火電機組高端鍋爐耐熱鋼的發(fā)展

PAGEPAGE16火電機組高端鍋爐耐熱鋼的發(fā)展1.火電用耐熱鋼的發(fā)展背景火力發(fā)電機組用耐熱鋼的發(fā)展與世界上的能源危機相關聯(lián)，1973年和1978年兩次能源危機使歐美、日本各國重視燃煤的火力發(fā)電，替代燃油動力，提高發(fā)電效率，降低成本。20世紀90年代初各國重視環(huán)境污染，進一步提高發(fā)電機組參數(shù)和熱效率，由此，促進了火電機組和火電用耐熱鋼的快速發(fā)展。中國的情況也很相似。由于改革開放，經(jīng)濟高速發(fā)展，能源和資源成為發(fā)展的瓶頸，在2000-2004年出現(xiàn)電力嚴重短缺，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心是能源，中國是＂富煤、缺油、少氣＂的資源性國家，中國的能源發(fā)展是以煤為主體，電為中心。未來10年要實現(xiàn)10-15億千瓦裝機容量，估計2001-2030年間，中國能源投資約2.3萬億美元，80%用于電力建設，其中50%用于發(fā)電設備。燃煤火力發(fā)電是我國電力的主體，裝機容量約占75%以上，發(fā)電量占80%以上，未來10年內(nèi)這種格局不會大變。由于亞臨界、超臨界和超超臨界機組約占50%，導致我國的火電機組平均煤耗水平約為357g/Kw.h，平均熱效率約為33%，先進工業(yè)國家煤耗約為300g/Kw.h，平均熱效率約40%，按2007年火力發(fā)電量26980億千瓦時計算，若全部采用超超臨界機組發(fā)電可節(jié)省原煤近3億噸，約占全國用煤量的1/10，可減少CO2排放5.4億噸，SO2300萬噸，NO2400萬噸。目前煤電造成的排放污染約占全國的50%以上，由此表明，發(fā)展超臨界和超超臨界火電機組對降低成本、節(jié)約煤炭資源，2.火電機組的發(fā)展和現(xiàn)狀火電機組的發(fā)展已歷經(jīng)百年，發(fā)達國家超臨界機組運用已有40多年的歷史，直到1949年蘇聯(lián)建造了第一臺超超臨界試驗機組才有所突破，人們認識到發(fā)電效率的提高和煤耗的降低，50年代，美國、西德、日本相繼仿制，但因缺少高性能耐熱鋼，被迫將機組降到超臨界參數(shù)運行，直到1978年美國研制成功鐵素體耐熱鋼T/P91才使火電機組發(fā)展到超超臨界。歷史上發(fā)生的超超臨界機組－超臨界機組－超超臨界機組的發(fā)展過程經(jīng)歷了20年，這是一個痛苦的發(fā)展過程，它告訴人們，高端耐熱鋼是火電機組發(fā)展的基礎。（１）美國是發(fā)展超超臨界技術最早的國家之一，1957年第一臺超超臨界機組在前Philo電廠（6”）投運，12.5萬千瓦，31MPa,621/566/538℃。1958年，第二臺機組在Eddystone電廠（1”）投運，32.5萬千瓦，34.4MPa,649/566/566℃，因鍋爐過熱器高溫熱疲勞和腐蝕和汽輪機高壓缸蠕變變形，1963年降至31MPa,610/577/577℃運行。美國在隨后的20年中主要用超臨界機組，一般參數(shù)為24.1MPa,538/538/552(566)℃。80年代，由于燃料價格上漲和對環(huán)保要求提高，美國電力研究院（EPRI）又重新開始超超臨界機組技術的研究，參數(shù)為31MPa,593/593/593℃,1992年有107臺80萬千瓦以上機組，其中燃煤機組占70%以上。近年美國GE公司向日本出口26.6MPa/577/600℃和25MPa/600/610℃超超臨界機組，并正在建設高參數(shù)、大容量機組（38.5MPa/760/760/760℃）。（２）蘇聯(lián)是發(fā)展超臨界和超超臨界機組最早的國家，1949年投入了第一臺超超臨界試驗機組，30萬千瓦，29.4MPa,600℃，后又投入一臺10萬千瓦，29.4MPa,650℃。1963年正式投入運行的30萬千瓦超超臨界機組參數(shù)為23.5MPa/580/565℃。由于高溫腐蝕嚴重和其他問題，其蒸汽溫度降為540/540℃。其后投運的50、80、120萬千瓦機組基本上都是超臨界參數(shù)565/570℃.