3．P92、P122 和 E911 钢的比较
3.1 P92、P122 和 E911 钢的化学成分
P92、P122 和 E911 钢的化学成分可以见表二，如下所示：
表二：P92、P122 和 E911 钢的化学成分（质量％）
钢种 C
Si Mn Cr Ni Mo W
V
Nb
B
N
Cu Al
P92 0.07 Max. 0.30 8.50 Max. 0.30 1.50 0.15 0.04 0.001 0.030
3.3 P92、P122 和 E911 钢显微组织的比较
3.3.1 P92 钢 M23C6碳化物沉淀、VN和Laves相沉淀物的平均大小和体积分数是由蠕变时间和温度决定
的，由蠕变引起的应变会加快碳化物颗粒M23C6的粗化，而对VN氮化物的粗化的影响不大。这 是由于溶解物牵引效应使得取代的原子产生位错而引起的，在蠕变实验阶段，都会产生微粒 边界的运动和自由位错。Hald研究表明，Mo的溶解和扩散控制着M23C6碳化物颗粒的粗化，因 此，由位错引起的Mo原子扩散的加剧可以用来解释蠕变引起的应变会加快碳化物颗粒M23C6的 粗化。而在蠕变期间，VN氮化物颗粒沉淀的体积分数基本保持不变。当P92 钢材料在 600℃， 蠕变时间为 10,608h后，Laves相沉淀物的平均大小和体积分数是定量的，变化就不大了， 这主要是由于在 650℃时材料的蠕变实验中Laves相颗粒的密度太低而且Laves相颗粒的平 均直径太大（大约为 0.5um），使得我们所采用的TEM技术不能得到准确的结果。 3.3.2 P122 钢
1．概述
由于环境、经济效益和能源的要求，使得电厂要求向高效率的方向发展，目前国内外正 在开发多种洁净煤发电技术，即：循环流化床(CFBC)、增压流化床联合循环(PFBC-CC)、整 体煤气化联合循环( IGCC) 以及超临界(SC) 与超超临界技术(USC)。采用这些洁净煤发电技 术即可以节约能源、减小对环境的污染（减少SO2、 NOx 和CO2的排放），还提高了电厂 的发电效率。目前，增压流化床联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)尚处于试 验或示范阶段, 在技术上还存在许多不完善之处。超超临界技术在国外已经有一套相对完整 而成熟的设计、制造技术。因此，大容量超临界和超超临界机组将是我国洁净煤发电技术的 主要发展方向, 也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的最现实和最有效 的途径。
随着蒸汽参数的提高，国外又开发了新的材料，主要部分的工作已经在日本和欧洲完成， 最突出的是日本的 NF616 和 HCM12A，它们分别被美国材料试验协会和美国机械工程师协会 标准化为 P/T92 和 T/P122。还有欧洲开发的 E911 钢，这三种钢是国内外主蒸汽管道常用材 料。因此我们有必要研究它们的性能，将它们进行对比。
而研制成的，它有较高的许用应力，可以应用于 620℃的主蒸汽管道，P92 钢的焊接性能的
研究正在我国哈尔滨锅炉有限公司进行。P122 钢与P92 钢可以从表一中看出，P122 钢中含
有少量的Cu，增加了W的含量，而减少了Mn的含量，也可应用于 620℃的主蒸汽管道，且具
有较好的可焊性。用Cu元素部分代替Ni可以提高蠕变强度。E911 钢成分和P92 钢的成分和性
超超临界机组主蒸汽管道的材料主要是铁素体/马氏体钢，我们所研究的主要也是铁素体钢。 对于奥氏体钢，由于奥氏体钢弱的热传导性和大的热膨胀系数使得主蒸汽管道十分容易产生 热疲劳。铁素体钢的发展主要有四代，如：表一所示。
未来材料的发展还有陶瓷复合材料，它在高温下的性能好于传统的合金金属材料，但是 陶瓷复合材料比较脆，使得它在服役期间会产生突然的失效，而且造价比较高，现在只是处 于研究阶段。
超超临界发电技术是采用提高蒸汽的温度和压力来实现电厂效率的提高。在185～535 ℃温度区间，压力提高到300Pa效率提高约1.9％，而温度提高到650℃效率可提高5.7％。因 此，主要是通过提高蒸汽温度来提高电厂效率。但是现在参数的提高受到材料的制约，要求 材料具有足够的蠕变强度及持久强度以承受高压和高温的条件，而且需要材料具有良好的综 合性能（如：热加工性，焊接性和热弯曲性）。
由表二我们可以看出，P122 钢中含有铜元素，其它元素的含量和P92 钢相似，因此，除 了P122 钢中含有可见的富－Cu相外，P122 钢的微观组织结构和P92 钢相似。1995 年，Hald 进行了P122 钢的蠕变老化实验，材料的热处理工艺是锻造和空冷，回火 2h×770℃。对P122 钢实验在 600℃，1000h后进行观察，和P92 钢相似，M23C6碳化物沉淀、VN和Laves相沉淀物 是清晰可见的。而且富－Cu相也是可见的，它稀少的分布在颗粒当中。(如下，图二所示). 在老化过程中，富-Cu相颗粒的粗化是很快的，我们认为富-Cu相沉淀对材料长时蠕变强度的 影响小于M23C6和VN相沉淀物。 3.3.3 E911 钢
－
－
0.13 0.50 0.70 12.5 0.50 0.60 2.50 0.30 0.10 0.005 0.100 1.70 0.040
E911 0.09 0.10 0.30 8.50 0.10 0.50 0.50 0.18 0.060 0.0005 0.050
Max.
