超超临界锅炉过热器Super304H管爆管原因分析

通过宏观检查、化学成分分析、金相检验及硬度试验等方法,对某厂超超临界锅炉后屏过热器Super304H管爆管原因进行了分析。结果表明:爆管是由于长时过热导致管子显微组织老化、损伤所致。

超超临界机组用国产Super304H钢管原始态及服役态的力学性能

对国产Super304H钢管(包括原始状态管、服役12 000h和34 000h的运行管)进行了常规试验,包括拉伸、冲击、硬度、金相检验。结果表明:国产Super304H原始管的各项性能指标均符合相关标准的要求;随着服役时间的延长,运行管拉伸性能和硬度的变化幅度不大,但冲击韧度却出现明显下降,且焊缝的冲击韧度明显较母材的低;冲击韧度的急剧下降与碳化物在晶界上的大量析出和聚集有密切关系。

晶粒异常长大对服役Super304H管力学性能的影响

采用显微组织观察及力学性能测试研究了服役态Super304钢管外壁组织异常区结构特征及其对服役态Super304H钢管力学性能的影响,探讨了奥氏体晶粒异常长大的原因。结果表明,服役Super304H钢管外壁形成了连续的组织异常区,奥氏体晶粒度为1级。该服役钢管室温拉伸强度虽较供货态高,但外壁组织异常区的强度、塑性显著降低,拉伸断口呈现准解理断裂特征。残余变形、第二相析出长大及内外壁温度与应力分布的差异等可能是造成服役态Super304H钢管外壁区域奥氏体晶粒异常长大的原因。

SUPER304H锅炉钢管局部腐蚀分析及其防护对策

对某沿海在建机组锅炉用SUPER304H钢管出现的局部腐蚀进行了宏观形貌、化学成分、金相、扫描电镜及能谱分析结果表明,SUPER304H钢管局部腐蚀的主要原因是由氯离子引起的。对此,建议在SUPER304H钢管海运及存放时,加盖帆布和采用缓蚀剂进行防护。对已产生局部腐蚀的管材进行打磨,并经渗透探伤和壁厚测量检验合格后可正常使用。

服役态Super304H耐热钢管显微组织演变及高温力学性能研究

目的探究服役Super304H钢管外壁粗晶组织演变及其对高温力学性能的影响,为超超临界机组运行管理与安全评估提供技术支持。方法针对不同服役时间的Super304H耐热钢管,开展显微组织演变及650℃高温拉伸力学性能研究,着重探讨钢管外壁奥氏体晶粒异常长大、第二相析出长大及其对钢管高温力学性能的影响规律。结果服役态Super304H钢管中的第二相以富铜相、MX相及M23C6相为主,其外壁奥氏体晶粒异常长大,形成粗晶区,而靠近内壁钢管中的奥氏体晶粒长大不明显,为细晶区。相对于细晶区,粗晶区奥氏体晶界及晶内析出更多的第二相,尺寸更大,弥散度降低,导致粗晶区高温拉伸性能显著降低。结论长期高温运行的Super304H耐热钢管应加强监督,消除因外壁奥氏体晶粒异常长大而带来的胀管等安全隐患。

超超临界机组用SUPER304H炉管局部腐蚀现象分析与对策

通过对某沿海在建超超临界机组用SUPER304H锅炉钢管局部腐蚀的宏观形貌、化学成分、金相、扫描电镜及能谱分析，得出其局部腐蚀的主要原因是氯离子引起的孔蚀，并提出了预防措施，为将来设备维护提供了经验积累。

T91/Super304H异种钢管焊接工艺研究

研究了具有良好高温蠕变强度和抗氧化性的T91和Super304H异种钢管的焊接试验材料、焊接参数、焊缝两侧力学性能及冲击韧性,焊接组织转变等,最终确定了T91及Super304H的最佳焊接工艺。

超超临界机组用SUPER304H钢管国产化关键制造工艺的分析

通过对国内外制造的SUPER304H奥氏体钢管实物成分的分析,结合该钢种合金元素的强化机理作用,提出在国产化关键制造工艺中对SUPER304H钢管采用内壁喷丸技术,并利用金相浸蚀技术观察和测试了国外SUPER304H钢内壁喷丸实物和应变层深度.结果表明：喷丸实物应变层深度约为40-70μm,喷头的喷射压力大于0.7 MPa.此外,还对制管过程的热处理、冷加工变形量和喷丸等关键工艺进行了分析.