蘇聯(lián)在30萬千瓦以上機組都是超臨界參數(shù)，計有200多臺，占總裝機容量50%以上，當時煤耗已達326g/Kw.h水平。近年來，俄羅斯的大容量超超臨界機組參數(shù)為28-30MPa,580-600℃的成本大幅度提高，缺乏視場競爭力，所以，在90年代以來，日本各公司轉(zhuǎn)向高溫參數(shù)的超超臨界機組。日本投運了一批24.5MPa,593/593℃,600/600℃,600/610℃機組(1993.4碧南3#機組，1994.12能代2#機組，七尾大田電廠2#機組，2000年敦賀2#機組，等等)，日本參數(shù)最高的機組是2000年桔灣電廠投運的兩臺105萬千瓦，25.5MPa,600/610℃機組。日本各公司正在進行34.5MPa,620/650℃高參數(shù)機組的開發(fā)生產(chǎn)。日本在1985年超臨界和超超臨界機組共約82臺運行，4680萬千瓦，占總裝機容量61%，平均煤耗低于326/Kwh，目前約有（３）德國是研究和制造超超臨界機組最早的國家之一，1956年投運8.8萬千瓦，34MPa，610/570/570℃機組，1972年投運43萬千瓦，24.5MPa,535/535℃和1979年投運47.5萬千瓦，25.5MPa，530/540/530℃超臨界機組。90年代以來，德國投運和在建的超超臨界機組約20臺(1992.8，Staudinger電廠，1999年Lippendorf電廠，2000年Niederaubem電廠以及Hessler電廠等等)基本上都是大容量、高參數(shù)機組。（４）日本發(fā)展超超臨界機組起步較晚，但發(fā)展速度很快。1967年日立公司由美國B&W公司引進第一臺超臨界機組（66萬千瓦，24.12MPa,538/566℃）在沛崎電廠投運，其后，其他公司從美國和德國引超超臨界技術，在政府的支持下大力發(fā)展超超臨界技術。日本走引進、仿制、創(chuàng)新的路線，從亞臨界到超超臨界，從30萬千瓦，60萬千瓦到100萬千瓦，每上一個等級只需3-4年。日本在1981年開始超超臨界計劃（1981-2001），第一步31MPa,566/566/566℃，第二步34MPa,593/593/593℃。三菱公司設計的70萬千瓦，31.6MPa,566/566/566℃的兩臺機組，分別于1989年和1991年在川越電廠投運。日本的陽光計劃是34.3MPa/650℃（5）歐洲發(fā)展超臨界機組與日本相似,大多數(shù)采用高溫和一次再熱,所不同的是主蒸汽壓力較高.（1998-2003）目標620℃,COST536℃(2004-2009)目標650℃。意大利和丹麥主要發(fā)展超臨界和超超臨界機組，丹麥1998和2001年投運的兩臺40萬千瓦，29MPa,582/580/580℃（６）中國從中壓火電機組發(fā)展到超臨界火電機組經(jīng)歷了四十年。1981年從美國CE公司引進了30萬千瓦和60萬千瓦臨界火電機組，并于1987、1989年建成投入運行。80年代末我國從瑞士ABB公司進口了超監(jiān)介火電機組,安裝在上海石洞口二廠,共2臺60萬千瓦機組（24.2MPa,538/566℃），1992年投入運行。后來又從俄羅斯等國進口超臨界火電機組。第一臺國產(chǎn)超臨界42.5萬千瓦機組是由北京巴威公司制造成功并于2000年投入運行，第一臺超超臨界100萬千瓦機組是由哈鍋制造成功并于2006年11月投入運行（26.25MPa,600/600℃）。2007年底，我國總裝機容量為7.1329億千瓦，火電占77.73%，發(fā)電量為32559億千瓦時，火電占82.86%.2007年底，企業(yè)承接和投標的600萬Kw超臨界機組約220臺，60萬級超超臨界機組76臺，100萬Kw超超臨界機組94臺，共約27160萬Kw。