超超臨界材料講義

1.鍋爐部件的工作條件高溫：450℃→510℃→540℃→568℃→700℃（超超臨界機(jī)組）高壓：10MPa→(14～16)MPa(超高壓)→(17～21)MPa(亞臨界)→(24～27)MPa(超臨界)→(30)MPa（超超臨界機(jī)組）高溫氧化、高溫腐蝕、熱循環(huán)、長(zhǎng)期運(yùn)行

2.鍋筒（汽包）（一）2.1對(duì)材料的要求高的高溫強(qiáng)度：拉伸、疲勞高的抗汽水腐蝕能力良好的塑性和韌性良好的工藝性能：熱、冷加工性能及焊接性能20g、22g低合金鋼兩類(lèi)：C-Mn鋼系列：以美國(guó)、日本為代表SA299、SB49低合金高強(qiáng)度鋼：歐洲各國(guó)。如德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)等。BHW35、BHW38、19Mn5、19Mn6、16ГНМ、18MD4-05；國(guó)產(chǎn)：18MnMoN2.鍋筒（汽包）（二）2.2材料的種類(lèi)（見(jiàn)表1）鋼號(hào)及技術(shù)條件類(lèi)似鋼號(hào)20g、22g（GB713）20K、22K（ΓOCT）；SB42、SB46、SB49（JIS）；HⅡ（DIN）；11474.1（?SN）12Mng（GB713）10Γ（ΓOCT）；13Mn6（DIN）；SM21（日本）；12MF4（NF）19Mn5、19Mn616Mng、19Mng（GB713）；17Mn4（DIN）；SPV36（JIS）；16ΓC（ΓOCT）；SA299（ASME）SA299A299（ASTM）15MnVg（GB713）A255（ASTM）14MnMoVg（GB713）A302（ASTM）、BHW38（德國(guó)）18MnMoNbg（GB713）13MnNiMo54（BHW35）、13MnNiMoNb表1汽包常用材料的牌號(hào)

3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（一）

3.1對(duì)材料的要求高的高溫強(qiáng)度：拉伸、蠕變、持久強(qiáng)度、持久塑性、疲勞高的抗氧化腐蝕性高的組織穩(wěn)定性良好的工藝性能：熱、冷加工性能及焊接性能

3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（二）3.2材料的種類(lèi)

T23和T24。T23和T24鋼管在550℃具有高的蠕變強(qiáng)度、在焊態(tài)下的硬度較低，是制造水冷壁部件的潛力品種材料。一些主要的鍋爐制造廠還用其制造過(guò)熱器。T23和T244可以光管供貨也可以鰭片供貨。材料的化學(xué)成分與合金化特點(diǎn)

T23鋼在T22的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加1.6%的W、降低Mo含量（0.20%）與C含量（0.04～0.10%）、同時(shí)添加少量的V、Nb、N與B?？刂坪珻量在0.1%以下以提高可焊性且無(wú)需焊前預(yù)熱和焊后熱處理。最大淬火硬度應(yīng)控制在低于Hv350。該鋼種卓越的持久強(qiáng)度源自用W代替部分Mo并添加少量B。固溶強(qiáng)化元素（W、Mo）和析出強(qiáng)化元素（V、Nb）的最佳值為1.6W-0.1Mo-0.25V-0.05Nb（wt.%）。與T22相比，T24添加少量的V、Ti、B。經(jīng)過(guò)正火和回火處理后，析出碳化鉻、細(xì)小的釩及鈷的碳氮化合物，提高蠕變性能。3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（三）材料的熱處理與微觀組織

T23：1060±10℃正火，760±15℃回火?；鼗鹭愂象w—馬氏體組織。

T24：1000±10℃正火，750±15℃回火?；鼗鹭愂象w—馬氏體組織。材料的拉伸性能（見(jiàn)表2）牌號(hào)Rp0.2（MPa）Rm（MPa）δ2″（％）硬度（HB）T23≥400≥510≥20≤220T24≥450≥585≥20≤250表2室溫下的力學(xué)性能

3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（四）材料的蠕變斷裂強(qiáng)度（見(jiàn)圖1～3）

圖1T23材料的持久強(qiáng)度曲線3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（五）圖2T23的持久強(qiáng)度曲（空心符號(hào)表示正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)）

