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各个标准高压锅炉管的力学性能(二)

T22P22)、12Cr2MoGT22P22)是ASME SA213SA335)规范材料,我国GB5310-95将其列入。在Cr-Mo钢系列中,它的热强性能比较高,同一温度下的持久强度和许用应力甚至于比9Cr-1Mo钢还要高,因此其在国外火电、核电和压力容器上都得到广泛的应用。但其技术经济性不如我国的12Cr1MoV,因此在国内的火电锅炉制造中用得较少。只是在用户要求时才给予采用(特别是按ASME规范设计制造时)。该钢对热处理不敏感,有较高的持久塑性和良好的焊接性能。T22小口径管主要用作为金属壁温580℃以下的过热器和再热器等受热面管等,P22大口径管则主要用于金属壁温在不超过565℃的过热器/再热器联箱和主蒸汽管道。其化学成分C0.15Si0.50Mn0.30-0.60S0.025P0.025Cr1.90-2.60Mo0.87-1.13;正回火态下强度水平σs280,σb450-600 MPa;塑性δ≥20

12Cr1MoVG:是GB5310-95的列标钢,是国内高压、超高压、亚临界电站锅炉过热器、集箱和主蒸汽导管广泛采用的钢种。化学成分和力学性能与12Cr1MoV板材基本相同。其化学成分简单,总合金含量在2%以下,为低碳、低合金的珠光体型热强钢。其中的钒能与碳形成稳定的碳化物VC,可使钢中的铬与钼优先固溶存在于铁素体中,并减慢了铬和钼从铁素体到碳化物的转移速度,使钢在高温下更为稳定。此钢中的合金元素总量只有国外广泛使用的2.25Cr-1Mo钢的一半,但在580℃、10h的持久强度比后者却高40%;而且其生产工艺简单,焊接性能良好,只要严格热处理工艺,就能得到满意的综合性能和热强性能。电站实际运行表明:12Cr1MoV主蒸汽管道在540℃安全运行10h后,仍可继续使用。其大口径管主要用作蒸汽参数565℃以下的集箱、主蒸汽导管等,小口径管用于金属壁温580℃以下的锅炉受热面管等。

12Cr2MoWVTiBG102):是GB5310-95中的钢号,为我国60年代自行开发、研制的低碳、低合金(多元少量)的贝氏体型热强钢,从70年代就纳入了冶金部标准YB529-70和现在的国标,1980年底该钢通过了冶金部、一机部和电力部的联合鉴定。该钢具有良好的综合机械性能,其热强性和使用温度超过国外同类钢种,在620℃达到某些铬镍奥氏体钢的水平。这是因为钢中所含合金元素种类较多,且还加入了提高抗氧化性能的元素如CrSi等,故其最高使用温度可达620℃。电站实际运行表明:长期运行后钢管的组织和性能变化不大。主要用作金属温度≤620℃的超高参数锅炉过热器管、再热器管。其化学成分C0.08-0.15Si0.45-0.75Mn0.45-0.65S0.030P0.030Cr1.60-2.10Mo0.50-0.65V0.28-0.42Ti0.08-0.18W0.30-0.55B0.002-0.008;正回火态下强度水平σs345,σb540-735 MPa;塑性δ≥18

