超临界锅炉受热面材质及喷丸处理调研报告

超临界锅炉受热⾯材质及喷丸处理调研报告
超临界机组
受热⾯材质及喷丸处理调研报告
调研时间：6⽉3⽇ -6⽉8⽇
调研地点：上海新亚欣喷丸公司、
江苏武进不锈钢公司、
神华国华太仓电⼚
⽬录
⼀、调研⽬的及机组概况 (3)
1、调研⽬的 (3)
2、初设中管材使⽤情况 (3)
⼆、上海新亚欣喷丸处理介绍 (4)
1、喷丸技术介绍 (4)
2、钢管内喷丸处理的加⼯⽅法和⼯艺流程 (5)
3、钢管喷丸标准要求 (6)
4、上海新亚欣公司钢管内喷丸处理喷丸层的硬度和深度实物质量的统计分析 (7)
5、上海新亚欣产能 (11)
6、上海新亚欣喷丸业绩 (11)
三、江苏武进不锈钢介绍 (12)
1、国产细晶TP347HFG管材 (12)
2、国产super 304H管材 (13)
四、神华国华太仓电⼚情况介绍 (16)
1、神华国华太仓电⼚受热⾯材质更换前材质简介 (17)
2、神华太仓电⼚锅炉受热⾯存在的问题 (19)
3、神华国华太仓电⼚受热⾯更换材质情况 (20)
五、⾼温受热⾯材质及喷丸经济对⽐表 (22)
1、国产材料（武进不锈钢⼚单价） (22)
2、进⼝材料（两种进⼝材料价钱相当） (23)
3、受热⾯喷丸处理价格表 (23)
4、投资差异总结 (23)
六、结论 (24)
为进⼀步了解国产super304H、TP347HFG管材及其喷丸处理⼯艺在超临界机组中的使⽤情况，赴上海新亚欣喷丸公司、江苏武进不锈钢公司、神华国华太仓电⼚，对⾼温段受热⾯管材及喷丸处理应⽤情况进⾏了实地调研。

现将调研情况汇报如下：
⼀、调研⽬的及机组概况
1、调研⽬的
超临界直流炉过热器和再热器蒸汽温度均超过560℃，要求管材具有⾼蠕变强度和热疲劳强度，同时具有良好的焊接性能和蒸汽侧耐氧化能⼒。

⽬前国内各电⼚绝⼤多数选择TP347HFG⽤于超临界机组屏过及屏再的⾼温段（极少数使⽤Super-
304H），较早建设的机组使⽤T23或TP347H材质的均出现氧化⽪脱落堵塞造成频繁超温爆管的情况，因此本次调研的⽬的有以下⼏点：
1.国内管材喷丸加⼯情况及TP347H喷丸处理后的抗氧化性能；
2.国产TP347HFG管材的⽣产加⼯情况及与进⼝管材的性能对⽐；
3.Super-304的使⽤情况（国产、进⼝）。

2、XX热电、XX热电、XXX热电初设中屏再、屏过⾼温段管材使⽤情况
1）XX热电锅炉管材情况
XX热电为巴威锅炉⼚⽣产的锅炉，锅炉为超临界参数复合滑压运⾏⽅式及定压运⾏直流煤粉锅炉、⼀次中间再热、单炉膛平衡通风、∏型布置、固态排渣、紧⾝封闭、全钢架悬吊结构
2）XX锅炉管材情况
XX为上海锅炉⼚，锅炉为超临界参数复合滑压运⾏⽅式及定压运⾏直流煤粉锅炉、⼀次中间再热、单炉膛平衡通风、∏型布置、固态排渣、紧⾝封闭、全钢架悬吊结构
3）XX锅炉情况
XX为上海锅炉⼚，超临界参数、⼀次中间再热、单炉膛、平衡通风，固态排渣，全紧⾝封闭，全钢构架的π型直流炉。

⼆、上海新亚欣喷丸处理介绍
1、喷丸技术介绍
我国⽕⼒发电已经进⼊超临界和超超临界压⼒的发展时代，电站锅炉的蒸汽出⼝压⼒已达28MPa，蒸汽出⼝温度⾼达605℃，在如此⾼的参数下，锅炉受热⾯管系⾼温段通常使⽤的18Cr-8Ni型TP304H、TP321H、TP347H和SUPER304H等奥⽒体不锈耐热钢管的内壁⾯临着⾼温蒸汽氧化腐蚀的威胁。

