1000MW超超临界机组关键材料的研制现状.ppt
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1、,1000MW超超临界机组关键材料的研制现状与发展,主要内容,二、,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,超超临界机组关键材料的研制,一、,一、超超临界机组关键材料的研究与发展现状,1、火电机组用钢比例,大型,中型,小型,中厚板,薄板,硅钢板,优钢,无缝钢,焊管,其它,0,20,40,60,80,100,120,40.99,21.1,5.6,10.2,22.9,0,7.1,95.4,16.9,2.5,30%,2%,7%,32%,2%,7%,14%,1%,5%,大型,中型,小型,中厚板,薄板,硅钢板,优钢,无缝管,焊管,其它,2、火电机组用管比例,发电设备用钢管的平均定额约为90吨/万千瓦,合金
2、比60-70%,其中: 31146320mm 1592451030mm 27371120130mm 720106620100mm 特殊管,65吨,18吨,4吨,3吨,5吨,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,3、高温材料研究的重点,高温过热器、再热器、水冷壁用钢管成为关键材料。,低温再热器,螺旋水冷壁管,省煤器,低温过热器,高温再热器,末级过热器,屏式过热器,来自高压缸,中压缸,高压缸,高压加热器,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,4、火力发电机组对高温材料的要求,(1)室温综合力学性能 (2)高温持久强度、蠕变强度 (3)抗氧化、抗腐蚀性能 (4)组织稳定性 (5)加工性能和焊接性能,
3、超超临界机组关键材料的研究与发展现状,5、高温材料中主要合金的作用,5.1 铁素体耐热钢中主要合金作用,碳(C):形成碳化物,提高钢的强度。但含碳量增加会降低高温蠕变强度,也会使焊接性能恶化,因此,一般珠光体耐热钢中碳含 量均小于0.25%。 钼(Mo):固溶强化。 Mo是珠光体耐热钢中强化铁素体的最主要元素,当含量在0.51.0时,显著提高珠光体耐热钢的蠕变抗力,当含量大于1.5% 时,作用减弱,因此,珠光体耐热钢Mo含量一般都在1.5%以下。单纯加Mo的珠光体耐热钢(如15Mo),在高温长期工作下有石墨化倾向,使钢的强度急剧降低,因此,目前在珠光体耐热钢中还加入Cr、V等元素以防止石墨化。
4、 铬(Cr):提高抗氧化性。形成M23C6主要元素在含Mo的钢中加入0.7%Cr,可以阻止碳化物分解成石墨,因此,单纯的Mo钢发展成CrMo钢系,如15CrMo、20CrMo等。当Cr含量加入到11.5%时,钢的蠕变强度最高。,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,钒(V):形成MX。在钢中加入0.20.3%V,可以阻止碳化物的石墨化倾向。V的加入可提高钢的蠕变强度。另外V形成碳化物的能力比Mo强,因此,加入V后,可把钢中的Mo部分或全部地从碳化物相中排挤出去,而使Mo 进入到铁素体中提高铁素体的热强性。加V的珠光体耐热钢,碳化物均呈细片状,稳定而不易聚合,所以能起到弥散强化作用。根据这一原理
5、,珠光体耐热钢从CrMo钢系进一步发展到CrMoV系。如12CrMoV、12Cr1MoV等。 钨(W):固溶强化。延缓M23C6组化。W或Mo一样,加入的目的是强化铁素体,但其效果是Mo的一半,通常把W作为1/2Mo当量来看待。 硼(B):稳定M23C6延缓其粗化。B提高蠕变强度及淬透性,强化晶界,稳定M23C6颗粒,并延缓其粗化。,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,5.2 奥氏体耐热钢中主要合金作用,C:主要元素(决定性作用),提高钢的强度;降低晶体间抗腐蚀性能,降低耐蚀性。 Cr:提高钢的机械性能,增加钢的淬火度及淬火后的变 形能力,增强钢的硬度、弹性、耐蚀性和耐热性。 Ni:稳定奥氏
6、体相,提高钢的韧性、抗腐蚀性,细化晶 粒,提高淬透性等。 N:形成氮化物沉淀相,提高钢的抗蠕变性能。 V:形成VN,在钢服役过程中转变为Z相(CrVN),提高 蠕变强度;促进铁素体生成。 Nb:形成NbN,服役过程中出现CrNbN相,细化晶粒, 降低钢的过热敏感性,提高钢的热强性,改善钢 的抗蠕变能力。,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,W:固溶强化,服役过程中形成Laves相(Fe2W),提高蠕变强度。 Mo:增加钢的强度而不减其可塑性和韧性,提高钢的再结晶温度和强度; 降低钢的抗煤灰腐蚀能力。 Co:奥氏体形成元素,提高蠕变断裂强度。 Cu:形成富铜相沉淀强化,提高蠕变断裂强度。 B:
7、抑制M23C6长大,抑制铁素体形成,提高持久寿命。 Mn:奥氏体形成元素,提高焊接性能;降低抗氧化能力。,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,6、高温材料发展方向,25-20,18-8,9-12%Cr,2.25%Cr,R102,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,7、铁素体耐热钢发展MAP图,R102,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,8、奥氏体耐热钢发展MAP图,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,9、新型耐热钢在USC机组的应用,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,超超临界机组关键材料的研究与发展现状,40.99%,21.79%,17.05%,2.01%,11.16%,7%,碳
8、钢,T23,T91,T92,S30432,TP310HNbN,主蒸汽26.5MPa、温度600 1000MW超超临界锅炉用管品种分布,超超临界机组关键材料的研究与发展,二、国内外超超临界机组关键材料的研制,1、内螺纹管,内螺纹管与光管亚临界传热特性比较,随着高参数大容量电站锅炉的发展,人们一直在寻求提高水冷壁传热效率和避免传热恶化发生的办法。综合传热性能和制造可行性螺纹管最为合适。由于内螺纹管具有优良的传热效果,其使用寿命高于普通光管的数倍。,内螺纹管品种: 牌号:SA-210A1、SA-210C、SA-213 T2、T12、T23、15CrMoG等八个 ; 外径: 2283mm; 壁厚: 4
9、.513mm; 螺纹头数:414头; 螺纹型式:A型、B型,2、碳钢、低合金钢产品的研制P36产品,P36(WB36)化学成分:主要是通过Ni、Cu、Mo、Nb等元素所起到地细晶强化和沉淀强化效果来强化材料的高温性能。,ASTM A 335标准中P36产品,主要来源于德国曼内斯曼公司企业标准中的一个钢种,企业标准中的牌号是WB36,ISO、EN标准中的牌号是9NiMnMoNb544、15NiCuMoNb564。它是在碳锰钢的基础上添加Ni-Cu-Mo合金发展起来的。该钢的特点是强度高,屈服极限比20钢高40%,使用温度为400,也可用作管壁温度达500的高应力管道,或用作高亚临界参数、超临界参
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