。
高強度奧氏體鋼有17－14CuMo和Esshetel250等15Cr－15Ni鋼，因減少鋼中Cr量而產(chǎn)生了耐蝕性變差的問題。為此，開發(fā)了TempaloyA－1（18Cr－8NiNbTi）和SUPER304H（18Cr－9Ni－3Cu－Nb－N）。這是以SUS304HTB為基礎(chǔ)開發(fā)的材料，具有成本低的優(yōu)勢；且因是細晶粒鋼，故耐水蒸汽氧化性好，從90年代中期后就一直在使用。
TempaloyA－1是復合添加了Nb和Ti以進行沉淀強化，從而提高蠕變斷裂強度的材料。而SUPER304H則是加Cu材料。在蠕變中Cu富集相在奧氏體基體中細小彌散整合沉淀，從而大幅度提高了鋼的蠕變斷裂強度；且因復合加入了Nb和N而實現(xiàn)了鋼的更高強度化。
另外，開發(fā)的比上述鋼種的耐高溫腐蝕性及耐水蒸汽氧化性更優(yōu)良的材料是20－25Cr系鋼：HR3C（25Cr－20NiNbN）、NF709（20Cr－25NiMoNbTi）、Tempaloy A－1（22Cr－15NiNbN）等。這類材料主要用于垃圾焚燒爐等腐蝕條件比電廠鍋爐更惡劣的環(huán)境中。
焊接材料
開發(fā)新材質(zhì)材料時，須有配套的焊接材料。在實用化方面，已開發(fā)了共晶系焊接材料。
已開發(fā)出了SMAW、GTAW、GMAW、SAW等焊接工藝用的焊接材料，并已實際應用于T91鋼材的焊接施工中，還在1996年進行了材料的標準化。然而，開發(fā)的鐵素體系耐熱鋼NF616、HCMl2A鋼用的焊接材料，雖已成功用于SMAW、GTAW焊接工藝中，但應用于SAW焊接工藝時尚存在蠕變強度不足等質(zhì)量問題。
此外，還開發(fā)了奧氏體系新材質(zhì)以及SMAW、GTAW焊接工藝用的焊接材料。奧氏體系耐熱鋼主要用于過熱器和加熱器管材，因管壁不厚，故多采用GTAW焊接工藝。
新材質(zhì)用焊接材料的主要成分系與母材相同。這些焊接金屬多數(shù)場合均保持凝固組織或是焊后熱處理，故難以得到充分的特性。因此，須對之進行精心的成分設計。
代表性的用于鐵素體HCMl2A鋼焊接材料（焊絲）的成分為0．09％C、1．44％Cu、1．13％Ni、10．16％Cr、0．29％Mo、1．65％W、0．21％V、0．05％Nb、0．200％N；在常溫和600℃的抗拉強度分別為386N/mm2和375N/mm2。
用于奧氏體系SUPER304H鋼焊接材料的代表性成分為0．01％C、3．04％Cu、16．16％Ni、18．36％Cr、0．85％Mo、0．62％Nb、0．200％N；在常溫和550℃的抗拉強度分別為655N/mm2和455N/mm2。
焊接工藝
在設備制造廠仍采用傳統(tǒng)的焊接工藝；而在生產(chǎn)現(xiàn)場，工件可旋轉(zhuǎn)，故可進行SAW、GMAW、GTAW等多種自動焊接。只是SAW尚有些問題而未實用化。另外，為了使GTAW工藝高效化，在窄坡口中，同時采用了熱焊絲法和雙焊絲法，還開發(fā)了多頭焊接裝置并成功實用化了。
結(jié)語
伴隨火電廠的蒸汽高溫高壓化，已成功開發(fā)出并應用了相應的耐熱鋼、焊接材料和技術(shù)。今后還有進一步開發(fā)的廣闊空間。
