再熱器hrhc與super304h管性能對比

再熱器hrhc與super304h管性能對比

0高級不銹鋼試驗?zāi)茉喘h(huán)茂壓機(jī)是中國第一個擁有1000mw以上高性能的超極驅(qū)動機(jī)。對工藝的過度加熱和再熱器的服務(wù)環(huán)境是嚴(yán)格的。采用了先進(jìn)的不銹鋼材料hr3c和super304h。這種材料是中國首次使用的，對其運(yùn)行后的組織和性能規(guī)律尚不清楚。因此,有計劃地在部件運(yùn)行不同時段后進(jìn)行割管試驗,對了解這類高級不銹鋼運(yùn)行后的組織和性能變化,積累相關(guān)材料運(yùn)行數(shù)據(jù),保障電廠安全生產(chǎn)有重要意義。本文選取其中某臺運(yùn)行5400h后的二級再熱器HR3C和Super304H管段取樣進(jìn)行了性能試驗。1級再熱部件結(jié)構(gòu)及材質(zhì)玉環(huán)電廠二級再熱器出口介質(zhì)溫度為605℃,壓力為5.04MPa。HR3C管規(guī)格為?60.3mm×3.7mm,取樣位置為26屏第1根管;Super304H管規(guī)格為?60.3mm×3.5mm,取樣位置為25屏第2根管。圖1為二級再熱部件結(jié)構(gòu)及材質(zhì)分布。對2種材料鋼管進(jìn)行了化學(xué)成分、室溫拉伸、650℃拉伸、室溫沖擊、金相組織、維氏硬度、氧化皮成分和形貌分析等試驗,試驗結(jié)果如下。1.1液-液-u-p3-三氟組合材料在正熱再壓縮技術(shù)上的應(yīng)用,改良后的發(fā)展內(nèi)HR3C鋼是日本住友公司在TP310H奧氏體不銹鋼中添加N和Nb元素而開發(fā)出來的25Cr20Ni型奧氏體不銹鋼,是目前服役環(huán)境苛刻的超超臨界過熱器和再熱器的首選材料,Super304H鋼是日本住友公司在TP304H基礎(chǔ)上通過Cu、Nb、N合金化而開發(fā)出來的奧氏體不銹鋼。玉環(huán)電廠HR3C和Super304H運(yùn)行管的化學(xué)成分如表1所示。HR3C和Super304H運(yùn)行管的化學(xué)成分均符合ASME相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。1.2試驗測試結(jié)果HR3C和Super304H的原始管及運(yùn)行管的室溫拉伸和650℃拉伸試驗結(jié)果及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的下限如圖2～5所示,HR3C原始管和運(yùn)行管室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長率均符合ASMESA213TP310HCbN技術(shù)條件要求,但伸長率明顯降低。與Super304H原始管相比,運(yùn)行管的室溫抗拉強(qiáng)度有所增加,而斷后伸長率降低,650℃抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率均有所降低。對原始管和運(yùn)行管取樣進(jìn)行室溫沖擊試驗,因受管子規(guī)格限制,采用非標(biāo)準(zhǔn)的夏比V型缺口沖擊試樣,試樣規(guī)格為10mm×2.5mm×55mm,室溫沖擊試驗結(jié)果見圖6。由圖6可見,與原始管相比,HR3C運(yùn)行管的沖擊吸收功和沖擊韌性明顯降低,其余運(yùn)行管的沖擊吸收功均降至原始管的1/3左右,HR3C管運(yùn)行后韌性明顯降低。Super304H韌性顯著優(yōu)于HR3C。1.3管正確尺寸及組織分析圖7～9為HR3C原始管和運(yùn)行管的光學(xué)金相組織。由圖可見,HR3C原始管和運(yùn)行管均為奧氏體組織,原始管晶粒度4～5級,運(yùn)行管晶粒度2～3級。從晶粒度大小來看,原始管和運(yùn)行管非同一批次材料,相應(yīng)機(jī)械性能可作為參考。運(yùn)行管向火側(cè)晶界析出相尺寸較大且數(shù)量較多,組織老化程度大于背火側(cè)。圖10～12為HR3C原始管和運(yùn)行管的BEI(背散射電子)像,原始管和運(yùn)行管基體上均分布有大小不等的白色顆粒,經(jīng)EDS(能量色散譜)分析發(fā)現(xiàn),白色顆粒均為NbCrN。