SA-213T91335P91):是ASME SA-213335)标准中的钢号。是由美国橡胶岭国家试验室研制开发的、用于核电(也可用于其它方面)高温受压部件的材料,该钢是在T99Cr-1Mo)钢的基础上,在限制碳含量上下限、更加严格控制PS等残余元素含量的同时,添加了微量0.030-0.070%N、以及微量的强碳化物形成元素0.18-0.25%V0.06-0.10%Nb,以达到细化晶粒要求,从而形成的新型铁素体型耐热合金钢;其为ASME SA-213列标钢号,我国于1995年将该钢移植到GB5310标准中,牌号定为10Cr9Mo1VNb;而国际标准ISO/DIS9329-2列为X10 CrMoVNb9-1。因其含铬量(9%)较高,其抗氧化、抗腐蚀性能、高温强度及非石墨化倾向均优于低合金钢,元素钼(1%)主要提高高温强度,并抑制铬钢的热脆倾向;与T9相比,改善了焊接性能和热疲劳性能、其在600℃的持久强度是后者的三倍,且保持了T99Cr-1Mo)钢的优良的抗高温腐蚀性能;与奥氏体不锈钢相比,膨胀系数小、热传导性能好、并有较高的持久强度(如与TP304奥氏体钢比,等到强温度为625℃,等应力温度为607℃)。故其具有较好的综合力学性能、且时效前后的组织和性能稳定,具有良好的焊接性能和工艺性能,较高的持久强度及抗氧化性。主要用于锅炉中金属温度≤650℃的过热器和再热器。其化学成分C0.08-0.12Si0.20-0.50Mn0.30-0.60S0.010P0.020Cr8.00-9.50Mo0.85-1.05V0.18-0.25Al0.04Nb0.06-0.10N0.03-0.07;正回火态下强度水平σs415,σb585 MPa;塑性δ≥20

T23HCM2S):是日本住友金属株式会社在我国G10212Cr2MoWVTiB)基础上,将碳含量从0.08-0.15%降低至0.04-0.10%Mo量从0.50-0.65%降低至0.05-0.30%、提高W量从0.30-0.55%1.45-1.75%,并形成以W为主的W-Mo的复合固溶强化,加入微量NbN形成碳氮化物(主要为VCVNM23C6M7C3)弥散沉淀强化,而研制成功的低碳低合金贝氏体型耐热钢,近年由ASME Code Case 2199-1批准,牌号为T23。该钢的前身、我国的G102在国内的大型电站锅炉上已经得到广泛应用, T23HCM2S)钢时效前后的力学性能和金相组织差异小;焊接性能好,优于我国的G102[9];耐蚀性较好;室温强度和冲击韧性较G102为佳,其许用应力也基本相同。至少等同于我国的G102、而优于SA213-T22和我国的12Cr1MoV。总的说来,HCM2S的优点较多,由于G012在我国的锅炉中已经成功应用多年,HCM2S钢在国内等同代替G102完全可行。T23HCM2S)钢管性能良好,其最高使用温度为600℃,最佳使用温度为550℃。可用于制造大型电站锅炉金属壁温不超过600℃的过热器和再热器。

T92NF616):是日本新日铁在T91基础上,对成分做了进一步完善改进、采用复合-多元的强化手段,适当降低Mo含量至0.30-0.60%、加入1.50-2.00%W并形成以W为主W-Mo的复合固溶强化,加入N形成间隙固溶强化,加入VNbN形成碳氮化物弥散沉淀强化以及加入微量的B0.001-0.006%)形成B的晶界强化,从而研制开发的新型铁素体耐热合金钢。此钢在日本称为NF616;现已纳入ASME SA-213标准。T92T91一样,具有比奥氏体钢更为优良的热膨胀系数和导热系数,其具有极好的持久强度、高的许用应力、良好的韧性和可焊性。其持久强度{许用应力}T91更高,在650℃的持久强度{许用应力}T911.6倍;且具有较好的抗蒸汽氧化性能和焊接性能,与T91基本相同。T92钢管性能优良,使用温度可达650℃。可部分替代TP304HTP347H奥氏体不锈钢管,制造金属壁温不超过650℃的亚临界、超临界乃至超超临界的电站锅炉的高温过热器和再热器管等受压部件,避免或减少异种钢接头,改善钢管的运行性能。其同样也可用作为压力容器和核电高温受压件用钢。该钢作为将来、现有锅炉的最高温度区以及超临界压力锅炉管子用钢,将能得到广泛应用

