安防之家讯：摘 要：本文概述了目前世界各国正在进行的700℃参数超超临界火电机组锅炉合金的进展，用于700℃壁温大口径管和用于750℃小口径管的特点和性能，选材的取舍和难点。
前言
目前我国一次能源结构中煤炭占主导地位，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，这种结构今后几十年不会有大的变化，2010年我国消费原煤31.8亿吨，其中火电用煤超过50%。预计2020年全国发电装机容量将由现在约9.5亿千瓦发展到17亿千瓦，煤电装机容量超过10亿千瓦。我国已经承诺2020年单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40～45%，因此，火电机组提高参数以提高热效率、降低气体排放量是关键问题。2010年7月国家能源局就决定启动700℃先进超超临界火力发电机组的研制。
欧洲于1998年1月启动“AD700”计划，目标是建立37.5MPa/705℃/700℃(1998-2014)示范电站，机组热效率超过50%。美国的目标是开发37.9MPa/732℃/760℃(2001-2015)机组，热效率超过50%。日本于2008年8月启动A-USC(先进的超超临界压力发电)项目，35MPa/700℃/720℃，热效率48～50%(2008-2015)。
蒸汽参数与电厂热效率、发电煤耗的关系列于表1。
表1 蒸汽参数与电厂热效率、发电煤耗
序号 机组类型 蒸汽压力 蒸汽温度 发电热效率 发电煤耗 1 亚临界机组 16.7MPa 538℃/538℃ 42.3% 291g/kWH 2 超临界机组 24.2MPa 566℃/566℃ 43.8% 281g/kWH 3 600℃超超临界机组 25.0MPa 600℃/600℃ 45.4% 271g/kWH 4 600℃二次再热超超临界机组 35.0MPa 600℃/620℃/620℃ 48.2% 255g/kWH 5 700℃二次再热超超临界机组 35.0MPa 700℃/720℃/720℃ 51% 241g/kWH
我国火电机组经历了20年的国产化过程，已经成熟地生产600℃参数的超超临界机组，并大量投入运行。20年来机组设计水平极大提高，制造能力很强，钢厂的设备先进，工艺稳定，技术水平一流，为开发700℃机组奠定了基础。
1. 700℃壁温锅炉合金的进展
世界各主要国家都对700℃使用的锅炉合金开展了大量的研究，欧洲重点开展了Inconel 617和Nimonic 263合金的研制，美国开展了Inconel 617、Haynes 230和Inconel 740H合金的研制，日本开展了HR6W、SAVE25、HR35、18-30-3、Inconel 617、Haynes 230、Nimonic 263合金的研制，瑞典开展了Sanicro 25合金的研制。我国也已开展研制，中科院沈阳金属研究所研制GH2984合金，钢铁研究总院研制G110合金。
700℃使用合金的主要成分列于表2,使用合金700℃的持久强度列于表3。
Inconel 617是原国际镍合金公司(INCO Alloys International)在上世纪70年代开发的固溶强化的高温合金，合金中添加了Al和Ti形成少量的γ""相(约4～5%)析出强化，在时效态合金中还有少量M6C相和Ni2(Cr、Mo)相，没有发现σ相和μ相。已纳入ASME Code Case 1956。德国蒂森克虏伯的VDM公司进行成分优化发展了CCA 617。在欧洲AD700示范电站已选为700℃使用的主蒸汽管道用材。
表2 700℃使用合金的主要成分(wt%)
