超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制及其問(wèn)題思考

1、超超臨界機(jī)組新型鋼國(guó)產(chǎn)化研討會(huì)超超臨界機(jī)組新型鋼國(guó)產(chǎn)化研討會(huì)超超臨界機(jī)組材料超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制及其問(wèn)題思考國(guó)內(nèi)研制及其問(wèn)題思考上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院 林富生林富生2009.04.012009.04.01于揚(yáng)州于揚(yáng)州超超臨界機(jī)組材料超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制及其問(wèn)題思考國(guó)內(nèi)研制及其問(wèn)題思考一、前言一、前言二、超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制二、超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織 與性能變化與性能變化四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考一、一、 前言前言節(jié)能、減排、降本，要求火電機(jī)組提高效率，節(jié)能、減排、降本，要求火電機(jī)組提高效率，促

2、進(jìn)了超臨界、超超臨界機(jī)組的發(fā)展；促進(jìn)了超臨界、超超臨界機(jī)組的發(fā)展；“十五十五”期間，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生期間，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求快速增長(zhǎng)，活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求快速增長(zhǎng)，以至于造成嚴(yán)重缺電，這直接推動(dòng)了超臨界、以至于造成嚴(yán)重缺電，這直接推動(dòng)了超臨界、超超臨界機(jī)組的非常規(guī)快速發(fā)展；超超臨界機(jī)組的非常規(guī)快速發(fā)展；由于超臨界、超超臨界機(jī)組的快速發(fā)展，關(guān)由于超臨界、超超臨界機(jī)組的快速發(fā)展，關(guān)鍵材料主要靠進(jìn)口且需求量大，國(guó)外供貨商鍵材料主要靠進(jìn)口且需求量大，國(guó)外供貨商延長(zhǎng)供貨周期，并趁機(jī)大幅度提高價(jià)格，造延長(zhǎng)供貨周期，并趁機(jī)大幅度提高價(jià)格，造成機(jī)組制造成本

3、大幅度提高；成機(jī)組制造成本大幅度提高；一、一、 前言前言在這樣的背景下，我國(guó)終于有了比較統(tǒng)一的在這樣的背景下，我國(guó)終于有了比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料必須國(guó)產(chǎn)化；認(rèn)識(shí)：超超臨界機(jī)組關(guān)鍵材料必須國(guó)產(chǎn)化；機(jī)組參數(shù)的進(jìn)一步提高，受到材料的制約；機(jī)組參數(shù)的進(jìn)一步提高，受到材料的制約；T/P122T/P122、T/P92T/P92許用應(yīng)力的降低，使越來(lái)越許用應(yīng)力的降低，使越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到：多的人認(rèn)識(shí)到： 材料是發(fā)展超超臨界機(jī)組的關(guān)鍵材料是發(fā)展超超臨界機(jī)組的關(guān)鍵二、二、超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制（一）政府立項(xiàng)研制（一）政府立項(xiàng)研制 1.“1.“十五十五”項(xiàng)目：超臨界機(jī)組材料

4、和鑄鍛件國(guó)產(chǎn)項(xiàng)目：超臨界機(jī)組材料和鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化化 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)T91T91鋼管國(guó)產(chǎn)完善化鋼管國(guó)產(chǎn)完善化 實(shí)現(xiàn)葉片螺栓材料實(shí)現(xiàn)葉片螺栓材料1Cr11MoNiW1VNbN1Cr11MoNiW1VNbN鋼的國(guó)產(chǎn)化鋼的國(guó)產(chǎn)化 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)ZG1Cr10MoVNbNZG1Cr10MoVNbN鋼汽輪機(jī)內(nèi)缸國(guó)產(chǎn)化鋼汽輪機(jī)內(nèi)缸國(guó)產(chǎn)化 國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)P91P91鋼管試制鋼管試制 低壓轉(zhuǎn)子超純材料研制低壓轉(zhuǎn)子超純材料研制 高（中）壓轉(zhuǎn)子材料研究高（中）壓轉(zhuǎn)子材料研究 Super304H Super304H鋼國(guó)產(chǎn)化研究鋼國(guó)產(chǎn)化研究二、二、超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制（一）政府立項(xiàng)研制（一）政府立項(xiàng)研制 2.“