T122HCM12A):是日本住友金属株式会社以德国X20CrMoV121为基研制的HCM12HCM12中,降低了X20CrMoV121的碳含量,在钢中加入1%W和少量的Nb,形成W-Mo的复合固溶强化和更加稳定的细小碳化铌弥散沉淀强化,提高组织稳定性和高温强度)的基础上,进一步调整成分:提高W含量至2%左右、降低Mo含量至0.25-0.60%,还加入1%左右的Cu和微量N B,形成以W为主的W-Mo复合固溶强化、氮的间隙固溶强化、铜相和碳氮化物的弥散沉淀强化的多种强化,从而研制而成的12%Cr的低碳合金耐热钢。在正回火状态下钢中的主要沉淀相为VCVNM23C6。近年由ASME Code Case 2180-2批准,牌号定为T122T122HCM12A)钢时效前后的力学性能差异很小;金相组织类同母材的原始组织;时效对冲击韧性有一定影响,但经长期时效后仍具有一定的冲击韧性;焊接性能良好;并具有较高的组织稳定性和高温强度、抗氧化性能和抗腐蚀性能。与T91相比,其在高温650℃时的持久强度{许用应力}、抗氧化性能和抗腐蚀性能更优;与奥氏体不锈钢相比,奥氏体不锈钢在高温下的持久强度{许用应力}和抗氧化性能虽优于HCM12A,但奥氏体钢的应力腐蚀或晶间腐蚀却是一个难题。用HCM12A无此类问题。T122HCM12A)钢管性能优良。该钢的最高使用温度为650℃。完全可用于制造先进的超临界锅炉机组的材料,可用于制造大型电站锅炉金属壁温不超过650℃的过热器和再热器。该钢在600-650℃的锅炉过热器和再热器上可部分代替TP304HTP347H,具有良好的经济价值。

TP304H:是ASME SA-213标准中的成熟钢种,为含有较多的CrNi奥氏体不锈钢;我国GB5310-95中的1Cr18Ni9与该钢类似。该钢具有良好的组织稳定性,较高的持久强度、抗氧化性能、同时具有良好的弯管和焊接工艺性能等加工性能。但对晶间腐蚀和应力腐蚀较为敏感;且由于合金元素较多,容易产生加工硬化,使切削加工较难进行;其热膨胀系数高,导热性差。主要用于制造亚临界、超临界压力参数的大型发电锅炉的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温高压的管件等部件;对于承压部件,最高工作温度可达650℃;对于抗氧化部件,其最高抗氧化使用温度可达850℃。另外,该钢也可用于制造在低温浸蚀性介质中工作的容器、阀、管道等以及要求耐腐蚀性的非磁性部件。但由于具有奥氏体钢所具有的缺点,TP304H钢用于承压部件上时,有可能在某种程度上,被T92HCM12A部分替代。

TP347H:也是ASME SA-213中的钢号,为铬镍铌奥氏体不锈钢;我国GB5310-95将该钢列入其中,牌号为1Cr19Ni11Nb,此钢也为成熟钢种。由于该钢是用铌稳定的奥氏体钢,故其具有较好的抗晶间腐蚀性能、较高的持久强度、良好的组织稳定性和抗氧化性能,此外还具有良好的弯管和焊接性能;其综合性能优于TP304H。但由于合金元素较多,与TP304H一样,容易产生加工硬化,使切削加工较难进行;其热膨胀系数高,导热性差;故在与异种钢焊接并在高温下使用时,须考虑两种材料的膨胀系数和高温强度匹配问题。TP347H钢管性能优良。主要用于制造亚临界、超临界压力参数的大型发电锅炉的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温高压的管件等部件;对于承压部件,最高工作温度可达650℃;对于抗氧化部件,其最高抗氧化使用温度可达850℃。但由于具有奥氏体钢所具有的缺点,此种耐热钢用于承压部件上时,同样有可能在某种程度上,被T92HCM12A部分替代.

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