[发明专利]一种抗蒸汽腐蚀氧化和高温持久性能良好的超超临界火电机组用钢及其制备方法

说明书

一种抗蒸汽腐蚀氧化和高温持久性能良好的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：C：0.08～0.15％，Si：0.2～1.0％，Mn：0.2～0.8％，P≤0.02％，S≤0.01％，Cr：9.0～13％，Mo：0.2～0.8％，V：0.05～0.32％，Nb：0.02～0.1％，B：0.002～0.008％，Al：0.005～0.3％，N：0.01～0.05％，残余元素Ni+Zr+Pb+Sn+As≤0.05％，其余为Fe和不可避免杂质；且需满足：2.3≤(Cr+1.5Mo+1.5Si+2Nb+2V)/(0.3Mn+30C+20N)≤4.5。该钢在620～650℃外推10万小时持久强度≥60MPa，625℃氧化腐蚀2000小时的增重≤20mg/cm²，热膨胀系数为9～15×10^‑6K，特别适用于大规模生产620～650℃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，涉及一种抗蒸汽腐蚀氧化和高温持久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

目前和未来很长一段时期，中国电力结构中煤电仍然是主力，占比达到60％，这是由我国的国情和自然资源所决定的。中国10亿千万瓦煤电产能，国家2020规划煤电不能超过11亿千瓦，只有1亿千瓦的发展空间，除去在建项目，基本没有什么新建项目的可能，也就使煤电的发展受到极大制约。目前煤电的排放标准已经低于天然气燃烧标准，煤电高效清洁利用的问题就转化为如何高效发电的问题，但700℃电站因受关键材料的制约目前甚至在未来较长的一段时期仍然不适合发展。620～650℃电站将是未来一段时间国内外的重点发展方向。

在620～650℃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。奥氏体耐热钢等在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广泛应用。已经商业化的马氏体耐热钢T/P92的最高使用温度可达620℃，宝钢和钢铁研究总院共同开发正在推广试用中的马氏体耐热钢G115可以将上限使用温度达到650℃，外推10万小时的持久强度可达100MPa。这一温度几乎达到了马氏体/铁素体型耐热钢的极限温度。

G115以及日本MARRN钢在合金设计中充分利用Cr、W、Co的固溶强化，Co层错强化，Cr、V、Nb、C、N的细小析出物的弥散强化作用，以及B在晶界以及碳化物与基体相界处的钉扎强化作用，使材料的极限温度达到650℃，可用在630℃电站的高温过热汽管道等最苛刻部位用材需求温度高达650℃，压力高达38MPa。但是G115含有较高的合金，并且制造难度极大，由于其最佳的高温加工温度区间比碳钢和低合金钢低100～200℃，因此在现有的热轧穿孔、连轧机组上很难实现规模化连续生产，合金成本和制造成本叠加起来，成本仍比T/P92等要高得多。

火电机组不同部位的温度和压力有较大差异，不同温度机组均有低合金、高合金配套材料。同样，对于630℃电站而言，也需要性价比高的配套材料。在近十年的应用过程中，抗氧化能力不足，氧化铁皮增加过快的问题逐步显现出来。运行过程中，在过热器及再热器受热面主要应用的9％Cr钢为T91、T92，产生的氧化铁皮将随着高压蒸汽进入到汽轮机，将损伤汽轮机的叶片，致使发电效率降低，为此，有必要开发比T91/92抗氧化的高性价比钢种。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗蒸汽腐蚀氧化和高温持久性能良好的超超临界火电机组用钢及制备方法，该钢在620～650℃外推10万小时持久强度≥60MPa，625℃氧化腐蚀2000小时的增重≤20mg/cm²，热膨胀系数为9×10^-6～15×10^-6K，特别适用于大规模生产超超临界火电机组的锅炉管或其它耐热装备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：