部分铁素体钢的的化学成分.doc
2.4.1 低合金耐热钢
20世纪50年代，电站锅炉钢管大多采用含Cr≤3%，含 Mo≤3%的铁素体耐热钢，其典型钢种及最高使用壁温为： 15Mo≤530℃ 12CrMo≤540℃ 15CrMo≤540℃ 12Cr1MoV≤580℃ 15Cr1Mo1V≤580℃ 10CrMo910≤580℃ 当时，在壁温超过580℃时，一般都需要使用奥氏体耐热钢 TP304H、TP347H（≤700℃），然而由于其价格昂贵、导热 系数低、热膨胀系数大及存在应力腐蚀裂纹倾向等缺陷 ， 不可能被大量采用，故世界各国从20世纪60年代初开始，进 行了长达30多年的试验研究，来开发适用于温度为580650℃范围内的锅炉用耐热钢。
HCM2S是在T22（2.25 Cr -1Mo）钢的基础上，吸收了钢102的优点而改进的。它在 600℃时的强度比Ｔ22高93%，与钢102相当。但由于Ｃ含量降低，加工性能和焊接 性能优于钢102，在一些情况下可以焊前不预热，当壁厚小于等于8mm时，焊后可不 热处理。该钢已获得ASME锅炉压力容器规范CASE2199认可，被命名为SA213-T23； T24（7CrMoVTiB10-10）钢是在T22钢的基础上进行改进的，与T22钢的化学成分比 较，增加了V、Ti、B含量，减少了C含量，于是降低了焊接热影响区的硬度，提高了 蠕变断裂强度。在一些情况下，T24也可以焊前不预热，当壁厚小于等于8mm时，焊 后可不热处理。 SA213T23 T——小口径管子 SA335P23 P——大口径管子 Cr1.9～2.6% Mo 0.05～0.3% W1.45～1.75% 另加入V、Nb等微量合金元素。 T23主要用于600°C过热器，再热器管 P23主要用于575°C 集箱、 蒸汽管道。 在GB5310中的牌号:07Cr2MoW2VNbB
新型的9Cr、12Cr铁素体耐热钢成分 的共同特点
（1）低的含碳量。以前所有的耐热钢都主要是通过弥散分布的合金炭化物获得高温强度的，因此总是要把炭保持在
0.1%以上的较高水平。新型的铁素体耐热钢冲破了这一界限，把炭降低了0.1%以下。说明这一类钢的常温强度和高温强度都不是 完全依赖于弥散分布的合金炭华物而获得的。
2.3耐热钢的发展

锅炉和管道用钢的发展可以分为两个方 向，一是铁素体耐热钢的发展，另一是 奥氏体耐热钢的发展。所谓珠光本、贝 氏体、马氏体耐热钢，按国际惯例，统 称为铁素体耐热钢。
2.4铁素体耐热钢的发展

铁素体耐热钢的发展可以分为两条主线， 一是逐渐提高主要耐热合金元素Cr的成 分，从2.25Cr提高到12Cr，二是通过添 加V、Nb、Mo、W、Co等合金元素，使 钢的600℃105h蠕变断裂强度由35MPa逐 步提高到60、100、140、180MPa
气 焊
电 弧 焊
电 渣 焊
电 子 束 焊
铝 热 焊
烙 铁 钎 焊
火 焰 钎 焊
电 阻 钎 焊
……
手 工 电 弧 焊
……
气 体 保 护 焊
药自 芯保 焊护 丝焊
等 离 子Байду номын сангаас焊
埋 弧 焊
1.2焊接接头的组成


焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三 部分 合金钢的热影响区组织分布:熔合区、淬 火区、部分淬火区、回火区(易淬火钢)
（2）低的P、S含量。如果仔细阅读这一类的标准，可以发现对这些钢中的杂质元素含量的限定比以前所有的铁素体
耐热钢都严格得多。例如美国国家橡树岭实验室推荐的成分中，P、S的控制目标值分别都为小于0.010%；其商用材料控制的允许 范围分别为不大于0.020%和不大于0.010%；除P、S以外，还对Cu、Sb、Sn、As等元素的允许范围也分别作出了规定。 加入的。
2.1.8 NF12、SAVE12新型铁 素体耐热钢的开发
NF12、SAVE12钢是为了提高超超临界锅炉效率而 急需开发的能够用于650℃的铁素体耐热钢。通过 对12Cr-W-Co钢的研究，表明高的钨和低的碳含量 能够提高蠕变断裂强度，而且Ｃo的存在可以避免 б铁素体的形成。 试验证明，NF12钢的蠕变断裂强度高于P92、 P91和F12钢。相信不久的将来，这种蠕变强度优 良的NF12钢一定能用于34.3 MPa、650℃的超临界 锅炉中。
2.4.5 F11、F12钢的开发
20世纪60年代末，德国研究开发了12Cr钢，F12 （X20CrMoV121）钢和F11（X20CrMoWV121） 钢。该钢至1979年正式纳入DIN17175标准，主要 用于壁温达610℃的过热器、壁温达650℃的再热 器以及壁温为540-560℃的联箱和蒸汽管道，但含 碳量高，焊接性差。
2.4.2 EM12钢的开发
20世纪50年代末，比利时Liege 冶金研究中心研 究了“超级9 Cr”钢，其化学成分为9 Cr -2Mo， 并添加了Nb、V等合金元素，材料牌号为EM12。 法国瓦鲁瑞克公司生产出EM12的过热器管。 1964年，法国电力公司批准EM12钢管可用于 620℃的过热器和再热器，代替过去使用的不锈 钢管。但是，由于该钢种是二元结构，冲击韧性 差，后来未得到广泛应用。
2.4.7 T92/P92、 T122/P122钢的开发
20世纪90年代初，日本在大量推广Ｔ91/Ｐ91的基础上，发现当使用温 度超过600℃时，T91/T91已不能满足长期安全运行的要求。在调峰任务 重的机组，管材的疲劳失效也是个大问题。于是，日本继续在开发新的 在机组锅炉用钢方面做了大量的试验研究工作，目前已生产出得到 ASME标准认可的钢管有SA213-T92（NF616）/SA335-P92（NF616）、 SA213-T122（HCM12A）/SA335-P122（HCM12A）。这些钢种已经在 大型锅炉的高温部件上采用。 NF616（T92/P92）钢，是在T91/P91钢 的基础上再加1.5%-2.0%的W，降低了Mo含量，增强了固溶强化效果。 在600℃下的许用应力比Ｔ91高34%，达到TP347的水平，是可以替代 奥氏体钢的候选材料之一。NF616在600℃，10万h下的持久强度可达 130MPa。数据表明，NF616作为超临界锅炉过热器和再热器管件，不仅 在600-650℃内与奥氏体钢相当或优于奥氏体钢，且在600℃时的[б]是 SUS321H的1.26倍，是SUS347H的1.12倍。仅就蠕变断裂强度出发，用 NF616钢管可取代超临界和超超临界锅炉中的奥氏体过热器、再热器管， 并可用于壁温小于等于620℃时的主蒸汽管道。
2.1.6 典型的新型铁素体 耐热钢Ｔ91/Ｐ91钢的开发
1974年美国能源部委托橡树岭国家试验室(ORNL)与燃烧工程公司(CE)联 合研究用于中子增殖反应堆计划的钢材,开始改进原有的T9(9Cr-1Mo)钢, 以研究开发一种新的9Cr-1Mo钢,要求这种新钢种综合早期9Cr钢和12Cr钢 的性能,并具有良好的焊接性。到1982年，测试了超过一百种成份的试验 样品，最后确定为改良型9Cr-1Mo钢，即T91/P91钢。经试验该钢种在 593℃、10万h条件下的持久强度达到，韧性也较好。从技术和经济角度 分析，这种钢与EM12相比，Mo含量减少一半,Nb、V也低。1983年美国 ASME认可了这种钢，称为T91/P91，即SA213-T91/SA335-P91。1987年 法国瓦鲁瑞克公司针对T91与F12和EM12的评估技术报告，认为T91/P91 有明显优点，强调要从EM12转为使用T91/P91；20世纪80年代末，德国 也从F12转向T91/P91。T91可用于壁温小于等于600℃的过热器、再热器 管；P91可用于壁温小于等于600℃的联箱和蒸汽管道。
T92/P92、T122/P122钢的开发
T122/P122（HCM12A）是改进的12 Cr钢，添加2%W、0.07% Nb和 1%Cu，固溶强化和析出强化的效果都有很大增加，600和650℃和许用 应力分别比X20CrMoV121提高113%和168%，具有更高的热强度和耐 蚀性，比已广泛使用的Ｆ12钢的焊接性和高温强度有进一步改善，尤其 是由于含Ｃ量的减小，使焊接冷裂敏感性有了改善。其主要性能有以下 几点： A、蠕变强度。经2万h以上蠕变破断试验，证实该种钢具有稳定的高温 强度，在550-650℃内，均高于同一温度下的T91钢；在650℃以下时， 也高于SUS347H，其600℃时许用应力约为T91/P91的1.3倍，也高于奥 氏体钢SUS347H。 B、抗蒸汽氧化性能和抗高温腐蚀性能优于9Cr钢。 C、物理性能。作为高铬马氏体钢，其热传导性比奥氏体钢较好，热膨 胀系数小，氧化垢不易剥离，适用于620℃以下的主蒸汽管道。 新材料的应用，有效地降低了管壁厚度，减小了材料的用量，并使管 系布置条件得到了改善。
2.5.1新型细晶奥氏体耐热钢 Super304H的开发
Super304H是TP304H的改时型，添加了3%Cu和 0.4%Nb，从而获得了极高的蠕变断裂强度，在 600-650℃下的许用应力比TP304H高30%，这一高 强度是奥氏体基体中同时产生NbCrN、Nb(N、 C)M23C6和细的富钢相沉淀强化的结果。运行2.5 年后的性能试验表明，该钢的组织和力学性能稳定， 而且价格便宜，是超临界锅炉过热器、再热器的首 选材料。
2 新型耐热钢发展

提高火力发电厂效率的方法 三大主机的效率:锅炉、汽轮机、发电机 η总＝η 锅炉（10~30）η汽轮机 （＞90）η发电机（ ＞ 90）
同样温度下(538/538℃)超临界压力比亚临界锅炉机组 的效率高1.7%；在同样的压力条件下（24.1MPa)，蒸 汽温度538/538℃由提高到600/610℃锅炉机组的效率 高3.5%。提高火电机组锅炉蒸汽温度、压力参数是提 高火电厂效率的最有效方法，特别是温度对效率的影响 更为显著。
2.5 新型奥氏体钢
在发展铁素钢的同时,奥氏体钢作为另一种主要的耐热钢也 有了的较大发展,奥氏体钢按含Cr量分为四类：即15 Cr、 18 Cr、20-25 Cr 和高Cr-Ni合金。这些钢种正在发展过程 中，最初添加Ti、Nb，是从抗腐蚀的角度来提高钢的稳定 性，其次在保持稳定的前提下，适当降低了Ti和Nb的含量， 以提高蠕变强度，而不是提高抗腐蚀性，然后添加Cu，以 铜富相的沉积和热处理的改进来提高沉积强化；进一步的 趋势是添加0.2%N和一定量的W，以增强固溶体的强度。