超臨界機(jī)組材料重點(diǎn)

超臨界機(jī)組材料重點(diǎn)第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四材料566℃新型不銹鋼580℃P91600℃－610℃P92、P911620℃P122630-650℃NF12SAVE122023/5/7第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四水冷壁焊接性能——不需要焊后熱處理,

有很好的高溫強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度——壓力/溫度提高抗腐蝕性能——煤中硫的腐蝕13CrMo44焊接性能符合要求，強(qiáng)度稍低T23（HCM2S)T24（7CrMoVTiB1010）HCM12強(qiáng)度最高、加工難度大。2023/5/7第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四聯(lián)箱與管道熱疲勞性能－盡可能選用鐵素體鋼低線漲系數(shù)//高溫蠕變強(qiáng)度//抗蒸汽氧化能力P91：國產(chǎn)化P92：600℃許用應(yīng)力比T91高34％，用作620℃以下鍋爐厚壁部件E911：歐洲新鋼種，高溫強(qiáng)度略低于P92，不易發(fā)生脆變P122：600-650℃蠕變性能與T/P92接近，抗蒸汽氧化和煙氣腐蝕優(yōu)于T/P92，適合620℃以下的厚壁部件2023/5/7第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四末級過熱器、再熱器TP347HFG：將TP347H晶粒細(xì)化，提高了抗蒸汽氧化能力及蠕變強(qiáng)度。Super304：600-650℃的許用應(yīng)力比TP347H高30%HR3C25Cr20NiNbN（TP310NbN）：抗煙氣腐蝕和蒸汽氧化性能好2023/5/7第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四高中壓轉(zhuǎn)子

采用COST501E（10Cr1MoWVNbV）、501F（10Cr1MoVNbN），最高蒸汽溫度610℃

12Cr-MoVNbN系列（TMK1、TOS101）用于593℃改良12Cr是在12Cr基礎(chǔ)上添加W即12Cr-MoVNbWN系列（包括TR1150(TMK2)和TR1200）用于620℃新12Cr即12Cr-MoVNbWCoB系列（包括HR1200、TOS110等）用于630℃-650℃2023/5/7第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四高中壓汽缸與閥體采用G-X12CrMoWVNbN1011和G-X12CrMoWVNbN91，可在600℃應(yīng)用TF1、9.5Cr1MoVNbN（TOS301）更高溫度使用9.5Cr0.5Mo2WVNbN（TOS302）9.5Cr0.5Mo2WVNbNB3.0Co（TOS303）2023/5/7第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四高溫動葉新12Cr鋼改良12Cr鋼

12CrMoVNbN鋼

11CrWVNbNReCoM-252R26Nimonic90Inconel7182023/5/7第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四不同鋼種最小壁厚的比較593.3°C320barX2012CrMoVNbt=75mmP222?Cr1Mot=123mmt=21.5mmNF12P919Cr1MoNbV200mmDia.t=45mmP92(NF616)t=34mmt=36mmP122HCM12A2023/5/7第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

材料高溫蠕變強(qiáng)度2023/5/7第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

(1)需要耐高溫、抗蠕變、高強(qiáng)度金屬材料,高蒸汽參數(shù)部件采用9%Cr、12%Cr新材料。蒸汽溫度為580~600℃時，采用新鋼材。(2)化學(xué)水處理：高參數(shù)工質(zhì)的熱力動力特性使水管內(nèi)部氧化層增厚速度加快，管道溫度升高，壓降增大。采用氧化處理調(diào)整給水含氧量；加強(qiáng)給水質(zhì)量監(jiān)督；凝結(jié)水必須精處理。(3)鍋爐水冷壁的變壓運(yùn)行技術(shù)。成熟的技術(shù)是螺旋管，日本有8臺采用內(nèi)螺紋管垂直管屏的鍋爐投入運(yùn)行。

4.1超臨界機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)

第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.2汽輪機(jī)中壓主要部件材料（ABB）bar/℃/℃ 180/540/540 240/600/599 300/600/600 外缸 2.25%CrMo 2.25%CrMo 1%CrMoV 內(nèi)缸 1%CrMo 1%CrMo 9%CrMoVNbN轉(zhuǎn)子 1%CrMoV 10%CrMoVNbN 10%CrMoVNbN內(nèi)螺栓11%CrMoVNbN11%CrMoVNbN 11%CrMoVNbN熱屏蔽

