鍋爐用高等級耐熱鋼管的國產凱時娛樂城化進展
1. 前言
隨著大容量高參數鍋爐機組設計制造技術的引進以及在我國的大力發展，國外相當多優質鋼種在我國得到應用。由于市場需求、國外鋼種國產化進程以及認識上的原因，這些鋼種仍有不少須從國外進口。因此對國外這些鋼種進行國產化，是未來一段時間我國必須解決的問題。
實際上，在冶金、發電設備制造、電力各行業共同努力下，國外鋼種的國產化工作正如火如荼地展開，已取得了相當成果，如T23、T91/P91、T92、S30432在國內有部分廠家可部分供貨，P92的國產化也有一定進展。然而，由于市場需求的原因，仍須加快其它鋼種的國產化進程，同時應明確對國外鋼種國產化的模糊認識。
為了進一步推進新型鍋爐耐熱鋼國產化進程，結合我國國產化研究、應用中所遇到的情況，分析探討了國外鍋爐用鋼國產化需要澄清的問題，希望有助于推動國外成熟鍋爐用高等級耐熱鋼管的國產化。
2. 我國現行的鍋爐用鋼系列
由于我國高參數鍋爐的設計制造技術系引進技術，故現行我國的鍋爐用鋼系列的鋼種級別與國外的比較接近。該系列用鋼主要結合了我國的GB5310標準中的鋼號，采用ASTM/ASME+GB5310標準的用鋼系列，主要有：20G、SA-210C/106C、T2、15CrMoG、T12/P12、12Cr1MoVG、T22/P22等，還使用了較多高等級的國外耐熱鋼種，如T23/P23、T91/P91、T92/P92、T122/P122、TP304H、TP347H、TP347HFG、S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）等。
3. 國外高等級耐熱鋼國產化進展
據前所述，這類鋼種的國產化已取得重要進展，下面簡要介紹國產化進展情況。
3.1 T23/P23
對T23，國內已經成功開發并實現供貨、并在實際中得到應用。P23進展稍遲，這主要是鍋爐設計上的材料選擇原因造成，目前正在試制過程中。
3.2 T91/P91、T92/P92、T122/P122
T91/P91國內已經成功開發，多家鋼管廠可以供貨，并得到了應用；T92國內也開發成功，寶鋼與常寶精特均可生產供貨；P92目前只有北方重工具備供貨能力，但產能有限；而T122/P122因國內設計時未選擇此材料的原因，未進行國產化工作。
3.3 TP347HFG
因制造工藝明確，國內目前正在進行試制，持久試驗正在進行之中。需要注意的是，由于標準中的成分范圍較寬，在冶煉時應對其化學成分（C、Nb和Ni）進行適當調整。
3.4 S30432（SUPER304H）
經過多年的摸索，我國現已經對成分進行了優化、制管工藝業已明確。該鋼種國內已經有多家鋼管廠開發成功，并可以供貨，也在實際中得到應用。
3.5 TP310HCbN（HR3C）
目前正在加緊進行研究，管坯成分已經參考日本住友的管子進行調整。正對國外實物管進行顯微分析，以分析其制造和熱處理工藝。鋼管廠也進行了試制，持久試驗正在進行，但目前除了個別鋼管廠家外，多數廠家的試制管在700℃短時高溫塑性不太理想，與國外實物管有一定差距。
4. 規程對國外鋼種生產與使用規定
在鍋爐安全技術監察規程（征求意見稿）的材料篇中，對國外鋼種的生產與使用有一定要求，主要涉及到以下兩個方面：
一是生產方面，對材料的生產單位生產國外鋼種提出了“材料生產單位生產國外鋼號的鋼材時，應按照該鋼號國外標準的規定進行生產和驗收，批量生產前應通過產品鑒定”。這從我國的法規角度給國外鋼種的國產化開了綠燈；另外，對ASME牌號的鋼種，ASME規范并未有明確規定必須要經過ASME委員會或相應部門授權，這從ASME規范的角度看，我國也可以生產ASME牌號。
