7-2015年7月苏州特殊钢会议

The effectiveness of replacement P92 by G115P® at 600℃
G115时效过程组织-性能演变
Laves与M23C6的区分
SE： BSE：
1μm
1，Laves相
2，M23C6
650℃不同时效时间的SEM
300h 1000h 3000h
8000h
随着时效时间增加，析出相尺寸增加，但 仍然保持较细
5μm
700℃不同时效时间的SEM
300h 1000h 3000h
宝钢工业试制现场：2008年
工业试制：宝钢特钢分公司钢管厂，2008年9月25日晚20:30
G115/G112工业试制
试制大口径 管过程照片 （左，热挤 压过程中钢 管；右，退 火态钢管）
成功完成了工业试制，上图为热挤压过程中的钢管（左）和退火态钢管 （右），两支热挤压新型锅炉管的尺寸均为φ254mm×25mm×3500mm。
8000h
1μm
时效时间增长，板条迅速回复，8000h后基本为等轴晶
700℃，8000h
1μm
位错演变
650℃,300h 650℃,3000h
自由位错 → 位错墙 → 新界面
700℃,8000h
8000h的位错密度尚在测量中， 预计650℃时效8000h后位错密度略 微下降，700℃时效8000h后位错密 度大幅降低
3。G115耐热钢的应用问题及意义
The effectiveness of replacement P92 by G115P® at 650℃
0.779 0.556 0.474
When the inner diameters of P92 and G115 pipes are the same, the outer diameter and the weight of G115 pipe are just 78% and 47.4% of those of P92 pipe used at 650℃.
年
2006 2007 2008 2009 2010 2013
60万千瓦级
0 3 11 24 39 63
百万千瓦级
3 7 11 21 33 81
建成机组数
3 10 22 45 72 144
建成装机 (GW)
3.00 8.80 17.90 36.61 59.47 122.41
电站耐热材料技术突破推动大规模清洁煤利用产业变革
600 ℃ 625 ℃ 650 ℃ 700 ℃ 760 ℃ Z.D.LIU,2011 Steam temp
G115
C-HRA-3
Pipe ↑ Tube ↓
C-HRA-1
G115 T92 T91 T23+ 540 ℃
2。650℃超超临界锅炉G115耐 热钢研制进展
先进马氏体耐热钢技术前沿
After F.Abe，NIMS
G115持久断裂主要源自稀土的氧化物
Grain Boundary Orientation
M1 Fracture M2 Fracture M4 Fracture
M1 Grip
M2 Grip
M4 Grip
At the fracture: 20 - 50 °G.B.s ↑;
At the grip: 50 - 60 ° G.B.s ↑
G115钢中含有大量的B（130ppm），而P92和T122钢中B很少（30ppm）
G115持久过程组织-性能演变
G115持久性能
650℃
工业试制G115钢管与T/P91和 T/P92钢管650℃持久强度的比较
MARBN，G115和SAVE12AD 钢650℃持久强度比较
注: （1）G115数据取自宝钢大口径管持久试验数据；（2）SAVE12 AD数据取自 SAVE12AD ASME Code Case Draft, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation.