圖13～15為Super304H原始管和運(yùn)行管的光學(xué)金相組織。由圖可見,Super304H原始管和運(yùn)行管均為奧氏體組織,晶粒度7～8級,屬于細(xì)晶粒奧氏體不銹鋼;Super304H管運(yùn)行后晶界有第2相析出,但第2相尺寸較小,數(shù)量較少。圖16～18為Super304H原始管和運(yùn)行管的BEI像,原始管和運(yùn)行管基體上與HR3C一樣分布有大小不等的白色顆粒,經(jīng)EDS分析發(fā)現(xiàn),該白色顆粒不是NbCrN,而是Nb(C,N)。對Super304H運(yùn)行管的金相樣進(jìn)行SEM/EDS分析,未發(fā)現(xiàn)σ相。1.4hrc運(yùn)行管背火側(cè)硬度與原始管硬度比較圖19為HR3C和Super304H原始管和運(yùn)行管維氏硬度平均值。由圖可以看出,HR3C運(yùn)行管背火側(cè)硬度與原始管接近,向火側(cè)硬度有所下降。Super304H運(yùn)行管背火側(cè)硬度與原始管接近,而向火側(cè)硬度有所提高。1.5運(yùn)行管內(nèi)皮氧化皮元素分析圖20為HR3C運(yùn)行管內(nèi)壁氧化皮背散射電子像,表2為圖20中相應(yīng)位置的EDS分析結(jié)果?？梢钥闯?從形貌和成分上,HR3C內(nèi)壁氧化皮可以分為4層結(jié)構(gòu):最外層為(Fe,Cr)3O4尖晶石層(圖20中位置1處);次外層為Cr2O3層(位置2),最外層和次外層之間無明顯界面;次內(nèi)層(位置3)為富Ni層,O含量較低;最內(nèi)層為Cr2O3層(位置5),該層不連續(xù)。氧化皮最厚處約為28μm,其中最外層和次外層總厚度約為15μm。HR3C是25Cr20Ni型奧氏體不銹鋼,高的Cr、Ni含量使基體具有優(yōu)良的抗蒸汽氧化性能,次外層的Cr2O3層和次內(nèi)層的富Ni層可有效降低O通過氧化層向內(nèi)擴(kuò)散和Fe向外擴(kuò)散的擴(kuò)散速率,從而降低氧化皮的生長速度。圖21為Super304H運(yùn)行管內(nèi)壁氧化皮元素面分布圖。由圖可以看出,Super304H內(nèi)壁氧化皮為4層結(jié)構(gòu):最外層為Fe3O4;次外層Fe含量很低,成分已接近Cr2O3;次內(nèi)層為Ni含量較高的彌散內(nèi)氧化層;最內(nèi)層為Cr2O3層。在靠近氧化皮的基體處出現(xiàn)了明顯的貧Cr區(qū)。2運(yùn)行管性能分析美國Eddystone電站HR3C運(yùn)行1年后,室溫拉伸抗拉強(qiáng)度約為800MPa,屈服強(qiáng)度為400～420MPa,延伸率約為20%。玉環(huán)電廠高再運(yùn)行管的抗拉強(qiáng)度明顯高于此數(shù)據(jù),而延伸率則均在30%以上,遠(yuǎn)高于Eddystone電站HR3C運(yùn)行1年后的延伸率。Eddystone電站Super304H運(yùn)行管的抗拉強(qiáng)度接近700MPa,延伸率約為20%。玉環(huán)電廠Super304H抗拉強(qiáng)度約為720MPa,而延伸率約為44%,性能良好。Eddystone電站HR3C(試樣尺寸為10mm×5mm×55mm)運(yùn)行1年后,室溫沖擊韌性低于20J/cm2,研究發(fā)現(xiàn)HR3C運(yùn)行后脆性增加是由于G相在晶界析出。玉環(huán)電廠HR3C運(yùn)行管室溫沖擊韌性均在40J/cm2以上,高于20J/cm2。Eddystone電站的Super304H室溫沖擊韌性向火側(cè)為80J/cm2,背火側(cè)為100J/cm2,玉環(huán)電廠Super304H室溫沖擊韌性與此接近。據(jù)OAKRidgeNationalLaboratory的研究報告介紹,從組織穩(wěn)定性考慮,310系列改良不銹鋼設(shè)計時的韌性目標(biāo)是在時效或服役后的室溫拉伸延伸率不低于10%,沖擊韌性應(yīng)不低于15J。目前,玉環(huán)電廠高再HR3C的室溫拉伸延伸率和沖擊韌性均遠(yuǎn)高于此值。另外,文獻(xiàn)指出,HR3C經(jīng)過10000h時效以后,沖擊韌性將達(dá)到穩(wěn)定值,而不再下降。3結(jié)論(1)環(huán)氧樹脂廠的汞柱管為5400h后強(qiáng)度很高,但脆性明顯增加。(2)