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－
0.13 0.50 0.60 9.50 0.40 1.10 1.10 0.25 0.100 0.0050 0.090
Allowable Stress(Mpa)
50
0 500
550
600
650
700
T e m p e ra tu re
图一：P92、P122 钢许用应力的比较 为了对比方便，图一也画出了 P91 钢在不同的温度下许用应力，从图中可以很清楚的看
到，P122 和 P92 钢在高温下的许用应力比 P91 大。P92、P122 和 E911 钢使用在超超临界机
以上对 P92、P122 和 E911 钢的性能进行了比较，它们是我国开展超超临界机组主蒸汽 管道研究的主要材料，由于这些材料在国内还没有国产化，所以研究它们的性能是十分重要 的。从上面的分析，我们可以得出一定的结论。
-3-

显微组织结构中沉积物的稳定性对材料的蠕变特性的影响是十分重要的，在蠕变过程中，沉 淀物的形成，存在相的生长及新相的形成都会决定材料的蠕变强度，因此我们有必要对它们 的显微组织结构进行研究比较，一般进行显微组织观测的技术是“透视电子显微技术（TEM）” 和“原子渗透离子显微技术（APFIM）”。这三种材料经过热处理后观测表明，沉淀物相的类 型主要是M23C6碳化物沉淀、MX和Laves相。P92、P122 和E911 钢，由于化学成分的差异，其 显微组织也有所不同。
钢种
热处理工艺
持久强度（Mpa）
P92
2h×1070℃＋2h×775℃，空冷
115
P122
110
E911
118
P91
0.5h×1050℃＋1h×750℃，空冷
94
从表三可以看出在 600℃，105h下，P92、P122 和E911 高铬耐热钢的持久强度相差不多，
但比P91 钢都有所提高。
P92、P122 和E911 钢其它性能的比较，P92 钢是用微量的W元素代替P91 钢中部分的Mo
能都相似，研究表明，E911 钢的焊接性能好于P92 钢【8】。当温度高于 620℃时，9％Cr钢的
抗氧化性能是有限的，因此可用 12％Cr钢或者奥氏体钢，在这种情况下，P122 的抗氧化性
能好于其它两种钢种。
P92、P122 和E911 钢，这些高铬耐热钢的高温强度主要都是由于沉淀物的硬化引起的，
组主蒸汽管道中，由于在高温下有很高的许用应力，可以使主蒸汽管道的壁厚减薄，这样不
仅可以减小管道的热应力，使超超临界机组的起停更加灵活，而且可以减小电厂的投资。
P92、P122 和E911 高铬钢持久强度的比较（条件 600℃,105ｈ下），如下，表三所示：
表三：P92、P122 和E911 高铬耐热钢在 600℃,105ｈ下的持久强度
阶段 年代
表一：铁素体钢四代的发展
合金成分变化
蠕变断裂强度 （105小时）MPa
-1-
钢种
最高使用温 度（℃）
1 1960-70 12Cr和9Cr Mo钢中添 加Mo, Nb, V
2 1970-85 对C, Nb, V优化
3 1985-95 用W代替部分的Mo
4
目前 增加W含量，添加Co


超超临界机组主蒸汽管道材料性能比较
王开龙
（华北电力大学（北京）能源与动力工程学院，北京，102206）
email:wangkailong066@
摘 要：本文首先简单介绍了超超临界机组主蒸汽管道材料的现状及今后发展趋势；随后列 出了目前超超临界机组主蒸汽管道常用的三种热强钢 P92、P122 及 E911 钢化学成分，对其 的力学性能、焊接性能、抗氧化性能和持久强度进行了较系统的比较，阐述了化学成分的微 小差别对其材料性能的影响。为今后我国进行超超临界机组主蒸汽管道材料性能的研究提供 参考。 关键词：超超临界机组；P92 钢；P122 钢；E911 钢；材料性能
Max.
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0.13 0.50 0.60 9.50 0.40 0.60 2.00 0.25 0.09 0.006 0.070
0.040
P122 0.07 Max. Max. 10.0 Max. 0.25 1.50 0.15 0.04 Max. 0.040 0.30 Max.
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60
EM12, HCM9M,
565
HT9, HT91
100
HCM12, T91,
593