超临界燃煤发电机组用钢板及钢号选用 - 火力发电金属材料技术手册
超临界燃煤发电机组用钢板及钢号选用
公司内部技术课件 | 遵循DL/T 715-2015标准
概述部分
一、概述：超临界机组工况与材料要求
1. 机组核心参数
- 超临界（SC）：蒸汽压力≥22.1MPa，温度≥566℃
- 超超临界（USC）：蒸汽压力≥25MPa，温度≥600℃
- 关键挑战：高温蠕变、蒸汽氧化、烟气腐蚀、焊接应力
2. 材料选用三大原则（DL/T 715-2015）
- 使用性能优先：满足温度/压力下的强度、韧性要求
- 工艺性能保障：良好焊接性、冷热加工性
- 经济性平衡：成本与寿命优化
核心部件用钢详解
二、核心部件用钢板及钢号详解
（一）锅炉受热面系统
| 部件 | <推荐钢号 | <材质特性 | <核心性能 | <典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| 水冷壁管 | T23（12Cr2MoWVTiB） | 2.25Cr-1Mo 系铁素体钢 | 595℃蠕变强度优异，焊接性好 | 超临界机组螺旋/垂直水冷壁（壁温≤595℃） |
| 水冷壁管 | HCM12 | 12% Cr 合金强化钢 | 抗腐蚀速率≤0.3mm/y | 高硫煤工况水冷壁（需涂层防护） |
| 低温过热器 | 15CrMoG（GB 5310） | 1.5Cr-0.5Mo 低合金钢 | 550℃下持久强度≥80MPa | 过热器低温段、省煤器 |
| 高温过热器 | Super304H（S30432） | 奥氏体不锈钢（18Cr-8Ni-Nb-V） | 620℃抗氧化，蠕变强度比304H高30% | 屏式过热器、末级过热器 |
| 再热器 | HR3C（TP310HCbN） | 高 Cr 奥氏体钢（25Cr-20Ni） | 650℃抗腐蚀，蒸汽侧氧化速率低 | 超超临界机组高温再热器 |
（二）高温管道与联箱
| 部件 | <推荐钢号 | <标准依据 | <关键参数 | <应用实例 |
|---|---|---|---|---|
| 主蒸汽管道 | P92（SA335） | ASME SA-335M | 最高使用温度650℃，屈服强度≥415MPa | 国内1000MW USC机组主汽管 |
| 主蒸汽管道 | P122（HCM12A） | 日本JIS标准 | 620℃/34MPa下稳定运行 | 日本橘湾1050MW机组 |
| 再热蒸汽管道 | P91（SA335） | ASME SA-335M | 593℃蠕变断裂强度≥50MPa | 超临界机组再热冷段/热段 |
| 联箱 | P22（12Cr2MoG） | GB/T 9948 | 550℃以下耐疲劳，焊接性优良 | 低过出口联箱、省煤器联箱 |
| 高压给水管 | WB36 | DIN EN 10216 | 耐350℃高压水腐蚀 | 超临界机组给水管道系统 |
（三）压力容器类（锅筒/分离器）
| 设备 | <推荐钢号 | <材质类型 | <性能要求 | <适用工况 |
|---|---|---|---|---|
| 汽水分离器 | SA387Gr.11CL2 | 铬钼合金钢板 | 抗氢致开裂，冲击功≥41J | 超临界机组汽水分离装置 |
| 储水罐 | Q345R | 低合金高强度钢 | 屈服强度≥345MPa，韧性优良 | 超超临界机组储水系统 |
| 锅筒（亚临界过渡） | SA299 | 碳锰钢板 | 耐540℃中温中压，焊接性好 | 超临界机组启动分离器 |
| 压力容器壳体 | 13MnNiMoR | 低合金高强钢 | 低温冲击韧性优异（-20℃≥34J） | 辅助压力容器、换热器壳体 |
（四）汽轮机关键部件
| 部件 | <推荐钢号 | <材质特性 | <核心指标 | <应用说明 |
|---|---|---|---|---|
| 高中压转子 | 12Cr10NiMoWVNbN | 10% Cr 马氏体钢 | 600℃蠕变强度≥60MPa | 超超临界汽轮机转子 |
| 低压转子 | 30Cr2Ni4MoV | 镍铬钼钒合金 | 断裂韧性 KIC≥110MPa・m¹/² | 超临界机组低压转子体 |
| 轮盘/叶轮 | 25Cr2Ni4MoV | 高强度合金结构钢 | 硬度偏差≤30HB | 超临界机组汽轮机轮盘 |
| 无磁性护环 | 1Mn18Cr18N | 奥氏体无磁钢 | 磁导率≤13.2×10⁻⁷H/m | 发电机转子护环 |
性能对比与选用要点
三、关键钢种性能对比与选用要点
1. 铁素体/马氏体钢 vs 奥氏体钢
| 类别 | <代表钢种 | <优势 | <局限 | <适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 铁素体/马氏体钢 | P91、P92、T23 | 热导率高、膨胀系数小、成本低 | 最高温限650℃ | 主汽管、联箱、水冷壁 |
| 奥氏体钢 | Super304H、HR3C | 耐高温氧化、抗腐蚀强 | 热膨胀系数大、成本高 | 过热器/再热器高温段 |
2. 国内外钢号对应关系
| 国标（GB） | <美标（ASME） | <欧标（DIN） | <用途对应 |
|---|---|---|---|
| 15CrMoG | SA213-T12 | 13CrMo44 | 中温管道、受热面 |
| 12Cr1MoVG | SA213-T22 | 10CrMo910 | 联箱、低温过热器 |
| Q345R | SA516Gr.70 | P355GH | 压力容器壳体 |
| 20G | SA210C | C22.8 | 低压受热面管 |
3. 禁用与替代钢种（DL/T 715-2015 更新）
- 淘汰钢种：12CrMo、15CrMoV（高温强度不足）
- 替代方案：T22→P91（温度提升至593℃）、304H→Super304H（620℃工况）
标准体系与质量控制
四、标准体系与质量控制
1. 核心执行标准
- 国内：DL/T 715-2015《火力发电厂金属材料选用导则》、GB 713《锅炉和压力容器用钢板》
- 国际：ASME SA系列（SA335、SA387、SA299）、DIN EN 10216
2. 质量证明文件要求
- 化学成分：Cr含量（9-12%系钢）、Mo/V/Nb合金元素偏差≤±0.05%
- 力学性能：室温屈服强度≥400MPa，高温蠕变强度（600℃/10⁵h）≥60MPa
- 无损检测：超声波探伤（UT）、磁粉探伤（MT）符合NB/T 47013
应用实例参考
五、应用实例参考
国内1000MW超超临界机组用钢方案（节选）
| 部件 | <方案一 | <方案二 | <方案三 |
|---|---|---|---|
| 主蒸汽管道 | P92 | P92/P122 | P92 |
| 高温过热器 | Super304H/HR3C | T91/Super304H | HR3C |
| 水冷壁 | T23 | T12/T23 | T12/内螺纹管 |
| 汽水分离器 | P91 | SA336F12 | 15CrMoG |
注：文档部分内容为技术参考，具体选用需结合实际工况验证
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