为了防⽌18Cr-8Ni型奥⽒体不锈耐热钢管内壁⾼温蒸汽氧化腐蚀，现时超超临界锅炉受热⾯管系⾼温段设计选⽤钢管内壁经喷丸强化处理的18Cr-8Ni型奥⽒体不锈耐热钢管。

钢管内壁喷丸强化处理加⼯⽅法如图1所⽰，将⾼速弹丸
喷射到钢管内壁表⾯，使其表层在弹丸的射击下发⽣塑性形变⽽强化，强化了的喷丸层有效地提⾼了奥⽒体不锈耐热钢管内壁表层抗蒸汽氧化腐蚀的性能。

钢管内壁经喷丸强化处理后，在钢管内表⾯⽣成了喷丸应变（硬化）层，它不仅具有应⼒强化的宏观特征，⽽且还具有组织强化的微观特征－⾦属以滑移的⽅式产⽣塑性变形并留下塑性变形的痕迹－滑移线，正是这些喷丸形变层中的密集⽽均匀分布的滑移线，在锅炉运⾏⾼温蒸汽氧化的初期，成为Cr元素向钢管内壁表⾯扩散的短路通道，它⽐单纯借助晶界作为扩散通道的未经喷丸处理的同钢种的奥⽒体不锈耐热钢管快得多的速度，向着蒸汽侧钢管表⾯富集⽣成富Cr的
Cr
2O
3
氧化内层，隨着蒸汽氧化時间的延长，钢中铁元素的扩散被富Cr的氧化层堵
塞，从⽽使经内喷丸处理的奥⽒体不锈钢管具有显著抗⾼温蒸汽氧化的能⼒。

2、钢管内喷丸处理的加⼯⽅法和⼯艺流程
遵照钢管内喷丸处理原理，设计的钢管内喷丸处理⼯艺流程如图所⽰。

简述如下：
1）钢丸经输送提升⾄⼀定⾼度的储丸仓分筛控制粒度注⼊移动式喷丸机。

2）常压下的空⽓经压缩机增压经储⽓缸内稳压、冷⼲机的⽔和⽓以及⽓和油的
过滤，使洁净⼲燥的⾼压空⽓在喷丸机中与钢丸会合处于待喷状态。

3）待喷钢管经辊道推⼊⼯位，钢管⾸尾两端的外表⾯与钢丸前后置密封仓仓⼝连接组成喷丸⼯作室。

4）喷丸机向前移动使喷枪的喷咀定位在头部外端⾯的前置密封仓内。

5）开启喷丸机钢丸控制阀，使弹丸经喷枪的喷咀⾼速喷射到钢管内壁表⾯，在喷丸机拖动喷枪的回抽运动中对钢管整长施以钢管内壁喷丸强化处理。

6）已喷钢管脱离⼯位经辊道推⼊成品待验仓位。

重复3）～6）的⼯序使钢管内喷丸处理加⼯实现了批量⽣产的流⽔作业。

喷丸现场照⽚
3、钢管喷丸标准要求
⽕⼒发电⾼温受热⾯管奥⽒体不锈钢管内喷处理，国内外虽有锅炉制造⼚、不锈钢管⼚和电⼚委托加⼯，⾄今尚未有统⼀的钢管内喷丸处理标准，上海新亚欣科技有限公司所⽤标准可适应不同⽤户对喷丸层性能的质量需求。

其中对喷丸层性能最⾼的技术要求如下：喷丸层60µm处的硬度不⼩于280HV，且与基体⾦属相⽐较硬度增加值不⼩于100HV；喷丸层的深度不⼩于
70µm。

西安热⼯院现已⽴项负责编制“钢管内喷处理技术条件”电⼒⾏业标准，该院已邀请上海新亚欣科技有限公司作为该标准的起草单位之⼀。

4、上海新亚欣公司钢管内喷丸处理喷丸层的硬度和深度实物质量的统计分析
图（1）和图（2）分别是Super304H、SA213-TP347H和TP304H等3个钢种经内喷丸处理后喷丸钢管抽样检验喷丸层硬度及其与基体⾦属相⽐较硬度增加值区间分布图。