二是使用方面，對國內的鍋爐制造單位在制造受壓件采用國外鋼種提出了要求，應符合：A）鋼號應是國外鍋爐用鋼標準所列的鋼號或者化學成分、力學性能、焊接性能與國內允許用于鍋爐的鋼材相類似，并列入鋼材標準的鋼號或成熟的鍋爐用鋼鋼號。B）應按訂貨合同規定的技術標準和技術條件進行驗收。對照國內鍋爐鋼標準如缺少檢驗項目，必要時應補做所缺項目的檢驗，合格后才能使用。C）首次使用前，應進行焊接工藝評定和成型工藝試驗，滿足技術要求后才能使用。D）鍋爐強度計算應采用該鋼材的技術標準或技術條件所規定的性能數據進行。F）用鋼板焊制的鋼管，應滿足相應標準的規定。
這種規定表明，我國法規允許在鍋爐中使用國外鋼種的材料。
5. 國外鋼種國產化存在的問題探討
雖然有法規的許可，且國產化也取得了相當大的進展，但由于不同行業對法規和國產化仍有不同的解讀，故仍有不少問題需要澄清。
①對國外鋼種國產化的認識
值得注意的是，國內部分單位對國外鋼種的國產化認識較為模糊，認為國外鋼種國產化也屬于研制新材料。這從法規角度看即是錯誤的。
因為，新研制的材料屬于以前國內外從未研究、也未使用過的材料，鋼材制造廠必須對此新材料的試驗工作進行技術評定，評定內容較多，如化學成分、力學性能和組織穩定性、抗氧化性、物理性能、焊接性能、鋼材的冷熱加工性能、鋼材制造工藝等全套數據（國外的新材料研制也是如此）。而國外鋼種的國產化指的是仿制國外已經列入鋼材標準的鋼號或成熟的鍋爐用鋼鋼號，這些鋼種在國外研究很多、并已經廣泛使用，在我國的國產化生產僅屬于仿制，對其性能的考察主要以驗證其重要的技術性能指標為主，其它的則可利用國外已有的數據作為參考。
在實際操作中，對國外成熟的受熱面與管道用鋼等在蠕變溫度范圍工作的材料，由于其工作部位的重要性，國內鍋爐行業在其國產化問題上仍較為謹慎，至少要求進行“高溫持久強度”性能試驗，以確保最終使用的安全性；而對于抗氧化、抗腐蝕性、時效特性，一般并沒有強制去要求試驗，這是因為這些性能主要與成分、制造工藝與熱處理相關；在成分、熱處理與持久性能滿足標準要求的前提下，可以借鑒國外已有的試驗研究與實際運行數據。當然，經過進一步的試驗，可以逐步積累更多的數據。
②持久試驗驗證方式
在我國，對持久強度的外推一般依據國家標準GB/T2339-1997《金屬拉伸蠕變及持久強度試驗方法》進行10倍時間的外推，以得出其10萬小時的持久強度，但這需要較多的試驗數據、且有較長的試驗數據作為基礎。該標準建議，要進行外推持久強度，至少應有三個應力水平每組做出三個數據，在單對數或雙對數坐標用作圖法或最小二乘法，繪制出應力-斷裂時間曲線來進行計算外推。
目前，由于國外高等級的耐熱鋼種進入中國的時間并不長，國產化的試驗數據積累并不多，一般是行業在鋼管實際運行的最高溫度或以下的某一溫度進行試驗，得出有限數據來進行外推驗證。
由于持久試驗的數據本身具有一定分散性的特點，因而冶金行業、鍋爐行業與電力行業在國外鋼種國產化后的使用上存在一定分歧。電力部門提出的分歧點主要有：國內提供的持久試驗數據點少、時間較短，事實也的確如此。
但是，正如前面已述，由于國外已經有相當多的技術數據，國產化主要是以驗證為主，驗證應當如何進行卻值得探討。
在高溫蠕變溫度區間工作的鋼材，其持久強度十分重要，因而國內對這類鋼種均采用了進行持久驗證方式，加上其它項目的配合驗證。考慮到國內持久試驗數據不多以及持久試驗的數據有分散性的特點，為了更加準確地判斷國內所仿制材料的性能是否滿足標準要求或達到國外實物水平，認為除了將相關數據進行外推外、還應將國內有限的試驗數據點與國外開發時的數據點所制的分散帶比較；從數據外推與分散帶的比較兩個方面來印證國內生產的國外鋼材是否滿足要求，這樣似乎更為合理。