表1列出國外主要超超臨界機組概況表2列出我國首臺機組的情況表3列出火電機組參數(shù)與發(fā)電效率，發(fā)電煤耗情況表1國外主要超超臨界機組概況國家電站容量（MW）參數(shù)投運時間鍋爐制造商美國Philo6#12531/621/566/5381957B&WEddystone1、2#32536.5/654/566/5661958/1960CE日本能代2#60024.1/566/5931994.121H1苓北1#70025.01/570/5681995.121H1七尾大田2#70025.01/597/5951998.71H1橘灣1#105025.8/605/6132000.61H1碧南4、5#100024.1/593/5932001.11/2002.111H1七尾大田1#50025.0/570/5951995.3日立BHK松蒲2#100025.0/598/5961997.7日立BHK原町2#100025.4/604/6021998.7日立BHK橘灣700025.0/570/5952000.7日立BHK橘灣2#105025.9/605/6132000.12日立BHKHitachinaka1#100025.4/604/6022002.7日立BHK川越1、2#70032.9/57.1/569/5691989.6/1990.6Mitsubishi敦賀1#50024.1/566/5661991.10Mitsubishi原町1#100025.4/566/59319987.7Mitsubishi三隅1#100025.4/604/6021998.7Mitsubishi敦賀2#70024.1/593/5932000.10Mitsubishi苓北2#70024.1/593/5932001MitsubishiMaizuru1#90024.5/595/5952003Mitsubishi丹麥野5#60024.5/600/6002004MitsubishiVestkraft35025.1/560/5601992.7SulzerSkaerbaekvaerket3#41529/582/580/5801997FLSmiljφ/BWENordjyllandsvaerket3#41529/582/580/5801998.10FLSmiljφ/BWEAvedore2#41530.5/580/6002001FLSmiljφ/BWE德國Staudinger5#50026.2/545/5621992.8FLSmiljφ/BWEAltback32028.5/545/5681995SteinmullerSchkopanA/B45028.5/545/5601995SteinmullerBoxbergIV1/290028.5/545/5801998/1999SteinmullerLippendorfR/S92028.5/554/5831999/2000德國BabcockBexbach1175030/583/6002001德國BabcockFirmmersdorf95029.0/580/6002001德國EVTSchw.pumpe(A,B)80028.4/552/5701997/1998RWE100026.8/580/6002000ABB-AlstomNiederaubem95026.04/580/6002002.11ABB-AlstomFranken60028.5/575/595表2我國不同參數(shù)與容量的首臺機組的情況單機容量(MW)參數(shù)MPa/℃/℃投運電廠鍋爐制造廠安裝單位投運日期63.5/435田家庵電廠上鍋安微二公司1956年4月259.0/535閘北電廠上鍋上海電建公司1958年12月509.0/535遼寧電廠哈鍋東電一公司1959年11月100（進口）9.0/535北京一熱電廠原蘇聯(lián)北京電建公司1959年10月100（國產(chǎn)）9.0/535高井電廠哈鍋北京電建公司1967年2月12513.5/550/550吳涇熱電廠上鍋上海電建公司1969年9月20013.0朝陽電廠哈鍋東電一公司1972年12月300（國產(chǎn)）535/535望亭電廠上鍋上海電建公司1974年9月300（引進型）16.5/535/535石橫電廠上鍋山東二公司1987年7月超臨界320（進口）17.0/538/538南京熱電廠俄羅斯塔干羅格鍋爐廠江蘇電建一公司1994年3月350（進口）25/545/545寶鋼電廠日本三菱上海電建公司1982年11月500（進口）16.5/538/538神頭二電廠捷克斯柯達公司山西二公司1991年11月超臨界500（進口）16.5/538/538盤山電廠俄羅斯波多爾斯克，奧爾忠尼啟則機器制造廠北京電建公司1995年12月600（進口）25/545/545