9%CrMoVNbN主汽閥 1%CrMoV 9%CrMoVNbN 9%CrMoVNbN環(huán)形管 2.25%CrMo 9%CrMoVNbN 9%CrMoVNbN

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.3汽輪機(jī)高壓主要部件材料（ABB）bar/℃/℃ 180/540/540 240/600/599 300/600/600 外缸 2.25%CrMo 2.25%CrMo 2.25%CrMo 內(nèi)缸 1%CrMo 1%CrMoV 10%CrMoVNbN轉(zhuǎn)子

1%CrMoV 1%CrMoV10%CrMoVNbN內(nèi)螺栓11%CrMoVNbN11%CrMoVNbNNimonic80A噴嘴套1%CrMoV11%CrMoVNbN11%CrMoVNbN主汽閥1%CrMoV 9%CrMoVNbN 9%CrMoVNbN環(huán)形管2.25%CrMo 9%CrMoVNbN 9%CrMoVNbN

注：Nimonic80A為鎳基合金

第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.4鍋爐主要部件材料(史密斯穆勒公司)蒸汽參數(shù)250/540/58/540290/582/80/580/23/580305/582/74/600

水冷壁 13CrMo44 13CrMo44 13CrMo44過熱器X20CrMoV121 P91 P92

一次再熱器 X20CrMoV121 P91 P92

二次再熱器 P91

主蒸汽管 X20CrMoV121TPFG347H TPFG347H

一次再熱管 X20CrMoV121TPFG347H TPFG347H

二次再熱管 TPFG347H

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.5600MW鍋爐金屬材料受熱面管子材料允許溫度℃

螺旋管圈水冷壁垂直管屏水冷壁屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器低溫再熱器省煤器13CrMo44（15CrMo）15Mo3（16Mo）10CrMo910（12Cr2Mo）X20CrMoV121X20CrMoV121

X8CrNiNb16B(1Cr19Ni11Nb)10CrMo91015NiCuMoNb5560530580630-650630-650650580500第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.6800MW鍋爐金屬材料第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.7采用新材料的考慮(橘灣1050MW機(jī)組)由IHI公司為橘灣電站提供的1號機(jī)組蒸汽參數(shù)為25.88MPa/605℃/4.61MPa/613℃，該機(jī)組采用了大量高強(qiáng)度、耐高溫、抗蠕變、抗氧化、耐腐蝕性能強(qiáng)的新材料，降低了汽水分離器、過熱器、再熱器等管材的壁厚，減小了熱應(yīng)力，提高了鍋爐對負(fù)荷變化的跟蹤性能。

汽水分離器采用SBV62(SBV2mod)。過熱器、再熱器采用18Cr10NiTiNb、18Cr9Ni3CuNbN。溫度超過600℃時，若采用奧氏體不銹鋼TP347，壁厚將超過11mm；若采用25Cr20NiNbN或20Cr25NbNTiB，可使壁厚減少到8.4mm。

第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/7第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四每噸管子的成本1,000英鎊k￡0.55k￡0.9k￡1.9k￡2.5k￡5.5k￡30.k￡50.0102030405060CMnSteelT222?Cr1MoHCM2SP91316In625In617鐵素體奧氏體鎳基合金2023/5/7第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.8超臨界機(jī)組金屬材料主要決定于參數(shù)由亞臨界參數(shù)提高到超臨界參數(shù)，當(dāng)蒸汽溫度限制在545℃以下時，受影響的部件主要是鍋爐的水冷壁，汽輪機(jī)與亞臨界參數(shù)機(jī)組基本相同；當(dāng)蒸汽溫度提高到580℃，主蒸汽壓力提高到28MPa以上時，鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器、聯(lián)箱、蒸汽管道、汽輪機(jī)高壓缸和第一、二級葉片、噴嘴、主汽門等必須采用新金屬材料。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.9材料與蒸汽參數(shù)及熱效率的關(guān)系25.0MPa27.030.031.535.0