圖1是國產S30432樣管在700℃下的持久數據點（外推持久強度均處于ASME Code case 2328-1的分散帶內），與住友持久數據點的95%置信區間（700℃）比較。
從圖中可以看出，這些數據均處于住友管的試驗數據的95%的置信區間，說明國內試制的管子的持久性能滿足標準的要求并達到國外實物管水平。
③不銹耐熱鋼的內壁噴丸
對鍋爐用高溫奧氏體不銹耐熱鋼管來說，采用對管子內壁噴丸，主要是為了提高其在高溫下抗水蒸汽氧化性能。但對不同的奧氏體不銹耐熱鋼，是否必須如此，卻有爭議。
噴丸提高抗氧化性的原理是：內表面經噴丸后，在管子內表面形成具有一定深度的、大量晶體缺陷的形變層，為高溫下工作的不銹鋼管中的Cr元素提供快捷擴散途徑，在運行早期就可在內壁次表面形成富Cr的、致密的氧化膜，作為保護膜防止了氧化的進一步進行，從而提高了鋼管的抗氧化性。然而，細晶處理也能提高奧氏體不銹耐熱鋼管的抗蒸汽氧化性能，與噴丸處理的原理類似。
目前我國鍋爐的設計制造技術來源是世界上主要的火力發電設備生產企業，如BHK、三菱重工和ALSTOM等；其設計所采用的新型高等級奧氏體耐熱鋼基本上均為S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）鋼管。這幾家公司對S30432的處理有所不同：有的用戶要求對S30432管子進行噴丸，而三菱未對S30432鋼管是否噴丸提出要求。
這三家公司作為世界著名的發電設備制造企業，生產了相當數量的超超臨界鍋爐且已經運行之中；在目前看來，并沒有出現特別的、因S30432管子未噴丸造成了氧化而失效的嚴重現象。
④不銹耐熱鋼的晶間腐蝕
不銹耐熱鋼的晶間腐蝕與成分有關，鍋爐用管在實際運行工況下并沒有晶間腐蝕環境，不必強求鋼種必須通過晶間腐蝕試驗。因而，在國產化時，對不銹耐熱鋼的要求，首先其成分和高溫性能等應滿足規范的要求，之后才考慮其它性能。作為制管、生產、運輸、儲存等過程，均不能排除類似環境的可能性。因而，鋼管制造廠應盡可能采取措施，弱化鋼管的晶間腐蝕傾向，為后期部件的生產、制作、運輸、儲存等提供方便。
⑤產品鑒定與技術評定的差異認知
在發電設備用鋼行業，技術評定一般稱為技術評審，是指對比較重要的國外鋼種國產化、或在研制新鋼種時，鋼廠試制出的鋼材并試驗評定得到認可后、小批量生產前的一個評審工作；而產品鑒定則是對新鋼種或國產化鋼號進行鑒定，應在應用后進行。在國內實際操作過程有所不同，并且有產品鑒定與技術評定（技術評審）混淆的現象，值得國內考慮如何改進。
⑥特種設備制造許可證
在鍋爐規程（征求意見稿）的材料篇中，增加了鋼材生產單位的資格證的要求，即“鍋爐用鋼板、鋼管的生產單位應當取得相應的特種設備制造許可證”。這表明從法規層面，對鋼材的制造商有要求。
6. 結語
隨著我國對高效潔凈能源的要求日益增長，火電超超臨界機組會越來越多，隨之對高等級材料需求也會越來越大。而國外的產能有限，導致從國外采購成本高昂、交貨期長，要解決這一難題，國產化是唯一的途徑。國內經過前期的艱辛努力，目前這些材料的國產化工作已經取得了一定進展，但限于基礎研究不足、國內對這些鋼種的國產化認識存在問題，在一定程度上延緩了國產化及應用進程。
期望法規制定部門、冶金行業、鍋爐行業與電力行業加強溝通和合作，共同面對和解決材料國產化中的困難，消除模糊認識，為民族工業的發展做出自己的努力。