元寶山電廠德國斯坦繆勒東電一公司1985年12月600（引進型）18.5/538/538平圩電廠哈鍋安微二公司1989年11月600（進口）17.0/538/538石洞口二廠美國ＣＥ，瑞士蘇爾壽公司上海電建公司1992年6月660（進口）24.1/538/566沙角Ｃ電廠美國ＣＥ公司廣東火電公司1996年6月700（進口）18.2/538/538珠海電廠日本三菱廣東火電公司2000年4月超臨界800（進口）25/545/545綏中電廠俄羅斯塔干羅格鍋爐廠東電三公司1999年12月超臨界900（進口）25.76/542/568外高橋電廠德國阿爾斯通上海電建公司2004年4月超臨界425（國產(chǎn)）24.8/568/596澳大利亞梅爾米蘭北京巴威公司（出口）2000年4月超臨界600（國產(chǎn)）24.2/566/566沁北電廠東方鍋爐廠東電一公司2004年11月超超臨界1000（國產(chǎn)）26.25/600/600玉環(huán)電廠哈鍋浙江火電公司2006年11月表3火電機組參數(shù)與發(fā)電效率、發(fā)電煤耗情況機型蒸汽壓力MPa蒸汽溫度℃發(fā)電效率%發(fā)電煤耗g/Kwh中壓機組3.543527455高壓機組9.051033372超高壓機組13.0535/53535351亞臨界機組17.0535/53538323超臨界機組25.5566/56641300超超臨界機組27.0600/60045273超超臨界機組30.0600/600/60048256超超臨界機組35.0700/72055223圖1日本火電機組蒸汽參數(shù)發(fā)展圖2韓國火電機組蒸汽參數(shù)發(fā)展圖3中國火電機組蒸汽參數(shù)發(fā)展圖4世界火電機組蒸汽參數(shù)發(fā)展3.火電機組鍋爐用耐熱鋼的發(fā)展和現(xiàn)狀火電機組用耐熱鋼，從總的方面看，美國、日本、歐洲在蒸汽溫度600℃的超臨界和超超臨界機組材料經(jīng)10多年的運行已經(jīng)可以滿足使用要求，正在研制650℃蒸汽溫度參數(shù)機組用材，預研≥700℃蒸汽溫度參數(shù)機組用材。中國的火電機組用耐熱鋼技術處于引進、消化、吸收、創(chuàng)新和國產(chǎn)化階段，還有大量的試驗、研究、試制和評定工作需要做。中國在火電設備制造方面，裝機容量和用電量上是僅次于美國的第二大國，目前火電用耐熱鋼的需求是世界上第一大國。裝機容量和用電量預計在10年內(nèi)會超過美國。耐熱材料的發(fā)展水平，決定了不同時期的火電機組的運行參數(shù)，在20世紀20年代使用碳鋼，蒸汽壓力4MPa，溫度370℃。隨后Mo鋼的出現(xiàn)，參數(shù)提高到10MPa，480℃。直到50年代，CrMo鋼的應用，參數(shù)提高到17MPa，566℃。美國第二臺超超臨界機組在Eddystone電廠1＃機組運行，由于使用奧氏體厚壁鋼管，導熱系數(shù)低，熱膨脹系數(shù)高，造成熱疲勞后開裂，迫使電力公司將機組參數(shù)降到亞臨界17MPa，圖5火電用鍋爐鋼持久強度的發(fā)展過程高端鍋爐耐熱鋼分為鐵素體鋼和奧氏體鋼兩類。（1）鐵素體型鍋爐耐熱鋼的發(fā)展按照鋼的最高使用溫度大致可以分為四個發(fā)展階段（表4和圖6）。在60-70年代G102、EM12、HT91、HCM9M等鋼號對亞臨界機組的發(fā)展起很大貢獻，知道1970-1985年期間T/P91的發(fā)展，提高了持久強度、可焊性等，才保證了超臨界機組（≤600℃）的成功運行和超超臨界機組的試驗建造。1985年以后T92（NF616）、E911、HCM12A（T/P122）的研制成功，使鋼進一步強化，使持久強度保持在較高水平，保證了超超臨界機組的安全運行。近十年來，世界各國都在為620-650表4鐵素體型鍋爐耐熱鋼發(fā)展的四個階段發(fā)展階段年代耐熱鋼最高使用溫度高溫持久強度MPa（105h）典型鋼號和合金化特點機組11960-1970≤565≤60G102,HT91,HCM9M,EM12Cr+固溶強化元素（Mo,Nb）亞臨界21970-1985≤600≤115HCM12,T/P91優(yōu)化C和增加V,N,B超臨界31985-1995≤620≤140E911,P122,P91,X20CrMoV121增加W,Cu超超臨界41995年以后≤650≤180NF12,SAVE12增加W和Co超超臨界圖6鐵素體型鍋爐耐熱鋼的演變（2）奧氏體型鍋爐鋼的發(fā)展奧氏體耐熱鋼由于Cr、Ni含量大幅度提高，使鋼的高溫持久強度、抗蒸汽腐蝕和抗灰腐蝕性能比鐵素體鋼有大幅度提高，用于過熱器和再熱器。