[发明专利]一种超超临界火电机组用钢及其制备方法

说明书

一种超超临界火电机组用钢及其制备方法，该钢化学成分质量百分比为：Cr：8.0～10.0％，W：2.0～3.2％，Co：2.0～4.0％，V：0.1～0.3％，Nb：0.01～0.1％，B：0.006～0.018％，Cu：0.2～1.0％，Mn：0.2～1.0％，Al：0.005～0.08％，Si：0.1～0.8％，C：0.06～0.12％，N：0.003～0.010％，P≤0.02％，S≤0.01％，Ni≤0.01％，Re≤0.01％，Ti≤0.01％，且需同时满足：1.6≤(Cr+1.4W+1.5Si+2Nb+2V)/(Co+Cu+0.3Mn+30C+20N)≤3.2，0.6≤B/N≤6，余量是Fe以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量≤0.015％。该钢具有良好的抗蒸汽腐蚀氧化和高温持久蠕变性能，具体性能是在620～650℃外推10万小时持久强度≥100MPa；650℃蒸汽氧化腐蚀1000小时的增重≤18mg/cm²，特别适用于超超临界火电机组的锅炉管或其它耐热装备。

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，具体涉及一种超超临界火电机组用钢及其制备方法，更具体涉及一种抗蒸汽腐蚀氧化和高温蠕变性能良好的超超临界火电机组用钢及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，资源和能源需求增速也随之增大，虽然太阳能、风能等新型能源的发展达到甚至超出电力发展规划的预期，但这些新能源的绝对量仍然较低。未来很长一段时期，火力发电仍然是中国电力结构中的主力，占比仍达到70％，这是由我国的国情和自然资源所决定的。但燃煤发电过程产生大量的粉尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，并且煤炭资源的储量有限，不可再生。因此，为了保护环境、节约资源，需要发展高效经济的高参数、大容量火电机组。

技术人员已经认识到，提高蒸汽参数(压力和温度)是提高发电机组效率的重要和有效的途径。美、德、法、日等国家着手研发超超临界机组(U-USC)，其主蒸汽温度达到650℃，压力34.5MPa以上，高蒸汽参数将带来高的发电效率和较少的环境污染，但蒸汽参数的提高在一定程度上受到单位造价等方面的制约，但最大的瓶颈是受到高强耐热钢发展滞后的制约。随着参数的提高，高温承压部件(如蒸汽管道、阀门、锅炉和汽轮机等)的材料性能也必须相应的提高，它们是否安全工作，对整个机组的安全运行有着十分重要的意义。这就要求高温承压材料具有：1)良好的高温持久和蠕变强度，2)优异的高温组织稳定性，3)良好的抗高温蒸汽氧化腐蚀的性能，4)较小的热膨胀系数，5)良好的冷热加工性能，6)良好的焊接性能。

镍基高温合金具有优异的高温强度和抗蒸汽腐蚀的性能，在飞机发动机、汽轮机叶片等高温领域已经有成功的应用，可用于650℃以上更高效率的发电机组的高温部件，但机组的设计有一个逐步发展的过程，在600～650℃温度区间，使用镍基合金存在造价过高的问题，价格因素制约了镍基合金的应用。奥氏耐热钢等在620～650℃之间也有较高的高温强度，但其热膨胀系数大和热导率不高的问题，制约了其在火电机组上的推广应用。已经商业化的马氏体耐热钢T/P92的最高使用温度可达620℃，但目前世界上仍没有一种成熟的经济性马氏体耐热钢可以将上限使用温度达到650℃。这一温度几乎达到了马氏体/铁素体型耐热钢的极限温度，强化机制的研究和钢种研发的难度都存在前所未有的挑战。

为此，技术人员开展了相关的研究和开发。美国专利US5591391A公开了能制造用于火力发电领域，具有改善的高温蠕变性能和良好焊接性能和抗蒸汽氧化腐蚀的性能材料，从公开的成分来看，其运用了高Cr、W和Co强化的原理，还加入了Rd和Ta等稀有元素，其含N量在0.02～0.12％之间，对于铁素体耐热钢来说，这是非常高的N含量，这将给生产加工带来极大的难度，并且N除与V和Nb反应形成氮化物外，余下的N还会消耗大量的Cr、W，弱化其固溶强化的效果。

发明内容