图（1）喷丸层硬度区间分布图
图（2）喷丸层硬度增加区间分布图
1） Super304H喷丸层的硬度和深度
该样本取⾃公司于2007.07.～2012.03.承接完成1.5万吨钢管内喷丸处理仼务中，在成品抽样检验过程中，从中随机抽取其中7024吨（约106241⽀）钢管，按协议取样920⽀（占⽐0.87％）对喷丸层硬度和深度进⾏了统计分析，其结果如下：Super304H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯60µm处）硬度（表1）都不⼩于280 Hv0.5的技术要求，且都处在304.5～
387.7HV0.5的区间范围内，平均值为339.6 HV0.5，其中硬度不⼩于300HV0.5占⽐99.0％，且硬度区间处在320≤HV0.5<340占⽐最⼤可达70.2％（图1）。

Super304H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯60µm处）硬度与母材基体的硬度相⽐较，其硬度的增加值（表2）都不⼩于
100Hv0.5的技术要求。

且都处在101.6～210.7HV0.5的区间范围内，平均值为143.0 HV0.5，其中硬度区间120≤HV0.5<140占⽐最⼤可达58.8％（图2）。

Super304H喷丸层的深度见图（3）所⽰
图（3）Super304H喷丸层层深及其微观形貌
结论：
Super304H喷丸层喷丸应变层的深度满⾜都不⼩于70µm 的技术要求，并且都处在75-145.6µm 平均值为110µm
2） SA213-TP347H喷丸层的硬度和深度
该样本取⾃公司于2010.03和2012.02.⼆次承接完成北京巴威公司603吨（约6407⽀）TP347H钢管内喷丸处理仼务中，按协议取样67⽀（占⽐1.05％）对喷丸层硬度的统计结果。

由图表中可知SA213-TP347H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯60µm 处）硬度（表1）都不⼩于280 Hv0.5的技术要求，且都处在297.3～397.3HV0.5的区间范围内，平均值为334.4 HV0.5，其中硬度不⼩于300HV0.5占⽐98.5％，硬度区间处在320≤HV0.5<340占⽐最⼤可达56.7％（图1）。

SA213-TP347H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯60µm处）硬度与母材基体的硬度相⽐较，其硬度的增加值（表2）都不⼩于100Hv0.5的技术要求。

且都处在119.0～199.8HV0.5的区间范围内，平均值为158.2HV0.5，其中硬度的增加值不⼩于
120HV0.5占⽐98.5％，硬度的增加值区间处在140≤HV0.5<180占⽐70.1％（图2）。

SA213-TP347H喷丸层的深度见图（4）所⽰
图（4）TP347H喷丸层层深及其微观形貌
结论：
SA213-TP347H喷丸应变层的深度满⾜都不⼩于70µm 的技术要求，并且都处在113.9-165.4µm 平均值为131.7µm。

3） SA213-TP304H喷丸层的硬度和深度
该样本取⾃公司于2012.04承接完成上锅承建ALSTOM公司外1103锅炉94吨（约1168⽀）TP304H钢管内喷丸处理仼务中，按协议取样13⽀（占⽐1.05％）对喷丸层硬度的统计结果。

SA213-TP304H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯40µm处）硬度（表1）都不⼩于280 Hv0.2的技术要求，且都处在358.9～404.1HV0.2的区间范围内，平均值为380.0HV0.2，其中硬度区间处在370≤HV0.2<390占⽐最⼤可达77.0％（图1）。

SA213-TP304H喷丸层（测点位置离钢管内表⾯40µm处）硬度与母材基体的硬度相⽐较，其硬度的增加值（表2）都不⼩于100Hv0.2的技术要求。

且都处在166.6～223.3HV0.2的区间范围内，平均值为194.8HV0.2，其中硬度增加值区间处在
190≤HV0.2<210占⽐最⼤可达53.8％（图2）。

SA213-TP304H SA213-TP347H喷丸层的深度见图（5）所⽰
图（5）SA213-TP304H 喷丸层层深及其微观形貌
结论：
SA213-TP304H喷丸应变层的深度满⾜都不⼩于70µm 的技术要求，并且都处在94.3-130.7µm 平均值为 109.4µm。

总结：
上海新亚欣对Super304H、TP347H和TP304H钢管内喷丸进⾏对⽐，没有对细晶TP347HFG进⾏详细对⽐，经和新亚欣沟通得知：粗晶TP347H经喷丸后效果较好，细晶TP347HFG经喷丸后要⽐粗晶TP347H还要好（晶粒越细越有利于Cr的扩散）。