预变形量对SUPER304H钢管性能的影响

对超(超)临界锅炉用SUPER304H耐热钢管进行预变形量分别为0,15%,20%的预变形,再在700℃时效100,1 000,5 000h,研究了预变形量对时效前后钢管性能的影响。结果表明:随预变形量的增加,变形钢管的室温强度、硬度和短时高温强度均上升,塑性下降明显,但仍具有一定塑性;时效钢管的硬度变化主要取决于预变形量而非时效时间,但时效会降低变形钢管的短时高温强度;不高于20%的预变形量对SUPER304H钢管的持久性能影响有限。

超(超)临界发电机组用Super304H钢管关键制造工艺的分析

通过对国内外制造的600 MW以上的超(超)临界发电机组用Super304H钢(%:0.07～0.13C、17.0～19.0Cr、7.5～10.5Ni、0.001～0.010B、0.3～0.6Nb、2.5～3.5Cu、0.05～0.12N)管材的制造工艺和质量分析,得出为获得较好的高温力学性能和耐腐蚀性,最佳的成分控制为:≤0.08%C、≤3.0%Cu、0.0002%S、Nb/C≥5、Nb/(C+N)≥2。文中叙述了Super304H钢管的热处理,冷加工变形量,喷丸等关键工艺。

Super304H焊接工艺试验研究

介绍Super304H同种钢、Super304H与SA-213TP347H及SA-213T91异种钢焊接性试验,通过试验确定较为合理的焊接及热处理规范。该钢用于我国超临界、超超临界锅炉机组具有很大的潜力。

火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅱ):蒸汽氧化、强度及组织演化

目的分析表征锅炉管内壁铝化物涂层的综合性能。方法通过动态高温蒸汽氧化实验、高温拉伸试验、高温持久试验和650℃/10000 h热暴露实验,分别评价Super304H锅炉管内壁铝化物涂层的抗蒸汽氧化性能、高温强度、高温持久性能和涂层组织时效稳定性,并通过X射线仪、电子显微镜和能谱技术分析涂层结构与物相、氧化产物和断口特征。结果采用料浆法可在Super304H锅炉管内壁制备厚度约40μm的铝化物涂层,涂层以FeAl相为主,且与母材呈冶金结合。在650℃、1000 h饱和蒸汽氧化过程中,涂层表面生长极薄的α-Al2O3,氧化膜厚度小于1μm,抗氧化能力优于表面喷丸Super304H及更高Cr含量的HR3C合金。在650℃高温,涂层Super304H合金的强度与断裂韧性与母材相当,持久寿命与母材持平,蠕变断裂位置未发生在涂层一侧。650℃长时热暴露过程中,涂层由FeAl相向Fe3Al相退化。结论涂层制备过程未对合金母材组织有显著影响,铝化物涂层显著提高了Super304H合金650℃饱和蒸汽氧化性能,对合金的高温力学性能无显著影响。长时热暴露后,涂层与基体互扩散造成组织退化。

火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅲ):实炉服役行为

目的验证抗蒸汽氧化涂层锅炉管在实机服役环境下的综合性能。方法将涂层验证管与对比管样(喷丸管、Super304H母材管)焊接在在役超临界锅炉高温段末级过热器同温区管屏,通过实炉运行,研究真实服役环境下各试验管的综合使役性能。结果实炉服役8600 h后,涂层管表现出了极为优异的抗高温蒸汽氧化性能,管内壁生长约0.3μm厚的保护性Al_(2)O_(3)膜,参比的喷丸管和母材表面氧化膜厚度分别为0.55μm和64.31μm。服役后涂层仍保持双层结构,厚度增加4.5%,平均硬度升高约8.1%,参比的喷丸管样喷丸层部分孪晶消失,细化晶粒合并长大,喷丸层的平均硬度下降21.3%,厚度退化约32%。实炉服役样品650℃拉伸试验表明,涂层验证管的强度与母材持平,涂层管与机组过热器管屏焊缝组织稳定,焊缝各区域内未见铝元素扩散污染,焊接头拉伸样品断裂在无涂层一侧。结论与Super304H母材管和喷丸管相比,涂层管有效提高了管材抗蒸汽氧化能力,内壁氧化膜更薄,生长速率更慢。施加涂层显著提高了管道内表面硬度,对管道服役后的高温力学性能及母材组织无显著影响。施加涂层不影响焊缝组织的稳定性。