3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（六）圖3T24的持久強(qiáng)度曲線（空心符號(hào)表示正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)）3.超超臨界鍋爐新型水冷壁管材料（七）材料的許用應(yīng)力材料的抗蒸汽氧化性（見(jiàn)圖4、5）材料的焊接性

低碳含量的T23/T24鋼的冷裂紋敏感性優(yōu)于T22，焊接時(shí)無(wú)需焊前預(yù)熱和焊后熱處理。

圖5T24鋼在600℃蒸汽中的抗氧化性能圖4T23鋼蒸汽氧化皮厚度與服役時(shí)間的關(guān)系4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（一）4.1對(duì)材料的要求高的高溫強(qiáng)度：拉伸、蠕變、持久強(qiáng)度、持久塑性、疲勞高的抗氧化腐蝕性高的組織穩(wěn)定性良好的工藝性能：熱、冷加工性能及焊接性能4.2材料的種類(lèi)

主/再熱蒸汽管道、高溫聯(lián)箱和高溫過(guò)熱器/再熱器管材基本可分三大類(lèi)(1)低合金耐熱鋼：（主要用于高溫高壓機(jī)組）12MoCr、15MoCr、10CrMo910（2.25Cr-1Mo）、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二）(2)馬氏體耐熱鋼：（9～12）％Cr系列（主要用于超臨界、超超臨界機(jī)組）

●9Cr1-Mo系列T91／P91T92/P92（NF616，日本）E911（COST“B”，歐洲）●12Cr系列X20CrMoV121（F12）第一代12Cr鋼X20CrMoWV121（F11）12Cr1Mo1WVNb（HCM12）第二代12Cr鋼HCM12A（T／P122）12Cr0.5Mo1.8WVNb(TB12)第三代12Cr鋼11CrWVNbCoBN(NF12)11CrWCoVNbTaNdN(SAVE12)第四代12Cr鋼4.主（再熱）蒸汽管(3)奧氏體耐熱鋼：Cr18-Ni8（主要用于超臨界、超超臨界鍋爐）

TP304H、TP321H、TP316H、TP347H、TP347HFG、Super304HHR3C（25Cr-20Ni-Nb-N）

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（四）4.3常用材料4.3.1低合金耐熱鋼（見(jiàn)表3）鋼號(hào)及技術(shù)條件類(lèi)似鋼號(hào)20（20G）（GB5310）CT20（ГOCT）；1020（SAE、AISI）；C22、CK22、St45.8/Ⅲ（DIN）；S20C（JIS）；XC18（NF）；N2024（CSN）15MoG（15Mo3、16Mo）（GB531016M（ЧМТУ）；STBA12、STPA12（JIS）；A209-T1、A335-P1（ASTM）；15Mo3（DIN）；15020（?SN）12CrMoG（GB5310）12MX（ГOCT）；T2、P2（ASME、ASTM）、12CrMo195（德國(guó)）；15CD2（法國(guó)）15CrMoG（GB5310）5XM（ЧМТУ）；13CrMo44（DIN）；T12、P12（ASME、ASTM）STBA22、STPA22（JIS）；15121（?SN）12CrMoV（GB3077）12XMΦ（ГOCT4543）；15123.9（?SN）；14MoV63（DIN17175）12Cr1MoVG（GB5310）12XIMΦ（ГOCT）；13CrMoV42（DIN）；15225（?SN）；12Cr1MoV（曼內(nèi)斯曼鋼廠）15Cr1Mo1V（15X1M1Φ）A405-61T（ASTM）12Cr2MoG（GB5310）10CrMo910（BQB、DIN）；STBA24、STPA24（JIS）；T22、P22（ASME、ASTM）；HT8（SANDVIK）12Cr2MoWVTiB（G102）（GB5310）12X2MΦCP（TY14－460－75）12Cr3MoVSiTiB（П－11）（GB5310)15NiCuMoNb5（WB36）0Cr5MoWVTiB（G106）STBA25（JIS）；T5、T5C（ASME）表3常用的低合金耐熱鋼的牌號(hào)

4.蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（五）

4.3.2馬氏體新型耐熱鋼

馬氏體耐熱鋼為（9～12）％Cr類(lèi)鋼，其發(fā)展過(guò)程見(jiàn)圖6

圖6（9～12）％Cr類(lèi)鋼的發(fā)展過(guò)程4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（六）