经上海新亚欣公司内喷丸处理的SUPER 304H（Super304H）钢管，不仅满⾜⽤户对钢管喷丸层质量需求，⽽且喷丸层的硬度和深度及其分布均匀性达到了由⽇本住友⾦属产的喷丸钢管喷丸层实物质量的同等⽔平。

5、上海新亚欣产能
⽬前上海新亚欣已具有六把喷枪其设计产能如下：
受喷钢管的产品对象：髙温过热器和再热器
受喷钢管的材质：18Cr-8Ni型奥⽒体不锈耐热钢管
受喷钢管的规格：受喷钢管最⼩内径:23 毫⽶；受喷钢管长度:最⼤长度 12
⽶，甚⾄更长
年产能：6000吨（约百万⽶）
6、上海新亚欣喷丸业绩
上海新亚欣科技有限公司⾃2007年初开业经上海锅炉⼚评审合格后，接受
上锅钢管内喷丸处理第⼀份合同⾄今（2012年）6年时间中，除上锅外⼰承接东⽅锅炉集团股份有限公司，北京巴威有限公司（Babcock&Wilcox Beijing Co Ltd）和江苏武進不锈钢管股份有限公司，江苏华新特钢股份有限公司等钢管内喷丸处理加⼯合同。

实际完成了 18000吨（合计长度300万⽶）奥⽒体不锈耐热钢管内壁喷丸强化加⼯任务，这些喷丸钢管⼰由上锅、东锅和北京巴威等锅炉制造⼚⽤于制造约50多台超（超）临界锅炉⾼温受热⾯管系中，由这些锅炉建成的电站遍布全国国华、神华和华能、国电、⼤唐等五⼤电⼒公司的各⼤电站中。

三、江苏武进不锈钢介绍
江苏武进不锈股份有限公司（以下简称武进不锈）创于1970年，是国内专业⽣产不锈⽆缝钢管、不锈焊接钢管和钢制管件产品的国家⾼新技术企业、江苏省⾼新技术企业、中国名牌产品企业。

公司占地70万平⽶，建筑⾯积30万余平⽶，现有员⼯1300余⼈。

年⽣产能⼒为不锈⽆缝钢管4万吨，不锈焊接钢管2.5万吨，钢制管件近1万吨。

武进不锈于2004年起开始研发超超临界电站锅炉⽤耐热不锈钢管，细晶TP347HFG国内应⽤较⼴，业绩较多。

super 304H已在国内超临界机组中得到应⽤，业绩相对较少，运⾏时间较短（3年左右时间）。

1、国产细晶TP347HFG管材
国产细晶TP347HFG运⾏时间较长，经验相对较⾜，在超临界机组应⽤中，严把质量关，严格控制晶粒度（要求7级以上），基本能从本质安全上控制氧化⽪⽣成。

2、国产super 304H管材
super 304H钢管系ASME SA-213M（2008 补遗）标准中的钢号，原系由⽇本在18-8 型不锈耐热钢基础上，通过加⼊Cu、Nb、N、B 等元素，集固溶强化、沉淀强化与晶界强化的多重强化效果于⼀体，从⽽得到很⾼许⽤应⼒、主要⽤于超（超）临界锅炉过热器和再热器的⼀种新型18-8 奥⽒体不锈耐热钢管。

国产super 304H钢管实际运⾏时间不⾜4年，绥中电⼚采⽤国产super 304H 钢管并且喷丸处理，运⾏20000多⼩时，没有发⽣爆管。

1） super 304H化学成分
2）⾦相组织
在对钢材性能的各种影响因素中，⾦相显微特征极其重要，特别是在⾼温⽤钢在⾼温下应⽤时的组织及其稳定性。

然⽽，在ASME Code case 2328-1以及ASME SA-213标准中，并未有⾦相组织要求，只是提到应在不低于1100℃的温度下进⾏固溶处理。

⼀般认为，作为奥⽒体钢，经过固溶处理后的⾦相组织应为奥⽒体。

然⽽，在SUPER 304H钢中有不少强化元素，不会为单纯的奥⽒体；对国外实物管的解剖分析也是如此。

其经固溶处理后的⾦相组织应为：奥⽒体+均匀分布的微细第⼆相。

3）晶粒度
规范中同样未提钢管晶粒度要求，各资料中也未明确晶粒度要求。

但从⾼温⽤途来分析，采⽤细晶粒，可得到更佳⾼温抗氧化性。

晶粒度应为：7级⾄10级。

4）性能试验研究
对按优化⼯艺试制的钢管进⾏性能试验研究，包括化学成分、⾦相特征、⼒学性能、晶间腐蚀试验、持久性能等等，均符合标准要求。

⾼温⽤钢极为重要的持久试验验证结果，并与国外数据对⽐。

持久试验：
按GB/T2339-1997 标准《⾦属拉伸蠕变及持久强度试验⽅法》对试制SUPER 304H 样管取样进⾏⾼温持久试验，试验温度为700℃；对试验数据点进⾏拟合外推，以对试制钢管的长期持久性能进⾏评定，验证其是否满⾜标准要求。