夹持端
G115蒸汽腐蚀性能
Oxide resistance of G115 pipe
×1000
BSE photos after different oxidation time
100h
300h
600h
×2000
100h
300h
600h
G115钢焊接
上海锅炉厂第二轮G115焊接试验
上海锅炉厂第二轮G115焊接试验
C 0.076 Temp R.T. 650℃
Cr 8.83
W 3.11
Co 2.99
V 0.19 A,% 23 26.5
Nb 0.042 Z,% 72.3 85
N 0.014
B 0.013
Cu 1.0 HB 210
Rm, MPa Rp0.2, MPa 763 623 380 338
Akv2,J 115 112
比亚临界: 节煤2.32亿吨/年 减排5.1亿吨/年CO2 2025 2030
超600C电站锅炉管选材示意图
materials
Water cooling wall / SH / RH / Pipe-Header
P92 P91 S30432 T91 T92 S31042 Sanicro25 2984G
30 578 6744 17015
89 77 51 26
① Fracture ： 温度、应力； ② Grip ： 温度 (时效)
M5断口EDS分析
点 1：
1
σ
2
元素 Fe Ce O Al
wt% 6.66 74.48 18.10 0.76
点 2：
元素 O Fe Ce 650 °C，120 MPa，17015 h的断 口 W wt% 18.85 6.50 73.45 1.19
9-12%Cr马氏体耐热钢成分设计
钢号 T91/P91 （HCM9S） T92/P92 （NF616） E911 NF12 VM12-SHC SAVE12 G115 G112 SAVE12AD C 0.080.12 0.070.13 0.090.13 0.08 0.100.14 0.10 0.08 0.08 Si 0.200.50 ≤ 0.50 0.100.50 0.2 0.40.6 0.3 0.3 0.3 Mn Cr 0.30- 8.00.60 9.5 0.30- 8.50.60 9.0 0.30- 8.50.60 9.5 0.5 11 0.15- 110.45 12 0.2 11 0.5 0.5 8.59.5 1012 8.59.5 Ni ≤ 0.40 ≤ 0.40 0.100.40 0.10.4 0.03 0.03 0.4 Mo 0.851.50 0.300.60 0.901.10 0.2 0.20.4 W 1.502.00 0.901.10 2.6 1.31.7 3.0 2.8 2.8 3.0 Nb 0.060.10 0.040.09 0.060.10 0.07 0.030.08 0.07 0.06 0.06 V 0.180.25 0.150.25 0.180.25 0.2 0.20.3 0.2 0.19 0.19 Ti N B Cu Fe 0.03余 0.07 0.03- 0.001余 0.07 0.006 0.05余 0.09 0.05 0.004 2.5Co 余 0.03- 0.003- 1.4-1.8 0.07 0.008 Co 0.04 0.07Ta 3.0Co 余 0.04Nd 0.008 0.0140 3.0Co 1.0Cu
EBSD-Micro-zone of M5 fracture
Martensitic laths have recovered and turns to be polygonal after creeping at 650C, 120Mpa, 17015h
G115P 650℃/120MPa-17000+h持久试样TEM
1。我国600-700℃超超临界电 站发展情况
我国能源格局及其结构性问题
年份 2000 2005 2006 2007 2008 2010 2015 装机（亿千瓦） 火电（%） 水电（%） 核电（%） 新能源（%） 3.19 5.20 6.22 7.13 7.93 9.62 14.90
72.10 74.80 77.82 Nhomakorabea7.73 75.87 73.44 69.00
重大工程支持 联合攻关 突破瓶颈 耐热合金 技术突破
700℃超超临界机组 • 热效率：48-50% • 煤耗：﹤210g/kwh 比600℃超超临界: 节煤2亿吨/年
国际领先
耐热钢技 术突破
600℃超超临界机组 • 热效率：43% • 煤耗：268-284g/kwh
国际先进
减排5亿吨/年CO2
亚临界机组 • 热效率：38% • 煤耗：340g/kwh 2003 2013
High temperature strength of G115 after 650℃ aging
G115钢析出相细小的原因
表1 几种9-12%Cr马氏体耐热钢不同时效条件后的析出相尺寸 Ageing time (h) G115, 650 ℃ T122, 650 ℃ P92, 600 ℃ 300 108 nm — 145 nm M23C6 1000 116 nm 310 nm 160 nm 3000 153 nm 380 nm — 300 129 nm — — Laves 1000 143 nm 410 nm — 3000 184 nm 485 nm — 保持析出相细小弥散，有助于更好的钉扎位错和板条，保持组织和性能稳定。 G115钢的析出相明显比T122钢和P92钢细，为什么？
8000h
700℃时效时，随着时效时间增加，析出相尺 寸增加，明显粗于650℃时效
5μm