超超临界锅炉常用材料及对焊接接头的要求

超超临界锅炉常用材料及对焊接接头的要求

1.2 SA-335P122(SA-213T122)

P122是在X20CrMoV121（0.2C-12Cr-1Mo-V）的基础上开发出来的一种新型铁素体钢，使用状态下的组织为完全回火马氏体。通过增加Cr含量提高了该钢的耐高温腐蚀性能，同时添加少量的B以及用W代替部分Mo来提高该材料的高温蠕变强度。通过添加适量的Cu来抑制δ铁素体的形成，使该钢具有良好的韧性。

1.3 SUPER304H

在SA-213TP304H的基础上加入适量阻止奥氏体晶粒长大的Cu、Nb、N等元素，开发出了18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N（SUPER304H）经济型奥氏体钢。该材料是在ASME SA-213TP304H的基础上使SUPER304H具有较细的晶粒尺寸，从而达到高温强度、长期塑性以及抗腐蚀性能的最佳组合。其优越的高温蠕变强度不是靠贵重的合金元素W、Mo的强化获得，而是通过廉价的Cu、Nb、N，由富Cu相的Cu、Nb、N

（C、N）M

23C

3

质点的弥散强化获得。SUPER304H为提高高温蠕变强度添加了3%

左右的Cu，并通过复合添加的Nb和N，力求获得高强度和高韧性。

1.4 SA-213TP310HCbN

超超临界锅炉的过热器管的工作状况更加恶劣，要求具有更高的抗腐蚀性能的部位，一般选用SA-213TP310H不锈钢。SA-213TP310H不锈钢，高Cr, Ni含量，抗高温腐蚀性能良好，但是其高温蠕变强度不理想，其高温许用应力只等于或小于普通的SA-213TP304H不锈钢。而且普通SA-213TP310H钢还存在σ相析出后产生的脆性问题。为提高SA-213TP310H钢的高温性能，日本住友公司在对

SA-213TP304H研究中发现，在基体中析出的细小的NbCrN氮化物，对TP310H钢强化同样很有效。因此在TP310H不锈钢中添加N，Nb元素开发了

SA-213TP310HCbN（HR3C）钢。

SA-213TP310HCbN（25Cr-20Ni-Nb-N）钢与普通的SA-213TP310H钢化学成分区别仅在于添加了0.20～0.60%的Nb和0.15～0.35%的N，使新钢种的高温性能却大大提高。其蠕变断裂强度的提高主要是在钢时效过程中析出了NbCrN。NbCrN氮化物非常细小而且特别稳定，即使长时间时效，组织也很稳定，大大提高了蠕变断裂强度。同时加入微量的N对抑制σ相的形成，改善韧性有效。

SA-213TP310HCbN钢高温抗腐蚀性能(抗蒸汽氧化性能)良好，其许用应力比普通的SA-213TP310H钢有很大提高。

2.超超临界锅炉新材料焊接时对焊接接头的要求

2.1焊缝金属化学成分应与所焊接的母材基本一致

对于耐热钢来说焊接接头应具有与母材金属基本相同的高温抗氧化性。为此焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。所说的基本一致是指Cr、Mo、W等主要元素，对于P、S等杂质元素，为减少热裂纹的倾向应尽量控制在较低的水平。在保证高温性能的前提下，为改善焊接性，焊接材料的含C量可稍低于所焊母材。

2.2焊缝金属的强度应与所焊母材相当

耐热钢焊接接头不仅应具有与母材金属基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的是应具有与母材相近的高温蠕变性能。对超超临界锅炉新型耐热钢接头性能的要求见表2。

2.3焊缝金属的组织与母材相当

对于马氏体和奥氏体耐热钢来说，为保证其焊接接头长时间高温运行过程中的蠕变性能，应严格控制熔敷金属中的δ铁素体含量。

2.4焊缝金属应具有一定的韧性储备

较大的工件可以采用埋弧焊进行焊接，但应选用细丝埋弧焊，焊丝直径应在3mm 以下。

对于T122和T92小直径管子焊接时，在整个焊接过程中背面要进行充氩保护。而对于P92和P122大直径厚壁管道和集箱来说要对根部的前三层焊缝的背面进行氩气保护。

焊缝焊完后应采用石棉保温缓冷并在100～150℃之间至少停留1～2小时，待金相组织全部转变成马氏体后方可进行焊后热处理。对于壁厚大于40mm的工件，焊后用石棉保温缓冷，100～150℃之间至少停留1～2小时后，如不能立即热处理，应在加热至200～300℃保温2小时后热，然后缓冷至室温。

3.2 SUPER304H和SA-213TP310HCbN奥氏体钢焊接工艺要点

奥氏体钢的焊接性能良好，无冷裂倾向，因而奥氏体钢的焊接不需要预热，但奥氏体钢在焊接过程中有热裂倾向，因而应注意控制焊接热输入及层间温度。在焊接过程中采用焊接线能量较小的焊接方法如手工TIG焊，自动冷丝TIG焊或热丝TIG焊等。一般应控制层间温度不大于150℃,对于自动冷丝TIG焊或热丝TIG

焊来说,如采用连续焊接,焊接过程中要求对所焊的焊缝进行层间水冷,为防止晶间腐蚀应控制冷却用水中的氯离子含量。为防止高温区合金元素的氧化，在整个焊接过程中要进行背面充氩保护。因奥氏体钢钢水较粘，焊接时为保证坡口两侧熔合好，坡口角度应比一般铁素体钢大。若与铁素体类材料进行异种钢焊接，推荐采用ASME标准规定的ERNiCr-3或ENiCrFe-2型号焊丝或焊条。异种钢焊接（与铁素体钢焊接）并在高温下使用时必须考虑两种材料的膨胀系数。

综上所述，欧洲、日本等国针对超超临界机组的高参数要求开发出了系列新钢种，随着多台超超临界锅炉的投入运行，各种新型铁素体及奥氏体材料也大量投入实

际应用，除了研究消化这些钢种的使用特点外，我国也将逐渐走上自主研发的道路，为超超临界机组的完全国产化奠定基础。