4.3.2馬氏體新型耐熱鋼馬氏體耐熱鋼常用材料的牌號(hào)見(jiàn)表4。鋼號(hào)及技術(shù)條件類(lèi)似鋼號(hào)X20CrMoV121（F12）HT9（SANDVIK）；X20CrMoWV121（DIN）1X12B2MΦ、2X12MΦBP（ГOCT）1Cr9Mo1T9、P9（ASME）；STBA26、STPA26(JIS)；X12CrMo91(德國(guó))；HT7（SANDVIK）1Cr9Mo2（HCM9M）日本三菱重工和住友株式會(huì)社研制1Mn17Cr7Mo-VNbBZr（17-7MoV）（T91、P91）／10Cr9Mo1VNb（GB5310）X10CrMoVNb91（DIN17175）；TUZ10CDVNb09.01（NFA-49213）T92/P92（ASME、ASTM）NF616（日本）E911（COST“B”）歐洲HCM12A（T／P122日本三菱重工和住友株式會(huì)社研制表4（9～12）％Cr系列常用材料的牌號(hào)4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（七）4.3.2.1T/P91鋼介紹9Cr－1Mo鋼的發(fā)展歷程T／P91鋼的合金化特點(diǎn)?高的Cr量和少量Al的加入，大大的提高了鋼的抗氧化能力和熱穩(wěn)定性；?高的合金元素含量（Cr、Mo、Mn）增加了固溶強(qiáng)化的能力；?少量N的加入，使鋼的第二相增加，不僅有碳化物，還有氮化物等，增加了沉淀強(qiáng)化的能力；?強(qiáng)碳化物元素Nb的加入，在鋼中形成復(fù)合碳化物Nb（C、N）；?低的P、S含量，使鋼的晶界凈化，提高了晶界強(qiáng)度。

表5推薦的T／P91鋼管的熱處理工藝ASTMA213－335法國(guó)Vallourec作用正火回火≥1040℃≥730℃1040℃～1090℃780℃±15℃≥1h大多數(shù)碳化物充分溶解而無(wú)晶粒長(zhǎng)大細(xì)小的碳化物在馬氏體結(jié)構(gòu)中均勻沉淀4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（八）4.3.2.1T/P91鋼介紹T／P91鋼的熱處理及微觀組織特點(diǎn)

表5為美國(guó)ASTM和法國(guó)Vallourec推薦的T／P91鋼管的熱處理工藝?；鼗瘃R氏體結(jié)構(gòu)＋大量細(xì)小的M23C6型碳化物沉淀相V(C、N)、Nb（C、N），大量的位錯(cuò)密度提高了鋼的持久強(qiáng)度。

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（九）4.3.2.1T/P91鋼介紹T91／P91鋼的力學(xué)性能

表6P91與有關(guān)鋼材室溫力學(xué)性能的比較4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十）4.3.2.1T/P91鋼介紹T91／P91鋼的力學(xué)性能