持久试验结果分析：
对试制管持久试验数据点，进⾏双对数拟合外推10万⼩时持久强度，结果见表3。

从表3 可知，国产SUPER 304H 钢管持久试验结果外推值均在标准规定值附近，远⾼于标准规定最⼩值的要求。

为更加准确
地判断国产钢性能是否达到国外⽔平，将国内试验数据点与国外数据点所制分散带⽐较，⽰意图3。

从图中可以看出，国内数据均处于国外试验数据下分散带之上，说明国内试制的管⼦的持久性能满⾜要求。

5）焊接⼯艺试验研究
为评价试制钢管的焊接性能，采⽤热丝TIG 焊、焊材为Φ1.0 的YT-304H 进⾏焊接试验后，取样对接头进⾏拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验和⾦相检测。

试验结果表明，各接头室温抗拉强度均⼤于母材要求的最低抗拉强度（试验结果在635～685MPa 间，均⾼于590MPa）、各接头短时⾼温强度与母材在相应温度强度相当、冲击功也较⾼（均不低于100J）、90°弯曲试验也未开裂，接头焊缝、热影响区和母材硬度差不超过40HV，接头⾦相组织均为奥⽒体+第⼆相，热影响区晶粒度为4-5 级。

这表明，国产的SUPER 304H 钢管具有较好的焊接性能。

6）应⽤情况
现在，国内多家不锈钢管制造公司严格按优化⼯艺⽣产的SUPER 304H 钢管已向锅炉制造公司供货，如武进不锈钢⼚集团有限公司和江苏银环精密钢管有限公司向东⽅锅炉（集团）股份有限公司供货、常熟华新特殊钢有限公司和浙江久⽴特材有限公司向哈尔滨锅炉有限责任公司供货，⽤于国内超超临界锅炉的部分关键部件的制造。

⽬前，在实际⼯程中得以良好应⽤，并在实际运⾏的是东⽅锅炉的信阳⼯程
660MW 超超临界锅炉，到现在已经成功运⾏3年多。

7）武进super 304H业绩
四、神华国华太仓电⼚情况介绍
国华太电两台630MW超临界机组为上海锅炉⼚引进Alstom技术，为四⾓切圆，分段风燃烧模式。

型号：SG–1913/25.4–
M950。

过热器出⼝压⼒25.4MPa，
过热器出⼝温度571℃，进⼝汽温508℃。

锅炉型式为超临界参数变压运⾏螺旋管圈直流炉，单炉膛、⼀次中间再热、采⽤四⾓切圆燃烧⽅式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉、露天布置燃煤锅炉。

设计煤种：神府煤，校核煤种：晋北煤，常⽤煤种为80%神华煤+20%⽯炭煤。

两台国产630MW超临界机组分别于2005年11⽉8⽇和2006年1⽉20⽇投产发电。

1、神华国华太仓电⼚受热⾯材质更换前材质简介
1）锅炉⾼温受热⾯布置
2）末级过热器管材布置
三种材质： T91暗红⾊， T23 绿⾊，TP347H粉红
3）末级再热器管材布置
四种材质： T23， T91，TP347H，TP304H
4）后屏过热器管材布置
三种材质： T23，T91，TP347H
受热⾯爆管统计如下（受热⾯更换材质前）
1） 2007年6⽉22⽇，8号炉末级过热器第69屏#9管，第59屏#11管由于氧化⽪堵塞，导致超温爆管。

西安热⼯院对爆管试样分析结论：T23、T91管内壁氧化⽪外层和内层之间出现⼤量空洞贯通的现象，剥落风险⾼；个别管⼦已经发⽣严重的起⽪、
掉⽪。

2） 2009年2⽉6⽇，7号炉在并⽹后63⼩时28分钟后发⽣末级过热器第19。