超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料及其焊接技術(shù)的發(fā)展

李英河

【摘 要】在世界范圍內(nèi)的超超臨界機(jī)組發(fā)展中，超超臨界機(jī)組鍋爐用耐高溫材料與該材料的具體焊接技術(shù)，決定著超超臨界機(jī)組本身的參數(shù)與性能，而想要盡可能提高超超臨界機(jī)組的性能，我們就必須對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行具體研究，在這種背景下，本文就超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料及其焊接技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了具體論述，希望能夠以此提高我國(guó)超超臨界機(jī)組的發(fā)電效能。

【關(guān)鍵詞】超超臨界機(jī)組 高溫材料 焊接技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)資源友好型社會(huì)的創(chuàng)建需要與民眾用電需求的提高，都在不斷催促我國(guó)進(jìn)行容量大、效率高、參數(shù)高、節(jié)能性好的發(fā)電機(jī)組的研究，在這種背景下，設(shè)法提高超超臨界機(jī)組鍋爐的壓力與參數(shù)，就能夠在一定程度上滿足這一需求，但想要提高超超臨界機(jī)組鍋爐的壓力與參數(shù)，就必須設(shè)法解決超超臨界機(jī)組鍋爐用材料耐高溫、高壓以及具體的焊接問題。

1 超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料的選擇發(fā)展

在世界范圍內(nèi)的超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料的選擇中，新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼、新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼以及高鉻鎳奧氏體鋼，是世界各國(guó)普遍采用的三種耐熱新鋼種，在這三種鋼種的不斷發(fā)展中，每一種鋼種都經(jīng)過(guò)了不斷地改進(jìn)，拿新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼為例，在近些年的發(fā)展中，T24，T91，T92，T122，SA3352，P91，P92，P122和E911，都屬于新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼這一鋼種，由此可見近些年超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料的發(fā)展，筆者將在下文中對(duì)我國(guó)當(dāng)下較為常用的超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料進(jìn)行具體描述[1]。

1.1 T91/P91

在我國(guó)當(dāng)下的超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料中，T91/P91鋼是一種較為常用也較為實(shí)用的新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼材料，其本身具有較好的焊接性能與工藝性能，在具體的應(yīng)用中，T91/P91鋼能夠憑借自身較低的熱膨脹系數(shù)與較高的導(dǎo)熱系數(shù)，保證自身在650度高溫下的持久性，并在同時(shí)保證自身的耐腐蝕性。在我國(guó)，早在2009年，T91/P91鋼便已經(jīng)在我國(guó)亞臨界機(jī)組的主蒸汽管道得到了應(yīng)用，且取得了較好的應(yīng)用效果。當(dāng)下，T91/P91鋼已成為我國(guó)超超臨界機(jī)組主蒸汽管道應(yīng)用最廣泛的鋼種。

1.2 T92/P92

T92/P92鋼是T91/P91鋼的進(jìn)化版，相較于T91/P91鋼，T92/P92鋼具有更好的抗高溫腐蝕性能、焊接過(guò)程中也具備更好的抗裂性能，這些優(yōu)勢(shì)也使得T92/P92鋼具有更為廣闊的應(yīng)用前景。但由于T92/P92鋼本身的價(jià)格高昂，這就使得其本身在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法得到廣泛應(yīng)用，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，T92/P92鋼終將推動(dòng)超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料的再次進(jìn)步[2]。

1.3 HR3C

HR3C鋼屬于新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼，其本身公稱成分為0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N，這種成分的構(gòu)成使得HR3C鋼抗拉性能、高溫耐熱性能、抗熱蝕性能都較為優(yōu)秀，特別是其本身的抗蒸汽氧化性能，使得HR3C鋼能夠得到較為廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)當(dāng)下超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料中，HR3C鋼常常被用各種需要耐高溫、高壓、高硫或高氯環(huán)境腐蝕的管件中。

2 超超臨界機(jī)組鍋爐用高溫材料的焊接技術(shù)

2.1 超超臨界機(jī)組鍋爐用T91/P91鋼的焊接

由于T91/P91鋼屬于新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼，這就使得在焊接過(guò)程中，T91/P91鋼較為容易因脆硬造成本身裂紋的出現(xiàn)，針對(duì)這種情況，焊接人員應(yīng)采用銅陵工程焊接質(zhì)量控制的方式，為T91/P91鋼選擇專用的焊機(jī)，并通過(guò)保證質(zhì)檢員全程監(jiān)督，保證T91/P91鋼焊接工作的順利進(jìn)行，使其滿足超臨界機(jī)組鍋爐對(duì)耐高溫材料的要求[3]。

2.2 超超臨界機(jī)組鍋爐用T92/P92鋼的焊接

在超超臨界機(jī)組鍋爐用T92/P92鋼的焊接中，TIG/SMA焊接法是我國(guó)較常使用的焊接工藝，在具體的焊接過(guò)程中，焊接采用對(duì)接接頭，坡口采用雙形，其中將鈍邊控制在0.5mm到2mm范圍內(nèi)，將坡口間隙控制在3mm到4mm范圍內(nèi)。在焊接過(guò)程中，為了防止T92/P92鋼的氧化，我們需要在填充第一層焊縫時(shí)，保證氮?dú)鈱?duì)其的充分保護(hù)。需要注意的是，T92/P92鋼的焊接采用小焊接線能量，多層多道焊，并注意焊接完成后留出1到2個(gè)小時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)間，以此保證T92/P92鋼焊接質(zhì)量[4]。

2.3 超超臨界機(jī)組鍋爐用HR3C鋼的焊接

在HR3C鋼的焊接中，由于HR3C鋼屬于新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼，所以焊接人員在對(duì)HR3C鋼進(jìn)行具體的焊接工作時(shí)，需要層間溫度與焊接電流進(jìn)行較好的控制，為了實(shí)現(xiàn)這一控制，我們需要為焊接人員提供具體的測(cè)溫設(shè)備，同時(shí)保證焊接時(shí)環(huán)境與工件溫度不低于20℃。在具體的焊接過(guò)程中，焊接人員需要采用小規(guī)模焊接工藝，通過(guò)對(duì)電流、電壓、焊接速度的精準(zhǔn)控制，保證焊縫韌性。需要注意的是，在焊接結(jié)束后，如果環(huán)境溫度高于20℃，焊接人員可以進(jìn)行空冷，而如果環(huán)境溫度低于20℃，焊接人員就需要通過(guò)氧乙炔火焰將焊件加熱到150℃，進(jìn)行5分鐘的緩冷。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)近些年超超臨界機(jī)組鍋爐用耐高溫材料與該材料的具體焊接技術(shù)發(fā)展中，二者都得到了較為長(zhǎng)足的進(jìn)步，本文對(duì)這一進(jìn)步的一部分內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)描述，希望能夠以此推動(dòng)我國(guó)超超臨界機(jī)組的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]林富生，謝錫善，趙雙群，董建新.我國(guó)700℃超超臨界鍋爐過(guò)熱器管用高溫合金選材探討[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011，12：960-968.

[3]林俊濱.超（超）臨界鍋爐高溫管內(nèi)氧化皮形成機(jī)理及堵塞規(guī)律研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[4]遲成宇，于鴻垚，謝錫善.世界700℃等級(jí)先進(jìn)超超臨界電站關(guān)鍵高溫材料[J].世界鋼鐵，2013，02：42-59+63.