如圖所示大致也可以分為四階段，第一階段為18-8+Ti、Nb、Mo，第二階段18-8+強化元素量提高，第三階段有兩類，一類是18-8+Nb、W+N、B、Cu，具有代表性的鋼號有TP347HFG、Supper304H、XA704，一類是25-20+Mo、Nb+N、B，這一階段解決了超臨界和超超臨界鍋爐用鋼，具有代表性的鋼號有HR3C、NF709，第四階段是近幾年正在發(fā)展的鋼號，其特點是兼顧高的持久強度和抗蒸汽腐蝕性能，如NF709R，SAVE25等鋼號，我國正在開展新的研究。105hCreepRuptureStrength圖7奧氏體型鍋爐耐熱鋼的演變世界各國發(fā)展的主要高端鍋爐耐熱鋼及合金匯總于表5。表5鍋爐管用材化學成分（wt％）鋼號CSiMnCrNiMoWNbVTiNBCuFe12Cr2MoWVTiBG1020.08-0.150.45-0.750.45-0.651.6-2.1-0.5-0.650.3-0.55-0.28-0.180.08-0.18-＜0.008-余T23/P23（HCM2S）CC2199-30.04-0.10≤0.500.10-0.601.9-2.6-0.05-0.301.45-1.750.08-0.200.20-0.30-≤0.0300.0005-0.006余T24/P24CC25140.05-0.100.15-0.450.30-0.702.2-2.6-0.90-1.10--0.20-0.300.05-0.10≤0.0120.0015-0.007余T91/P91（HCM9S）0.07-0.140.20-0.500.30-0.608.0-9.5≤0.400.85-1.05-0.06-0.100.18-0.25Ti≤0.01Al≤0.020.03-0.07Al≤0.02Zr≤0.01余T92/P92（NF616）CC2179-30.07-0.13≤0.500.30-0.608.5-9.5≤0.400.30-0.601.50-2.000.04-0.090.15-0.25Ti≤0.01Al≤0.020.03-0.070.001-0.006Zr≤0.01余E911CC23270.09-0.130.10-0.500.30-0.608.5-9.5≤0.400.90-1.100.90-1.100.06-0.100.18-0.25Ti≤0.01Al≤0.020.04-0.090.0003-0.006Zr≤0.01余X20CrMoV1210.20.51.012.00.51.0--0.3余T122/P122（HCM12A）CC2180-20.07-0.14≤0.50≤0.7010.0-11.5≤0.500.25-0.601.50-2.500.04-0.100.15-0.30Ti≤0.01Al≤0.020.04-0.100.0005-0.005Cu0.3-1.7Zr≤0.01余NF120.080.20.511-0.22.60.070.2-0.050.0042.5Co余SAVE120.100.30.211--3.00.070.2-0.040.07Ta0.04Nd3.0Co余TP347HCC2196-10.04-0.10≤1.00≤2.017.0-20.09.0-13.0--0.32-1.00--0.06-0.10--余TP347HFGCC2159-20.04-0.10≤1.00≤2.017.0-20.09.0-13.0--0.32-1.00余Super304H(S30432)CC2328-10.07-0.13≤0.30≤1.0017.0-19.07.5-10.50--0.30-0.60-Al0.003-0.0300.05-0.120.001-0.0102.50-3.5余鋼號CSiMnCrNiMoWNbVTiNBCuFeS30434CC25120.07-0.14≤1.00≤2.0017.5-19.59.0-12.0P≤0.040S≤0.010.10-0.40—0.10