鍋爐用鋼的新發展

　　在鍋爐、壓力容器和管道用鋼這三類鋼中，鍋爐用鋼的發展最為迅速。這主要是近10年來，火力發電站用燃料—煤炭的供應日趨緊張，降低燃料的消耗已成為世界性的迫切需要。為此，必須提高鍋爐的效率。通常鍋爐效率每提高5%，燃料的消耗可降低15%.而鍋爐的效率基本上取決于其運行參數—蒸汽壓力和蒸汽溫度。最近，上海鍋爐廠生產600~670MW超臨界鍋爐的蒸汽壓力為254bar，過熱蒸汽溫度為569℃，鍋爐的熱效率約為43%.如果鍋爐的運行參數提高到特超臨界級，即蒸汽壓力為280 bar蒸汽溫度為620℃，鍋爐的熱效率可提高到47%.目前世界上特超臨界鍋爐的最高工作參數為350 bar/700℃/720℃，鍋爐的熱效率達到了50% .

　　這里應當強調指出，隨著鍋爐效率的提高，鍋爐煙氣中的SO2、NOX和CO2的排放量逐漸下降。因此從減少大氣污染的角度出發，設計制造高工作參數的特超臨界鍋爐也是必然的發展趨勢。

　　鍋爐蒸汽參數的提高直接影響到鍋爐受壓部件的強度性能。在超臨界和特超臨界工作條件下，鍋爐的主要部件，如膜式水冷壁，過熱器，再熱器、高壓出口集箱和主蒸汽管道的工作溫度均已達到鋼材蠕變溫度范圍以內。制作這些部件的鋼材在規定的工作溫度下，除了具有足夠的蠕變強度 (或105h高溫持久強度)外，還應具有高的耐蝕性和抗氧化性以及良好的焊接性和成形性能。

　　從鍋爐主要部件用鋼的發展階段來看，即便是工作溫度相對較底的水冷壁部件，也必須采用鉻含量大于2%的Cr-Mo鋼或多組元的CrMoVTiB鋼。按現行的鍋爐制造規程，這類低合金鋼，當管壁厚度超過規定的界限時，焊后必須進行熱處理。由于膜式水冷壁的外形尺寸相當大，工件長度一般超過30m，焊后熱處理不僅延長了生產周期，而且大大提高了制造成本。為解決這一問題，國外研制了一種專用于膜式水冷壁的新鋼種7CrMoVTiB1010.最近，該鋼種已得到美國ASME的認可，并已列入美國ASME材料標準，鋼號為A213-T24.這種鋼的特點是含碳量控制在0.10%以下，硫含量不超過0.010%，因此具有相當好的焊接性。焊前無需預熱。當管壁厚度不大于10 m m，焊后亦可不作熱處理.

　　在特超臨界的蒸氣參數下，當蒸氣溫度達到700℃，蒸氣壓力超過370 bar時，水冷壁的壁溫可能超過600℃。在這種條件下，必須采用9%Cr或12%Cr馬氏體耐熱鋼。這些鋼種對焊接工藝和焊后熱處理提出了嚴格的要求，必須采取特殊的工藝措施，才能確保接頭的焊接質量。

　　對于鍋爐過熱器和再熱器高溫部件，在超臨界和特超臨界蒸汽參數下，其工作溫度范圍為560~650℃。在低溫段通常采用9~12%Cr鋼，從高溫耐蝕性角度考慮，最好選用12%Cr鋼。在600℃以上的高溫段，則必須采用奧氏體鉻鎳高合金耐熱鋼。根據近期的研究成果，對于高溫段過熱器和再熱器管件，為保證足夠高的高溫耐蝕性和抗氧化性，應當選用鉻含量大于20%的奧氏體鋼，例如25Cr-20NiNbN(HR3C)，23Cr-18NiCuWNbN(SAVE25)，22Cr-15NiNbN(Tempaloy A-3)，和20Cr-25NiMoNbTi(NF709)等。

　　在相當高的蒸汽參數下(375 bar/700℃)下，在過熱器出口段，由于奧氏體鋼蠕變強度不足，不能滿足要求，而必須采用鎳基合金，如Alloy617.

　　現代奧氏體耐熱鋼與傳統的奧氏體耐熱鋼相比，其最大特點是含有多組元的碳化物強化元素，從而在很大程度上提高了鋼材的蠕變強度。

　　對于超臨界鍋爐機組的高壓出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件主要采用改進型的9-12%Cr馬氏體鉻鋼。

　　9~12%馬氏體鉻鋼的發展規律與前述的奧氏體耐熱鋼相似，即從最原始的Cr-Mo二元合金向多組元合金演變，其主攻方向是盡可能提高鋼材的高溫蠕變強度，減薄厚壁部件的壁 厚，以簡化制造工藝和降低制造成本。上述鋼種由于 嚴格控制了碳、硫、磷含量，焊接性明顯改善。在國外超臨界和特臨界鍋爐已逐步推廣應用，取得了可觀的經濟效益。