牌号 C Cr Ni Co Mo W Nb Ti Al Si Mn Fe Cu 其他 Inconel 617(美) (CCA617) 0.06 22 余 12.0 9.0 — — 0.4 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.5 ≤ 0.5 ≤ 0.006B Inconel 740H(美) 0.03 25 余 20 0.5 — 1.5 1.35 1.35 0.15 0.3 0.7 0.001B Nimonic 263(英) 0.04- 0.08 19- 21 余 19- 21 5.6- 6.1 — — 1.9- 2.4 ≤ 0.60 ≤ 0.40 ≤ 0.60 ≤ 0.7 ≤ 0.20 ≤ 0.005B Haynes 230(美) (CC 2063) 0.10 22 余 ≤ 5.0 2.0 — — — 0.3 0.4 0.5 ≤ 3.0 0.02La 0.004B HR6W(日) 0.08 23 43 — — 6 0.08 — — 0.4 1.2 余 0.18V 0.003B HR35(日) 0.06 30 50 — 2.0 4.0 — 0.8 — 0.3 0.2 余 0.3Zr SAVE25(日) 0.10 23 18 — — 2.5 0.45 — — 0.1 1.0 余 3.5 0.2N 18-30-3(日) 18 30 3.0 余 0.007B GH 2984(中) 0.06 19 余 — 2.2 — 1.1 1.1 0.4 ≤ 0.5 ≤ 0.5 33 G110(中) ≤ 0.10 20- 25 30- 35 — 1.0- 2.5 1.0- 2.5 1.0- 2.5 1.0- 2.5 1.0- 2.0 ≤ 0.5 ≤ 0.5 余 Inconel 625(美) (CC 1409) ≤ 0.10 20.0- 23.0 余 ≤ 1.0 8.0- 10.0 — 3.15- 4.15 ≤ 0.40 ≤ 0.40 ≤ 0.50 ≤ 0.50 ≤ 0.50 Sanicro 25(瑞典) 0.08 22.6 25.5 1.57 0.02 3.45 0.44 — — 0.25 0.50 余 3 0.24N 表3 700℃使用合金700℃持久强度(105h外推值)
牌号 国家 持久强度 状况 Inconel 617 (CCA617) 美国 ～130 CCA 617合金是在Inconel 617(ASME CC1956)基础上的改型，已制成大管，欧洲已有3万小时数据 Inconel 740H 美国 220～230 是Inconel 740合金的改进型，组织稳定，美国已试制成功大管。 Nimonic 263 英国 ～180 Haynes 230(CC 2063) 美国 105～110 已试制大口径管 HR6W 日本 88 日本已试制成功大口径合金管，大管持久强度外推值为88MPa，焊接接头外推值为85MPa HR35 日本 ～110 已试制管材，持久试验已进行5万小时 SAVE25 日本 ～90 18-30-3 日本 100 已试制管材，持久试验已超过14000 h GH 2984 中国 100 上世纪80～90年代生产的小管已应用10年 G110 中国 ～100 正在试验过程中 Sanicro 25 瑞典 90～100 已试制Φ41.4×8mm管 Inconel 740是美国特殊金属公司(SMC，Huntington)于2001年开发的高温合金，主要依靠γ""相析出强化，γ’相约占10%~15%，时效态还有少量MC和M23C6碳化物，晶界上有G相析出，750~760℃长时时效态有较多的η相析出。经过成分优化研究开发出Inconel 740H，消除了G相和η相，保证了高温长时组织稳定。美国公司已经生产出大口径合金管，持久强度试验已超过2万小时，并推荐主蒸汽管道等大口径管用Inconel 740H合金。由于Inconel 740H合金的持久强度很高，可以使管壁减薄，降低成本，目前有争议的是Inconel 740H合金高温长时时效态的室温冲击韧性较低，是否满足大口径厚壁管的应用。
Nimonic 263是英国Rolls-Royce公司于1971年开发的高温合金，加入6% Mo主要起固溶强化作用，加入Ti和Al析出约6%的γ’相形成析出强化，高温时效态有少量MC和M23C6碳化物，有少量η相存在。由于持久强度高，700℃使用的大口径管可以减壁厚。
Haynes 230是美国哈氏合金公司(Haynes International)开发的固溶强化高温合金，并已纳入ASME Code Case 2063。高温时效态有M23C6碳化物，没有σ相，μ相析出，组织稳定。
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