-0.25—0.001-0.0042.50-3.50余TempaloyA-10.07-0.14≤1.00≤2.0017.5-19.59.0-12.0--≤0.40-≤0.20余TempaloyAA-10.07-0.14≤1.00≤2.0017.5-19.59.0-12.0--≤0.40-≤0.20--2.5-3.5余XA704CC2475≤0.05≤1.00≤2.0017.0-20.08.00-11.00—1.50-2.600.25-0.500.20-0.50—0.10-0.25——余NF709R0.040.441.0521.9025.041.38P0.0300.13S0.0080.010.140.005余NF7090.150.51.020251.5-0.2-0.1余HR3C(S31042)CC2115-10.04-0.10≤0.75(≤1.00)≤2.024-2617-23--0.2-0.6--0.15-0.35--NF7070.080.51.022351.5-0.2-0.1余SAVE250.100.11.02318-2.50.45--0.2-3.5余HR6W0.080.41.22343-6.00.080.18--0.003-余CR30A0.060.30.230502.00.2--0.03Zr余GH29840.04-0.08≤0.5≤0.518-20余1.8-2.2—0.9-1.2—0.9-1.2——Al0.2-0.532-34Inconel6170.090.40.422548.50.3-1.2Al12.5Co≤2.50Inconel7400.060.50.325余0.6-2.0-1.7-0.9Al20Co0.7Inconel6710.050.60.64851.5Nimonic2630.04-0.08≤0.4≤0.619-21余5.6-6.1———1.9-2.4Al≤0.60≤0.70主要耐熱鋼鋼號的需用應力圖列于圖8。圖8鍋爐耐熱鋼許用應力圖4.高端鍋爐耐熱鋼的特點和國產(chǎn)化的進展4.1目前的形勢今后我國火電機組的生產(chǎn)制造主要是超超臨界和超臨界機組，亞臨界機組的比例很小，今后發(fā)展超超臨界的比例也將要超過超臨界。在超臨界機組中高端用耐熱鋼主要是T/P91、TP347、TP347HFG。在超超臨界機組中高端用耐熱鋼主要是T/P92、T/P91、T/P122、TP347HFG、Super304H、HR3C以及XA704、NF709R。目前國內(nèi)建造中緊缺的是P92、T/P92、TP347HFG、Super304H和HR3C，TP347HFG和Super304H國內(nèi)已經(jīng)開始供貨，P92和HR3C全部依賴進口，供不應求，價格昂貴。4.2高端鍋爐耐熱鋼的特點鐵素體鋼主要集中在T/P91、T/P92、T/P122，都是馬氏體鋼，國際上習慣稱為鐵素體鋼。共同的特點含Cr量在9-12%Cr，加入W、Mo固溶強化元素和少量析出強化元素，如Nb、V、N、B以及Cu，強化的特點概括地列于表6。表6鐵素體鋼的強化特點固溶強化M23C6MX相(Nb,V)(C,N)Laves相σ相富Cu相BT/P910.9Mo,0.05N主量，m級次量，納米級次量，m級次量--T/P9111Mo+1W,0.065N主量次量，納米級次量，m級次量-晶界強化T/P921.8W,0.05N主量次量，納米級主量，m級--晶界強化T/P1221.8W+0.4Mo,0.05N主量次量，納米級主量，m級-次量，納米級晶界強化（1）T/P91鋼1）T/P91鋼的強化主要依靠M23C6析出相的強化，其次是MX相強化和Mo的固溶強化，在高溫長時使用后會析出σ相，當σ相在<2m且彌散分布時對強度有貢獻，當σ相長大后就失去了強化作用，同時在σ相周圍區(qū)域貧Cr。在高溫長時運行后M23C6會發(fā)生粗化（即長大）使持久強度下降，MX相是一個比較穩(wěn)定的相，對長時持久強度貢獻大，日本學者Abe和歐洲的研究表明，在幾萬小時后可能發(fā)生MX2）鋼中Cr量的控制應當引起重視的是鋼中Cr的含量，標準中是8.0-9.5%，而生產(chǎn)廠追求潤，往往在冶煉中把Cr的含量控制在下限，8.2～8.3%，尤其是T91在爐內(nèi)使用會發(fā)生管外表面腐蝕嚴重，對管內(nèi)抗蒸汽腐蝕性能也不利，因此，用戶在訂貨時需要與鋼廠、鋼管廠要求在中限以上，以保證T/P91鋼管高溫長時的抗腐蝕性。