圖7T／P91鋼與有關(guān)鋼沖擊功的比較

圖8T／P91鋼與有關(guān)鋼蠕變強(qiáng)度的比較

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十一）4.3.2.1T/P91鋼介紹P91鋼焊接接頭特性（a)沖擊韌性：焊縫＜熔合線區(qū)＜熱影響區(qū)。各國(guó)有關(guān)公司對(duì)P91鋼的焊接接頭的沖擊性能要求見(jiàn)表7。表7各國(guó)有關(guān)公司對(duì)P91鋼的焊接接頭的沖擊性能要求國(guó)別或公司抗拉強(qiáng)度Rm（MPa）沖擊功Ak（J）美國(guó)ONRL（橡樹(shù)嶺國(guó)家試驗(yàn)室）600～64081～122美國(guó)ASME第3卷≥68日本神戶鋼鐵公司585～760≥68歐洲BSEN599≥47德國(guó)DIN3252540～50德國(guó)曼內(nèi)斯曼≥68法國(guó)瓦魯瑞克≥68國(guó)家電力公司部門(mén)文件電源質(zhì)［2002］100號(hào)《關(guān)于頒布“T91/P91鋼焊接工藝導(dǎo)則”的通知》≥414.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十二）4.3.2.1T/P91鋼介紹P91鋼焊接接頭特性（b)沖擊韌性與硬度的關(guān)系（見(jiàn)表8）（c)硬度與斷裂韌性的關(guān)系（焊縫）（見(jiàn)表9）表8沖擊韌性與硬度的關(guān)系母材焊縫熔合線區(qū)熱影響區(qū)HBAk（J）HBAk（J）HBAk（J）HBAk（J）217164204949111719913092120190918091852161662801818222143319172209810190表9焊縫硬度與斷裂韌性的關(guān)系硬度HBδ0.05（mm）δ0.2（mm）δUmin（mm）δUp（mm）2040.1860.322——280——0.0150.024.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十三）4.3.2.1T/P91鋼介紹P91鋼焊接接頭特性（d)提高焊縫韌性的措施·采取有效的充氬措施?！?yán)格的預(yù)熱措施。采用遠(yuǎn)紅外加熱，預(yù)熱溫度為150～200℃·嚴(yán)格控制線能量。小的線能量可有效地減少碳化物的析出量和鐵素體含量，防止馬氏體晶粒長(zhǎng)大，提高焊縫的擊韌性。·合理的布置垂直焊道與水平焊道。P91焊縫的沖擊值也受到焊道類(lèi)型的影響，線狀焊道比棒狀焊道的沖擊值高圖9橫、吊焊縫焊道排布示意圖4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十四）4.3.2.2T/P92鋼介紹T/P92鋼的納標(biāo)

——1995年列入ASTMA213、ASTMA335和ASMESA335——1996年列入ASMESA213和ASMESA335T／P92鋼的合金化特點(diǎn)

T/P92是在T91／P91鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加W，降低Mo含量以調(diào)整鐵素體與奧氏體形成元素的平衡，輔之以B的微合金化，C含量的降低可提高組織穩(wěn)定性，保證最佳的加工性能。

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十五）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的熱處理及微觀組織特點(diǎn)表10為ASTM和V&M公司推薦的鋼管熱處理工藝。鋼顯微組織為回火馬氏體。ASTMA213/ASTMA335V&M公司作用正火≥1040℃1040℃～1080℃可使大多數(shù)碳化物溶解而晶粒并不長(zhǎng)大?；鼗稹?30℃750℃～780℃（≥1h）使碳化物在馬氏體中均勻析出,獲得最佳的強(qiáng)韌性配合。表10推薦的T／P92鋼管的熱處理工藝

注：厚壁管必須加速冷卻或淬火處理4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十六）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的力學(xué)性能

圖10P92鋼正火溫度與拉伸強(qiáng)度、夏比沖擊性能的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)材料RP0.2RmδHBA213—A335P22≥205≥415≥30≤163T22≥220A213—A335T／P92≥440≥620≥20≤250A213—A312TP347H≥205≥515≥35≤192注：延伸率為標(biāo)距2″的試樣。表11T／P92鋼與有關(guān)鋼材室溫力學(xué)性能的比較4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十七）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的力學(xué)性能

圖11T／P92鋼的屈服強(qiáng)度與溫度的關(guān)系圖12T／P92鋼的抗拉強(qiáng)度與溫度的關(guān)系4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十八）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的力學(xué)性能

圖5.13T／P92鋼夏比沖擊功與溫度的關(guān)系

圖14T／P92鋼與有關(guān)鋼低周疲勞特性比較

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（十九）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的力學(xué)性能

圖15T／P92鋼的L-M參數(shù)曲線

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十）4.3.2.2T/P92鋼介紹P92鋼焊接接頭特性

表12P92鋼焊接接頭的拉伸、沖擊性能

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十一）4.3.2.2T/P92鋼介紹T／P92鋼的抗氧化和抗腐蝕性能

圖16T／P92鋼的抗氧化性能

圖17T／P92鋼的抗腐蝕性能

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十二）

4.3.2.3E911鋼介紹E911鋼的合金化特點(diǎn)鋼中的主要元素除Cr外還有C、N、V和W。少量Nb元素（<0.1%）的加入有助于在1150℃以下正火獲得細(xì)小的原奧氏體晶粒尺寸，從而提高韌性。但是Nb的加入又導(dǎo)致焊接接頭的韌性降低。

