高参数火电机组用耐热 钢发展现状
陕西电力科学研究院材料所 张兵
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主要内容
1、火电厂高温部件用钢的历史回顾 2、耐热钢发展的技术路线 3、新型耐热钢的应用 4、700℃级蒸汽参数合金材料简介 5、结束语
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1火电厂高温部件用钢的历史回顾
1.1 五十年代中期前 我国火电厂均为中温中压和低温低压机组，其蒸汽
引进美国亚临界参数T=540℃/540℃、P=18.2MPa 的300MW和600MW火电机组。主蒸汽管道和再热蒸汽 管道热段均选用A335P22(10CrMo9）1钢0 。 1.5 九十年代
从俄罗斯引进了10套一般超临界机组和6 套亚临 界供热机组，超临界机组参数T=545℃/545℃、 P=25.2MP，a 其主蒸汽管道均选用15Cr1Mo1钢V 。
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奥氏体（Austenit）e 耐热钢： 以原子排列为面心立方结构的奥氏体为基体
的热强钢。 优点： 耐高温腐蚀性较强，在较高温度下工作时组
织稳定性好， 600℃以上服役时的蠕变断裂强度 较高。
缺点： 低的导热率，高的线膨胀系数，工艺性能
差，焊接接头易产生早期失效，应力腐蚀敏感 性强，制造成本高。
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1.6 九十年代后期
原电力部规划设计总院管道小组提 出“关于我国火电厂主蒸汽管道采用 P91钢的建议”，其后建造的的国产 300MW、600MW级亚临界、超临界机组 主蒸汽管道均采用A335P91钢。
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? 1.7 2004 年我国开始建设超超临界 600MW和 1000MW 机组。
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2.2 耐热钢的性能要求 蠕变断裂强度（高温强度、持久强度） 材料的蠕变断裂强度决定了其高温服役状态下的许用应
力，是保证高温部件运行可靠性的重要性能指标。 抗高温腐蚀性能 高温腐蚀又称煤灰腐蚀、烟气侧腐蚀，是指金属在高温
环境中和氧或氧化物发生化学反应转变为金属氧化物的过程。 高温腐蚀是影响锅炉受热面管寿命的主要因素。
的A335P92 钢；锅炉高温过热器和高温再热器部件
大量采用A213T91 、T92、T122等新型体素体耐热
钢以及Super304H 和HR3C等新型奥氏体体耐热钢。
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图1 中国火电机组蒸汽参数发展趋势
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为了适应超超临界机组的发展需求， 美国、日本、欧洲等发达国家，经过 多年的研究，开发了2.25%Cr系列， 9% -12%C系r 列及新型奥氏体系列等新 钢种，并纳入到美国材料试验协会 ASTM 标准中。
参数均不超过450℃、3.8MPa。锅炉受热面及主蒸汽管道 用钢为10 号或20 号低碳优质碳素钢
1.2 五十年后期年至六十年代末 发展了12MW、25MW、50MW以及100MW无中间再
热高温高压机组，机组的主蒸汽参数T=510℃、540℃、 P=9.8MP。a 主蒸汽管道用钢为：用于510℃的主蒸汽管道 选用12CrMo和15CrMo钢；用于540℃的主蒸汽管道选用 12Cr1MoV钢。
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2006 年11 入运行， 12 月4日华电邹
县电厂7号机组（1000MW 超超临界）投入运行，
标志着中国电力正式进入超超临界时代。
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上述机组均采用引进国产设备，其蒸汽参数为：
主蒸汽/再热蒸汽温度为 600℃/600℃，主蒸汽出口
压力为 26.5MPa 。主蒸汽管道选用了可满足该参数
在已建成和正在建设的我国 1000MW超超临界机组中，该类新型管 材所占比例达到60%左右。
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2、耐热钢发展的技术路线 2.1耐热钢的种类
耐热钢通常分为体素体耐热钢和奥氏体耐热钢 体素体（Ferrite）耐热钢： 以原子排列为体心立方结构的体素体为基体的热强钢
优点： 高的导热率，低的线膨胀系数，具有铁磁性便于 进行无损检测，应力腐蚀敏感性弱，工艺性能好，制 造成本较低。 缺点： 抗高温腐蚀性能力较差，在较高温度下工作时组 织稳定性差，600℃以上服役时的蠕变断裂强度较低且 随温度的升高下降幅度大。
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1.3 六十年代末年至七十年代年末 发展了超高压中间再热机组125MW、200MW和亚
临界300MW火电机组，机组主蒸汽参数T=540℃、 555℃、P=16.7MP。a 主蒸汽管道材料10CrMo91、0 X20CrMoWV121(F1或1)X20CrMoV121 (F1，2) 钢。 1.4 七十 年代末至八十 年代末
抗蒸汽氧化性能 蒸汽侧氧化带来的主要问题是氧化层剥落造成的管路堵 塞超温失效以及颗粒物对汽轮机部件的损伤。
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抗热疲劳、蠕变疲劳性能 热疲劳和蠕变疲劳是导致厚壁高温部件早期失 效的主要原因之一。 为适应机组负荷频繁变化的实际工况，必须高 度重视部件材料的抗热疲劳、蠕变疲劳性能。 工艺性能 金属材料冷、热加工成型的难易，决定了其工 程应用的广泛性。 对于电站用耐热钢而言，焊接性能是衡量材料 工艺性能的主要指标。
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3新型耐热钢的应用 3.1 耐热钢的分类
铁素体钢按照微观组织分类： ◆珠光体钢 ◆贝氏体钢 ◆马氏体钢 按照合金含量分类 ◆碳素钢（20G、25MnG等） ◆1-2Mo（15MoG、20MoG等） ◆1Cr-0.5Mo（15CrMoG、12Cr1MoVG等） ◆2.25Cr-1Mo（10CrMo910、T/P22、T/P23等）
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2.3体素体耐热钢的发展技术路线图
图2 铁素体耐热钢的发展历程
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2.4 奥氏体耐热钢的发展路线 304（18Cr-8Ni ）----304H （H Grade，0.040.1C）----Super304 （ 18Cr-8NiCuNbN ） 347（18Cr-8NiNb )--- 347H（H Grade，0.040.1C）--- 347HFG(Heat Treatment) 18Cr-8Ni ----316(18Cr-8NiMo) ----316H （H Grade，0.04-0.1C ） 309(22Cr-12Ni)---310(25Cr-20Ni)--310NbN(25Cr-20NiNbN 、HR3C）