5、863”2.“863”計(jì)劃：超超臨界機(jī)組材料研究計(jì)劃：超超臨界機(jī)組材料研究 葉片材料葉片材料12CrMoVWCoNbBN12CrMoVWCoNbBN鋼國(guó)產(chǎn)化研究鋼國(guó)產(chǎn)化研究 低壓超純轉(zhuǎn)子材料研究低壓超純轉(zhuǎn)子材料研究 1212CrCr高（中）壓轉(zhuǎn)子材料研究高（中）壓轉(zhuǎn)子材料研究 Super304HSuper304H鋼國(guó)產(chǎn)化研究鋼國(guó)產(chǎn)化研究 等等等等二、二、超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制超超臨界機(jī)組材料國(guó)內(nèi)研制（一）政府立項(xiàng)研制（一）政府立項(xiàng)研制 3.3.上海市重大項(xiàng)目上海市重大項(xiàng)目“電站裝備用特種材料研究與開(kāi)電站裝備用特種材料研究與開(kāi)發(fā)發(fā)” 試制成功試制成功1Cr10Mo1W1NiVNbN1Cr10M

6、o1W1NiVNbN鋼電渣重熔轉(zhuǎn)子鋼電渣重熔轉(zhuǎn)子 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)ZG12Cr10W1Mo1MnNiVNbN鋼中壓內(nèi)缸國(guó)產(chǎn)化鋼中壓內(nèi)缸國(guó)產(chǎn)化 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)TP347HTP347H及及TP347HFGTP347HFG鋼管國(guó)產(chǎn)化鋼管國(guó)產(chǎn)化 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)1Cr10NiMoW2VNbN1Cr10NiMoW2VNbN葉片螺栓鋼國(guó)產(chǎn)化葉片螺栓鋼國(guó)產(chǎn)化 實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)用實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)用1Cr18Mn12Ni2N鋼穿心螺桿國(guó)產(chǎn)化鋼穿心螺桿國(guó)產(chǎn)化 （ 二）企業(yè)自發(fā)研制二）企業(yè)自發(fā)研制下列部件材料具備國(guó)產(chǎn)化能力下列部件材料具備國(guó)產(chǎn)化能力部件部件材材 料料末級(jí)過(guò)熱器、再熱器末級(jí)過(guò)熱器、再熱器T91T91，T92T92，TP347HFGTP

7、347HFGSuper304H, Super304H, 集箱、蒸汽管道集箱、蒸汽管道P91P91，P92P92高中壓轉(zhuǎn)子高中壓轉(zhuǎn)子1Cr10Mo1W1NiVNbN 1Cr10Mo1W1NiVNbN 1Cr10Mo1VNbN1Cr10Mo1VNbN高中壓內(nèi)缸高中壓內(nèi)缸( (鑄件鑄件) )ZG1Cr10MoVNbN ZG1Cr10MoVNbN ZG12Cr10W1Mo1MnNiVNbNZG12Cr10W1Mo1MnNiVNbN高溫段葉片高溫段葉片1Cr11MoNiW1VNbN 1Cr11MoNiW1VNbN 1Cr10NiMoW2VNbN NiCr20TiAl 1Cr10NiMoW2VNbN Ni

8、Cr20TiAl 汽缸螺栓汽缸螺栓1Cr10NiMoW2VNbN, 1Cr10NiMoW2VNbN, 低壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子3.5NiCrMoV, 3.5NiCrMoV, 超純超純3.5NiCrMoV 3.5NiCrMoV 三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化 人們通過(guò)熱處理等工藝手段獲得材料良好人們通過(guò)熱處理等工藝手段獲得材料良好的綜合力學(xué)性能，滿足使用要求。而處于的綜合力學(xué)性能，滿足使用要求。而處于這種狀態(tài)材料的組織是非平衡組織。這種狀態(tài)材料的組織是非平衡組織。 由熱力學(xué)可知，非平衡組織始終存在向平由熱力學(xué)可知，非平衡組織始終存在向平衡組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

9、一旦驅(qū)動(dòng)力足夠大，衡組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。一旦驅(qū)動(dòng)力足夠大，這種轉(zhuǎn)變就會(huì)進(jìn)行。溫度越高，這種驅(qū)動(dòng)這種轉(zhuǎn)變就會(huì)進(jìn)行。溫度越高，這種驅(qū)動(dòng)力越大，這種轉(zhuǎn)變?cè)饺菀走M(jìn)行。力越大，這種轉(zhuǎn)變?cè)饺菀走M(jìn)行。三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化 材料在高溫下長(zhǎng)期服役，其組織是在慢慢向平材料在高溫下長(zhǎng)期服役，其組織是在慢慢向平衡組織演變的，而組織的變化必然導(dǎo)致材料性衡組織演變的，而組織的變化必然導(dǎo)致材料性能的變化。這就是為什么材料在高溫下長(zhǎng)期服能的變化。這就是為什么材料在高溫下長(zhǎng)期服役過(guò)程中性能惡化的原因。役過(guò)程中性能惡化的原因。 材料工作者的根本任務(wù)是運(yùn)用各種強(qiáng)化機(jī)制，材料工