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十三）

4.3.2.3E911鋼介紹E911鋼的熱處理及微觀組織特點(diǎn)（a）熱處理特點(diǎn)圖5.19E911鋼的回火曲線熱處理制度為1060℃～1100℃正火和760℃回火（見(jiàn)圖5.19）。由于對(duì)于E911鋼制造的鍋爐部件的去應(yīng)力和焊后熱處理溫度通常約為750℃，所以沒(méi)有考慮更低的溫度回火。（b）微觀組織特點(diǎn)回火馬氏體組織很明顯：馬氏體板條和殘余高的位錯(cuò)密度。金相觀測(cè)表明，E911鋼在1060℃正火和760℃回火處理之后形成的的回火馬氏體組織處于亞穩(wěn)態(tài)。在試驗(yàn)溫度為600℃～650℃時(shí)，變化發(fā)生的非常緩慢。4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十四）4.3.2.3E911鋼介紹E911鋼的力學(xué)性能

表13E911屈服強(qiáng)度的最小值和持久強(qiáng)度的平均值4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十五）4.3.2.3E911鋼介紹E911鋼的力學(xué)性能

圖18E911鋼持久強(qiáng)度曲線圖19設(shè)計(jì)曲線4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十六）4.3.2.3E911鋼介紹E911鋼焊接接頭特性

目前已經(jīng)確定了一種最佳焊縫金屬成分（表5.20），可使焊縫在初期具有與母材相當(dāng)?shù)捻g性和高溫強(qiáng)度。但是，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，在單軸試驗(yàn)里出現(xiàn)接頭強(qiáng)度降低的現(xiàn)象，預(yù)測(cè)比母材的強(qiáng)度降低約30%，失效發(fā)生在熱影響區(qū)的Ⅳ型區(qū)。然而，它遠(yuǎn)沒(méi)有首次出現(xiàn)時(shí)那么重要，這是因?yàn)樵阱仩t制造和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)力主要是周向分布的，其軸向應(yīng)力約是周向應(yīng)力的50%。如果設(shè)計(jì)主要考慮蠕變，一般避免采用縱向焊縫。

表14E911鋼焊縫金屬的成分4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十七）4.3.2.4P122鋼（HCM12A）介紹P122鋼合金化特點(diǎn)

P122鋼可以用于大口徑厚壁管。考慮到抗蝕性，與P91鋼相比，此鋼的Cr含量更高。P122鋼卓越的持久強(qiáng)度是由于用W代替部分Mo并添加少量B。C是抑制δ-鐵素體形成的有效元素，為提高可焊性降低了C含量。為保證大口徑厚壁管的韌性，將Cr當(dāng)量控制在9%以下來(lái)控制δ-鐵素體的形成。通過(guò)添加Cu來(lái)降低Cr當(dāng)量。對(duì)于小徑管，為有效提高抗熱蝕性增加了Cr含量，使鋼中含有微量δ-鐵素體。4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十八）4.3.2.4P122鋼（HCM12A）介紹P122鋼的熱處理及微觀組織特點(diǎn)（a）熱處理特點(diǎn)住友金屬公司生產(chǎn)的規(guī)格為Φ350×50mmP122無(wú)縫管材。熱處理：正火1050℃/1h/空冷和770℃/3h回火。（b）微觀組織特點(diǎn)在供貨狀態(tài)下，材料為回火馬氏體，僅有少量的δ－鐵素體?；鼗瘃R氏體組織在經(jīng)過(guò)蠕變作用后預(yù)期的變化為：位錯(cuò)密度降低以及亞晶長(zhǎng)大

4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（二十九）4.3.2.4P122鋼（HCM12A）介紹P122鋼的力學(xué)性能

P122鋼600℃時(shí)的許用應(yīng)力值比T91高1.3倍。P122鋼的沖擊值隨時(shí)效溫度和時(shí)間的增加而降低。然而，這種鋼在長(zhǎng)期服役后仍具有足夠高的沖擊值。圖20為P122鋼的持久強(qiáng)度曲線。圖21為P122鋼在600℃/160MPa下的蠕變應(yīng)變～時(shí)間曲線。