3）T/P91鋼中Al、Ti含量的控制Al在鋼中會與鋼中的氧結(jié)合成粒狀Al2O3，與鋼中的N結(jié)合成AlN。粒狀Al2O3是夾雜物，對鋼的強度和抗腐蝕性能不利，關鍵是AlN，AlN是尖角的不規(guī)則的脆性相，在應力條件下可能在尖角處由于應力集中而萌生裂紋，危害性大。Al2O3和AlN的生成都會降低鋼的塑性性能。夾雜物與基體之間由于微電池效應會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，對鋼不利。因此，在近幾年來國際上重視鋼中Al、Ti及Zr量的控制，在ASME213M-07，ASME213-08中都規(guī)定了Al≤0.02%，Ti≤0.01%，Zr≤0.01%。4）關于S、P、O含量的看法在標準中S、P的規(guī)定是比較寬的，從日本進口的鋼管和質(zhì)保書看，控制是嚴的。S是有害元素，主要形成MnS夾雜，由于是塑性夾雜物，對熱加工塑性變形影響不大，對鋼的塑性性能影響也不大，但是，本人認為MnS夾雜在鋼中的存在可以看作是微裂紋的存在，MnS的強度很低，在長時應力條件下回在這些薄弱區(qū)域發(fā)生微裂紋的發(fā)展，因此，會對鋼的高溫持久強度產(chǎn)生影響。S含量低，MnS的尺寸、數(shù)量、形態(tài)分布都會改善，條狀的MnS變成點狀不連續(xù)分布、數(shù)量減少，尺寸減少都會減少MnS的負面影響。從供貨情況來看，日本進口鋼管中S含量一般在0.003%以下，國產(chǎn)在0.006%以下，質(zhì)量比較好。P含量高一般會影響熱加工塑性，可能會影響焊縫的塑性，目前供貨在0.020%以下，可以滿足生產(chǎn)和使用。氧含量在標準中沒有規(guī)定，日本進口管分析[O]在20～35ppm，國產(chǎn)在30～60ppm，有爐外精煉條件的特鋼廠[O]一般在30～45ppm，[O]低必然會降低鋼中氧化物夾雜的級別，改善氧化物夾雜的尺寸、數(shù)量、分布和形態(tài)，低的[O]會改善鋼的性能，但是，會增加煉鋼的成本。5）關于δ-鐵素體T/P91鋼的Cr當量不高，T91鋼管中一般不出現(xiàn)δ-鐵素體，在大口徑厚壁的P91鋼管中由于成分偏析等原因往往會出現(xiàn)δ-鐵素體，對鋼的持久強度會有不利影響，因此，要求鋼的冶煉中使成分均勻化，尤其是澆注成鋼錠，要求鋼錠中不發(fā)生偏析，最好進行高溫擴散退火。（2）T/P92鋼1）T/P92鋼的強化：T/P92鋼是在T/P91鋼基礎上發(fā)展的，是日本新日鐵鋼鐵公司神原瑞夫和小田克朗在1987年研制成功的，即NF616。鋼中加入1.50-2.00%W，把Mo量由0.85-1.05%降到0.30-0.60%，采用W-Mo復合強化，W+Mo的總量達到1.80-2.60%，超過T/P91的一部，同時加入0.001-0.006%B，目的是提高鋼的高溫持久強度。T/P92鋼主要依靠M23C6析出相的強化，與其相當?shù)氖荓aves相（AB2），其次是MX相強化和固溶強化以及B對晶界的強化。由于B元素加入M23C6相中會抑制M23C6的長大，即在高溫下T/P92中的M23C6長大速度低于T/P91鋼中T/P92鋼中加入約1.8%W在調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)鋼中就存在Laves相，最初的析出量比M23C6量要少很多，但在高溫下析出速度快，增量大，在幾千小時后的析出量與M23C6相當，成為主要強化相。MX相即（Nb,V）（C,N）相在高溫下比M23C6和Laves相穩(wěn)定，析出相增長不多，尺寸在納米級，因此，對持久強度有明顯貢獻。固溶在固溶體中的W和Mo由于置換固溶而強化基體，固溶在固溶體中的N由于間隙引起晶格畸變也能使固溶體強化，T/P92中的B還強化晶界。由于以上各方面的強化作用使得T/P92比T/P91的持久強度大幅度提高，普遍認為可用于6202）鋼中Cr量控制由于T/P92鋼的使用溫度比T/P91鋼高，抗蒸汽腐蝕和管外壁抗灰腐蝕的要求相應提高，因此希望Cr量控制在中限以上，甚至中上限為好。