10、作者的根本任務(wù)是運(yùn)用各種強(qiáng)化機(jī)制，研制出滿足使用要求的材料。設(shè)法增加材料在研制出滿足使用要求的材料。設(shè)法增加材料在使用過(guò)程中向平衡組織轉(zhuǎn)變的阻力，延長(zhǎng)向平使用過(guò)程中向平衡組織轉(zhuǎn)變的阻力，延長(zhǎng)向平衡組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程，保證材料在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，衡組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程，保證材料在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，具有足夠的性能滿足使用要求。具有足夠的性能滿足使用要求。 三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化位錯(cuò)密度降低、亞晶長(zhǎng)大、基體中固溶元素位錯(cuò)密度降低、亞晶長(zhǎng)大、基體中固溶元素含量下降、第二相粒子粗化、細(xì)小顆粒數(shù)量含量下降、第二相粒子粗化、細(xì)小顆粒數(shù)量減少，都導(dǎo)致抗蠕變性能下降；減少，都

11、導(dǎo)致抗蠕變性能下降；MXMX和和M23C6M23C6是是9 91212CrCr鋼的主要強(qiáng)化相；鋼的主要強(qiáng)化相；LavesLaves相析出初期起強(qiáng)化作用，但尺寸不穩(wěn)定，相析出初期起強(qiáng)化作用，但尺寸不穩(wěn)定，LavesLaves相的粗化降低蠕變強(qiáng)度；相的粗化降低蠕變強(qiáng)度；三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化三、材料在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的組織與性能變化Z Z相的析出伴隨相的析出伴隨MXMX相的溶解，且長(zhǎng)大傾向大，相的溶解，且長(zhǎng)大傾向大，它的析出與長(zhǎng)大明顯降低蠕變強(qiáng)度；它的析出與長(zhǎng)大明顯降低蠕變強(qiáng)度；在在9 91212CrCr鋼中加入適量的鋼中加入適量的B B可強(qiáng)化晶界，可強(qiáng)化晶界，穩(wěn)定穩(wěn)定M23C6M

12、23C6，對(duì)長(zhǎng)期組織的穩(wěn)定有明顯的作，對(duì)長(zhǎng)期組織的穩(wěn)定有明顯的作用。用。2.3 高溫蒸汽氧化高溫蒸汽氧化 30Cr1Mo1V30Cr1Mo1V鋼轉(zhuǎn)子在蠕變過(guò)程中形成的空洞鋼轉(zhuǎn)子在蠕變過(guò)程中形成的空洞TP304HTP304H時(shí)效后析出的時(shí)效后析出的M M2323C C6 6與與相相TP304HTP304H時(shí)效后析出的時(shí)效后析出的相相國(guó)產(chǎn)T92經(jīng)649持久后，92MPa5165h 國(guó)產(chǎn)T92經(jīng)649持久后，85MPa12430h 國(guó)產(chǎn)ZG1Cr10MoVNbN鑄鋼 566下12439.9h觀察到的Laves相 TP347HTP347H晶界上在晶界上在M M2323C C6 6與與相處形成的蠕變空洞

13、與裂紋相處形成的蠕變空洞與裂紋四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考基礎(chǔ)研究薄弱基礎(chǔ)研究薄弱例如：例如： 對(duì)耐熱鋼的強(qiáng)化機(jī)理，合金元素的作用，冶對(duì)耐熱鋼的強(qiáng)化機(jī)理，合金元素的作用，冶煉、熱加工和熱處理工藝對(duì)組織性能的影響煉、熱加工和熱處理工藝對(duì)組織性能的影響等基礎(chǔ)性研究不夠，試制帶有一定的盲目性。等基礎(chǔ)性研究不夠，試制帶有一定的盲目性。 上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代初，國(guó)內(nèi)好幾家廠試制年代初，國(guó)內(nèi)好幾家廠試制T91T91鋼管，雖然成分和室溫性能與住友實(shí)物相近，鋼管，雖然成分和室溫性能與住友實(shí)物相近，但持久性能，特別是持久塑性明顯比住友鋼但持久性能，特別是持久塑性明顯比住友鋼管差，時(shí)效后沖擊值的降低幅度明顯大于住