圖21P122鋼在600℃/160MPa蠕變?cè)囼?yàn)的應(yīng)變～時(shí)間曲線圖20P122鋼的持久強(qiáng)度曲線4.主（再熱）蒸汽管道、高溫聯(lián)箱（三十）4.3.2.3E911鋼介紹P122鋼焊接特性

P122鋼的碳含量控制在0.14%以下，使其冷裂紋敏感性優(yōu)于P91。P122鋼的抗氧化和抗腐蝕性能形成的氧化皮分為兩層，且氧化皮無(wú)剝落。P122鋼的抗蒸汽氧化抗性能證明優(yōu)于含9%Cr的HCM9M。奧氏體鋼如TP347H和TP321H的氧化皮厚度比鐵素體鋼薄，但TP321H在服役3年后發(fā)生氧化皮剝落現(xiàn)象。圖23P122鋼蒸汽氧化皮厚度與服役時(shí)間的關(guān)系

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（一）

電站鍋爐用奧氏體耐熱不銹鋼主要為Cr18－Ni8型不銹鋼，隨著超臨界、超超臨界機(jī)組的發(fā)展，新的25Cr－20Ni型不銹鋼開(kāi)始應(yīng)用，奧氏體耐熱不銹鋼的發(fā)展過(guò)程見(jiàn)圖24圖24奧氏體耐熱不銹鋼的發(fā)展過(guò)程

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（二）

常用材料的牌號(hào)見(jiàn)下表鋼號(hào)及技術(shù)條件類(lèi)似鋼號(hào)1Cr18Ni9（GB5310）SUS304TB、SUS304TP（JIS）；TP304H（ASME）Super304H1Cr19Ni11Nb（GB5310、GB13296）SUS347TB、SUS347TP（JIS）；TP347H（ASME）；08X18H12B（ГOCT）X10CrNiNb189（德國(guó)）TP347HFG0Cr17Ni12Mo2、TP316H（GB13296）SUS316TB、SUS316TP（JIS）；TP316H（ASME）0Cr18Ni11Ti（GB5310）SUS321TB、SUS321TP（JIS）；TP321H（ASME）；12X18H12T（ГOCT）HR3C表15常用材料的牌號(hào)

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（三）5.1SUPER304H

日本住友金屬株式會(huì)社和三菱重工開(kāi)發(fā)的鋼種，目前已納入日本MITI標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)ASMECodeCase2328已予確認(rèn)。合金化特點(diǎn)

在TP304H的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低Mn含量上限，加入約3％的Cu、0.45%Nb和一定量的N，使該鋼在服役條件下產(chǎn)生微細(xì)彌散富銅相沉淀于奧氏體內(nèi)，該富銅相與NbC、NbN、NbCrN和M23C6一起產(chǎn)生極佳的強(qiáng)化效應(yīng)。5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（四）5.1SUPER304H力學(xué)性能特點(diǎn)拉伸性能高于常規(guī)的18－8不銹鋼，而塑性與TP347H相當(dāng)，許用應(yīng)力較TP347H約高20％表16SUPER304H室溫拉伸性能

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（五）5.1SUPER304H力學(xué)性能特點(diǎn)

表17SUPER304H高溫拉伸性能

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（六）5.1SUPER304H力學(xué)性能特點(diǎn)圖25時(shí)效10年的材料的持久強(qiáng)度曲線5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（七）5.1SUPER304H抗氧化腐蝕性能：650℃的抗蒸汽氧化性能大大優(yōu)于TP304H和TP347H；耐腐蝕性能優(yōu)于TP304H，略遜于TP347H。焊接性能：熱裂紋敏感性低于TP347H。

圖26SUPER304H與TP347HFG和TP321H抗蒸汽氧化性能的比較圖27SUPER304H與TP347H抗熱腐蝕性能的比較5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（八）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）

日本住友金屬開(kāi)發(fā)到新鋼種，美國(guó)ASMECodeCase2115已予確認(rèn)。合金化特點(diǎn)：在600～750℃，固溶氮和微細(xì)的NbCrN氮化物沉淀改善鋼的持久強(qiáng)度，溶于基體的固溶氮也有助于顯微組織的穩(wěn)定性；表18為HR3C鋼的化學(xué)成分。