540/585585/600600/620620/620700/720第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.10耐高溫鐵素體鋼適用范圍≤565℃X12CrMo91(T9)美X20CrMoV121(F12)德(轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓)X16CrMoVNbN92(H46)英(轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓)X10CrMoVNbN92(EM12)法X22CrMoWV121(AISI422)美X13CrMoVNbN101(FV488)英(葉片、螺栓)X19CrMoVNbN111(56T5)法(葉片、螺栓)11CrMoVNbN(GE)美(轉(zhuǎn)子)12CrMoWVNbB(TAF)日本(葉片、螺栓)第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.11新開發(fā)的耐高溫鐵素體鋼適用范圍≤600℃9CrMoWNbV(NF616)日11CrMoWCuNbVB(NF12)日11CrWCuNiMoNbV(HCM12A)日.歐10MoWCuMoVNbTa(SAVE12)日X10CrMoVNb91(T91)美X18CrMoVNbB91歐洲X12CrMoWVNbN1011歐洲X20CrMoVNb121歐洲第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.12奧氏體鋼適用范圍600~650℃25Cr20NiNbN(HR3C\火SUS310J1HTB),≤650℃27Cr30NiNbCo(AC66)，≤650℃20CrNiNb(合金)，≤650℃20Cr25NiNbNTiB(NF709)，≤650℃X12CrNiWTi1613，≤650℃X6CrNiMo1713(TP316H)，≤650℃18Cr10NiNb(火SUSTP347HTB)，≤600℃18Cr10NiTiNb(火SUS321J1HTB)，≤600℃18Cr9NiCuNbN(火SUS304J1HTB)，≤600℃第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.13金屬和非金屬元素的性質(zhì)

Cr：鉻ge，防銹，強(qiáng)度高，韌性大，耐磨，耐腐蝕。Mo：鉬mu，強(qiáng)度高，耐熱。V：釩fan，在常溫中不易氧化。Ni：鎳nie，硬度高，堅(jiān)韌，強(qiáng)度高，有朔性，耐溫、耐蝕。Ti：鈦tai，堅(jiān)韌性，耐高溫。Nb：鈮ni，延展性，耐磨，硬度高，耐熱。W：鎢wu，堅(jiān)硬，堅(jiān)韌，耐高溫，高溫下硬度和形狀不變。Cu：銅tong，導(dǎo)熱性，延展性。Co：鈷gu，超耐熱。Ta：鉭tan，延展性，抗酸，抗堿。N：氮dan，惰性元素。B：硼peng，耐磨，熱穩(wěn)定性高。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4.14新材料的開發(fā)+W

+W,CuNF616

HCM124STBA28+V,Nb

STBA24SUS304+Cu,N,-TiSUS321J1HSUSTP347HSUS310J1+Cr,Ni,Nb,N+Nb,-Ti+NbSUS321H改良型9~12%Ｃr鐵素體材料奧氏體材料9CrMoVNb第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.15

水冷壁金屬壁溫與材料的關(guān)系第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.16

水冷壁金屬材料蒸汽參數(shù)為（24~25MPa）/540℃/（540~560℃）的超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁金屬材料采用鐵素體鋼13CrMo44，適用溫度為450℃~460℃，不需要焊后熱處理。蒸汽參數(shù)為（28MPa）/580℃/（580℃）的超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁金屬材料采用馬氏體鋼T91（9%Cr）和HCM12（12%Cr），這兩種鋼不需要焊后熱處理，HCM12比T91的耐高溫、抗腐蝕性能更強(qiáng)。HCM2S的高溫抗蠕變強(qiáng)度高于低鉻鐵素體鋼，可焊性好，焊后不需要熱處理，列為SA213-T23。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.17

汽水分離器的金屬材料汽水分離器是超臨界直流鍋爐的厚壁元件，主要承受低周疲勞應(yīng)力。機(jī)組啟動過程中負(fù)荷變化率越大，汽水分離器承受的應(yīng)力也越大。蒸汽參數(shù)為25MPa/540℃/540℃時，汽水分離器采用15NiCuMoNb5、X20CrMoV121（F12）。蒸汽參數(shù)為28MPa/580℃/580℃時，汽水分離器采用的金屬材料為P91，與X20CrMoV121相比，P91的強(qiáng)度更高，可減小壁厚，提高鍋爐的變負(fù)荷性能。第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4.18

過熱器的金屬材料蒸汽參數(shù)為24MPa~26MPa/540℃/540℃的超臨界機(jī)組鍋爐過熱器，過熱器采用的金屬材料在日本為TP321H、18Cr10NiTi、TP347H、18Cr10NiNb。在德國為13CrMo44、10Cr