14、管差，時(shí)效后沖擊值的降低幅度明顯大于住友鋼管。友鋼管。 住友鐵素體與碳化物分布形貌國(guó)產(chǎn)呈鏈狀析出的碳化物四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考2. 2. 缺乏規(guī)劃與研究的連續(xù)性缺乏規(guī)劃與研究的連續(xù)性 “ “六五六五”期間國(guó)內(nèi)試制了期間國(guó)內(nèi)試制了TP304HTP304H、TP347HTP347H鋼管，并進(jìn)行了性能研究。課題鋼管，并進(jìn)行了性能研究。課題結(jié)束后，國(guó)產(chǎn)化的工作也停止了。結(jié)束后，國(guó)產(chǎn)化的工作也停止了。 “ “十五十五”的課題也面臨這樣的問(wèn)題。的課題也面臨這樣的問(wèn)題。四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考3. 3. 長(zhǎng)時(shí)性能試驗(yàn)不夠規(guī)范長(zhǎng)時(shí)性能試驗(yàn)不夠規(guī)范 高溫長(zhǎng)時(shí)性能試驗(yàn)不規(guī)范主要表現(xiàn)在：高溫長(zhǎng)時(shí)性能試驗(yàn)不規(guī)范主要

15、表現(xiàn)在： 數(shù)據(jù)不足且不完整；單點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)間數(shù)據(jù)不足且不完整；單點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)間短；試驗(yàn)的爐批次不夠等。短；試驗(yàn)的爐批次不夠等。四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考4. 4. 建立以國(guó)家為主導(dǎo)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的建立以國(guó)家為主導(dǎo)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的發(fā)電設(shè)備材料研制體系，以體制機(jī)制發(fā)電設(shè)備材料研制體系，以體制機(jī)制保證長(zhǎng)期研發(fā)經(jīng)費(fèi)的落實(shí)、促進(jìn)產(chǎn)學(xué)保證長(zhǎng)期研發(fā)經(jīng)費(fèi)的落實(shí)、促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的長(zhǎng)期合作。研的長(zhǎng)期合作。 發(fā)電設(shè)備材料從開(kāi)發(fā)、研制到正式使用，發(fā)電設(shè)備材料從開(kāi)發(fā)、研制到正式使用，一般需要一般需要10102020年的時(shí)間年的時(shí)間, , 必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)的高溫性能試驗(yàn)，研制周期長(zhǎng)、耗資大。的高溫性能試驗(yàn)，研制周期長(zhǎng)、耗資大。

16、純市場(chǎng)行為是很難長(zhǎng)期堅(jiān)持的。純市場(chǎng)行為是很難長(zhǎng)期堅(jiān)持的。四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考5. 5. 形成我國(guó)自己的超超臨界機(jī)組用材體系形成我國(guó)自己的超超臨界機(jī)組用材體系 發(fā)電設(shè)備材料研制周期長(zhǎng)，試驗(yàn)研究費(fèi)用高，發(fā)電設(shè)備材料研制周期長(zhǎng)，試驗(yàn)研究費(fèi)用高，不能對(duì)各廠使用的不同體系的各種材料都進(jìn)行不能對(duì)各廠使用的不同體系的各種材料都進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研制和試驗(yàn)研究。對(duì)用途相同、成分相國(guó)產(chǎn)化研制和試驗(yàn)研究。對(duì)用途相同、成分相近的鋼種進(jìn)行優(yōu)選，形成我國(guó)自己的用鋼系列近的鋼種進(jìn)行優(yōu)選，形成我國(guó)自己的用鋼系列是十分必要的。設(shè)備制造廠之間的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不是十分必要的。設(shè)備制造廠之間的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不要放在材料上。要放在材料上。四、問(wèn)題思考四、問(wèn)題思考6. 6. 對(duì)優(yōu)選的關(guān)鍵材料，集中資源，分工合作，對(duì)優(yōu)選的關(guān)鍵材料，集中資源，分工合作，成果共享，盡快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。成果共享，盡快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。 產(chǎn)學(xué)研之間、冶金企業(yè)之間、重型廠之間應(yīng)分工產(chǎn)學(xué)研之間、冶金企業(yè)之間、重型廠之間應(yīng)分工合作，聯(lián)合攻關(guān)，成果共享，降低試制成本，實(shí)合作，聯(lián)合攻關(guān)，成果共享，降低試制成本，實(shí)現(xiàn)互贏。在試制出合格產(chǎn)品的層面上