表18HR3C鋼的化學(xué)成分CMnSiPSCrNiNbN0.05～0.070.91～1.220.25～0.500.003～0.0180.002～0.00524.05～25.7417.05～22.94≤0.580.036～0.3455.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（九）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）力學(xué)性能特點(diǎn)：拉伸性能、持久強(qiáng)度遠(yuǎn)高于常規(guī)的18－8不銹鋼及SUPER304H，而塑性略低于常規(guī)的18－8不銹鋼，且組織穩(wěn)定性高。表19為室溫下拉伸性能，圖5.29和圖5.30分別為母材和焊接接頭的持久強(qiáng)度曲線。

表19室溫下的拉伸性能5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）力學(xué)性能特點(diǎn)圖28HR3C母材的持久強(qiáng)度曲線

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十一）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）力學(xué)性能特點(diǎn)圖29HR3C焊接接頭的持久強(qiáng)度曲線

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十二）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）抗氧化腐蝕性能：由于含有較高的Cr含量，HR3C鋼的抗氧化性和高溫抗腐蝕性要優(yōu)于常規(guī)的18-8不銹鋼。圖30和圖31分別表明了HR3C抗熱腐蝕和抗蒸汽氧化性能。

圖30HR3C的抗熱腐蝕性能

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十三）5.2HR3C（Cr25-Ni20系列）抗氧化腐蝕性能焊接性能：HR3C的可焊性與TP347H相近，兩種填充材料（Inconel625、Inconel82）的TIG焊接頭的性能相當(dāng)好圖31HR3C與常規(guī)18－8不銹鋼抗蒸汽氧化性能的比較5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十四）5.3TP347FG

Sumitomo公司開(kāi)發(fā)出了一種細(xì)晶粒TP347FG不銹鋼管，作為18－8型不銹鋼的最佳改良鋼種，TP347FG比其它18-8型不銹鋼更適合于作為蒸汽溫度為565℃～620℃的超超臨界末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器候選材料使用TP347HFG的標(biāo)準(zhǔn)化和化學(xué)成分表20TP347HFG鋼的名義成分（wt%）CMnSiCrNiNb0.081.600.6018.010.00.805.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十五）5.3TP347FGTP347HFG的研發(fā)背景和制造工藝

TP347HFG（Fine-grain）是日本住友公司在TP347H基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。20世紀(jì)80年代，人們發(fā)現(xiàn)TP347H雖具有較好的抗高溫腐蝕性能，但抗高溫蒸汽腐蝕的性能還有待于提高。通過(guò)改進(jìn)制造工藝，將軟化處理溫度提高到1250℃～1300℃，使得NbC這類(lèi)MX型碳化物充分固溶析出，固溶處理溫度基本保持不變，析出NbC既限制了晶粒長(zhǎng)大，又提高了蠕變斷裂強(qiáng)度。新工藝得到的晶粒細(xì)化到8級(jí)以上，從而具備更優(yōu)良的抗高溫蒸汽腐蝕性能，對(duì)提高過(guò)熱器管的穩(wěn)定性起到了重要的作用。

5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十六）5.3TP347FGTP347HFG主要性能介紹及強(qiáng)化方式

TP347HFG保持了原347H較高的短時(shí)拉伸性能和抗高溫氧化和高溫蒸汽腐蝕。TP347HFG鋼的化學(xué)成分和TP347H沒(méi)有差別，但細(xì)晶強(qiáng)化效果明顯，NbC固溶更加充分，細(xì)小彌散分布的MX型碳化物的強(qiáng)化效果，使得材料具有良好抗高溫蠕變、疲勞的性能；晶粒細(xì)化后有利于Cr穿過(guò)晶界向表面擴(kuò)散形成致密的Cr2O3保護(hù)層而防止被蒸汽氧化。表5.30為T(mén)P347HFG鋼和粗晶TP347H鋼的許用抗拉強(qiáng)度；圖5.33TP347HFG鋼和粗晶TP347H鋼的持久強(qiáng)度曲線；圖5.34TP347HFG鋼的焊接接頭的持久強(qiáng)度曲線；圖5.35幾種不銹鋼在綜合煤灰下的抗高溫腐蝕性能。5.高溫過(guò)熱器（再熱器）管新型奧氏體耐熱不銹鋼（十七）5.3TP347FGTP347HFG主要性能介紹及強(qiáng)化方式表21TP347HFG鋼和粗晶TP347H