3）關于δ鐵素體P92鋼由于大口徑厚壁、變形量小，普遍存在δ-鐵素體，日本住友公司控制水平高，可能出現(xiàn)δ-鐵素體少。這是P92鋼的一個重要問題，δ-鐵素體的出現(xiàn)，必然降低鋼的長時持久強度，要避免δ-鐵素體的生成，難度比P91要大，原因是鋼中Cr含量應當在中限-中上限，W+Mo總量比P91中高一倍，導致鋼的Cr當量提高，這就要求煉鋼的技術提高，保證鋼錠中不發(fā)生偏析。本人認為P92鋼中含Ni量需要放寬，比如≤0.60%，有利于降低Cr當量。大鋼錠最好進行高溫擴散退火，使鋼中成分均勻。鋼管的回火溫度必須嚴格控制，防止δ-鐵素體的生成。4）T/P122鋼中Al、Ti及S、P含量基本上與T/P91相同。（3）T/P122是在T/P92的基礎上發(fā)展起來的，是日本住友公司伊勢田敦朗在1991年研制成功的。為了提高抗腐蝕性能將Cr量由9%提高到11%，同時加入1%Cu。1）T/P122鋼的強化T/P122鋼中W含量由T/P92的1.5-2.0%提高到1.50-2.50%，V含量由0.15-0.25%提高到0.15-0.30%，并加入1%Cu，除了T/P92的固溶強化，M23C62）δ-鐵素體伊勢田敦朗忽略了δ-鐵素體的危害作用，由于Cr、W、V含量的增加導致鋼的Cr當量高，增加1%Cu后仍然處于臨界狀態(tài)，在T/P122中不同程度地存在δ-鐵素體，雖然Ni的上限提高到≤0.50%，實際上δ-鐵素體甚至多達30%以上，導致高溫持久強度下降比T/P92低。從日本和歐洲電站使用情況表明，T/P122的抗腐蝕性能較好，強度比T/P91好，總的效果不如T/P92，2007年ASME公布T/P122持久強度比原先公布的下降27%，T/P92鋼下降15%，因此，目前設計中大多不采用T/P122，目前在日本、歐洲以及我們都在T/P122鋼的基礎上調(diào)整，目的是持久強度不低于T/P92，而抗灰腐蝕性能提高以滿足620-650℃（4）TP347H和TP347HFGTP347H和TP347HFG是在18-10奧氏體的基礎上0.32-1.0%Nb和0.06-0.10%N，使鋼的高溫強度大幅度提高。1）鋼的強化主要是M23C62）鋼的抗灰腐蝕性能由于大幅度地提高Cr量，抗蒸汽腐蝕和抗灰腐蝕性能比鐵素體鋼大幅度提高。3）TP347HFG通常稱細晶347，由于細晶粒鋼的抗蒸汽腐蝕性能明顯提高，因此采用荒管在1200℃4）關于TP347HFG持久強度高于TP347H的分析1983年日本住友公司寺西洋志研制成功TP347HFG鋼。TP347HGF鋼高溫持久強度高于TP347H，有些人認為是細晶的原因，又認為用傳統(tǒng)的理論解釋不清，傳統(tǒng)的理論是認為在等強溫度以上，由于高溫下晶界強度比晶內(nèi)弱，晶界上的缺陷導致首先萌生裂紋，因此，在等強溫度以上，鋼的晶粒度越高，即晶粒越細，強度會越低。TP347H和TP347HGF的生產(chǎn)過程有不同，TP347HGF鋼的生產(chǎn)為了獲得細晶，在穿管后的荒管要經(jīng)過1200-1250℃高溫固溶，在這個過程中大塊的一次NbC有很大部分甚至全部溶解到固溶體中，在鋼管或是持久試樣在高溫長時過程中析出二次的細小彌散的NbC或是Nb（C,N）,因而導致TP347HFG鋼比未經(jīng)過高溫固溶處理的TP347H5）TP347HFG生產(chǎn)工藝的意義TP347HFG生產(chǎn)過程中采用1200-1250℃高溫固溶處理的工藝，不僅提高了TP347H鋼的強度和抗腐蝕性能，更重要的是為以后的Super304H、HR3C（5）Super304H（S30432）該鋼是日本住友公司1991年椹木義淳與三菱公司合作研制成功，為超超臨界機組的開發(fā)奠定了基礎。該鋼是在18-8的基礎上吸收多元素復合強化理論研制成功的。1）Super304H鋼的強化特點該鋼在18-8的基礎上添加Nb、Cu、N、B，主要是M23C6相的強化，其次是MX即Nb（C，N）相和富Cu相的強化，固溶Nb、N起到2）抗灰腐蝕性能由于鋼中含18%Cr，在>650℃在歐洲，超超臨界鍋爐中采用Super304H鋼管制作過熱器管使用曾發(fā)生蒸汽腐蝕劑嚴重的現(xiàn)象。后拉研究表明，管內(nèi)壁經(jīng)過噴丸處理，使表面50