火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅰ):涂层制备及组织结构

目的在奥氏体不锈钢锅炉管内壁制备抗高温蒸汽氧化涂层。方法采用料浆法在锅炉过/再热器用小口径Super304H不锈钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,研究了钢管热处理制度范围内制备工艺(时间、温度)对涂层结构、成分和相组成的影响规律,同时基于扩散定律建立了涂层结构的预测模型。结果铝化物涂层厚度约为30~150μm,与基体冶金结合良好。涂层为双层结构,外层由(Fe,Ni)Al(Cr)相、Cr_xSi_y相以及少量Fe_3Al相组成,互扩散层(IDZ)由(Fe,Ni)Al相、Cr_xSi_y相、点状M_6C碳化物相和针状TCP相组成。涂层的制备温度和保温时间对互扩散层厚度变化影响显著,其随时间和温度的变化曲线近似满足抛物线规律。管材热处理制度范围内的温度过高,易减小涂层外层厚度。结论在匹配Super304H锅炉管热处理工艺的基础上,采用料浆法在小口径Super304H锅炉管内壁获得了双层结构的铝化物涂层。基于Fick第二扩散定律建立了涂层结构控制的预测模型,拟合结果与实验实测数据吻合较好,可为获得不同结构的涂层提供参考。

超超临界电站锅炉用新型管材的研制

介绍了我国电站锅炉向大容量、高参数发展趋势和对新型管材的要求,以及宝钢T23,T91,T92高压锅炉管新产品研制情况。经评定表明,宝钢T23,T91,T92各项技术指标和性能均符合ASME SA—213标准要求,可以替代进口产品,适合制造超超临界电站锅炉。同时,为了满足超超临界电站锅炉屏式过热器、高温过热器、高温再热器关键材料国产化的要求,宝钢又开展了S30432(Super304H)及TP310HNbN(HR3C)钢的研制,并可在近期提供给锅炉行业,以满足锅炉行业制造超超临界电站锅炉的需求。

电站锅炉过热器管爆管原因分析

针对某电站锅炉过热器管在运行时出现爆管的问题,分别采用宏观检验、化学成分分析、力学性能测试和金相检验等手段进行了全面分析与讨论。结果表明:长时超温运行是造成爆管的主要原因。另外,弯头未经固溶处理或固溶处理不充分,以及内壁氧化皮的大面积脱落也加速了管子的开裂。

Super304H钢管国产化和质量现状

介绍了超超临界机组用的Super304H钢管的国内外生产现状,分析了国产Super304H钢管质量状况,包括化学成分、力学性能和金相特征。调查分析结果表明,目前国内已有多家企业具备了Super304H钢管的生产能力,国产与进口Super304H钢管相比,在某些指标上还存在一定的差距,但已能满足相关标准的要求。国产Super304H钢管已在国内超超临界机组中投入使用,应加强运行监督。

服役态Super304H过热器钢管显微组织及力学性能

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等对某超超临界机组服役40000 h后Super304H过热器钢管不同区域的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,服役40000 h后Super304H钢管外壁出现异常长大的奥氏体晶粒,TEM测试表明外壁MC颗粒的粗化明显,且大量MC颗粒沿晶界连续分布,而MX相和富Cu相长大不明显;异常长大的晶粒导致服役态Super304H钢管外壁粗晶区的室温抗拉强度和冲击性能较供货态下降了21.9%和50%,粗晶区冲击试样断口沿晶断裂特征明显,其脆性显著增加,对Super304H钢管的服役安全性构成威胁,应加强监督消除因外壁奥氏体晶粒异常长大而带来的爆管等安全隐患。

国产S30432喷丸管的喷丸形变层组织与硬度对比研究

通过对比试验研究,系统分析了国产S30432内壁喷丸管与进口Super304H内壁喷丸管在喷丸层表面状态、形变组织形貌特征、硬化效果方面的差异。研究结果表明喷丸应变硬化效果主要取决于碎化晶层和多滑移层的发育程度,尤其是取决于碎化晶层的发育程度。国产喷丸管子喷丸形变层中破碎化晶层和多滑移层的厚度及其均匀性都比不上进口管子,而且其有效硬化层的深度、硬度及其均匀性也比不上进口管子,因此,国内喷丸处理工艺水平与国外相比尚有一些差距,还有待进一步改进和提高。