增刊1 王起江等：超超临界电站锅炉用关键材料 ·27· 性能、严格的尺寸公差、内外表面质量、良好的焊接 在高压锅炉管的制造过程中，打破了原钢管最大供 性能和热加工性能 货长度12m的极限，而需提供21~24m长度的钢 图1是主蒸汽600℃1000MW超超临界机组 管.同时，在锅炉设计中为了使水更好地同钢管内 所需高压锅炉管品种.从图中可以看出，主蒸汽600 壁接触，加强传热、降低管壁温升，避免膜态沸腾导 ℃超超临界机组大量应用了近十年来所涌现出的 致的管体超温，而大量采用了内螺纹管，因此宝钢在 高性能高压锅炉管新产品，且关键材料主要集中在 碳钢及低合金钢系列高压锅炉管研究中，重点研制 2.25%Cr型的T23(07C2MoW2VNbB)、9%Cr型的 了超长管及超长内螺纹管产品，主要产品有 T91 (10C19MolVNbN)T92 (10C19MoW2VNbBN) 15CrMo、T22和T91三种钢种制作成的超长管、普通 合金管，以及18-8型的S30432 内螺纹和优化内螺纹管 (10Crl8Ni9NbCu3BN)、25-20型的TP310HCbN 2.22.25%Cr系列耐热钢 (07Cr25Ni21NbN)奥氏体钢管，这些产品使用比例高 2.25%Cr系列耐热钢主要有ASME标准中T22 达59%回，因此锅炉和电力行业迫切希望我国的治金 (2.25Cr-1Mo),T23 (07Cr2MoW2VNbB),T24 行业能研制和批量生产这些产品，以替代进口产品. (07 CrMoVTiB)及GB5310中12Cr2 MoWVTiB (R102)钢，化学成分见表1同.其中T23是以T22 40.99 40 钢为基础，采用了低C、Mo、W复合固溶强化和Nb、 V、B微量元素析出强化的优点，使该钢在550~625 30 21.79 ℃的许用应力是T22钢的2倍，580℃持久强度是 20 17.05 1116 12 CrlMoV钢的1.4倍，持久强度与我国 2.01 12Cr2 MoWVTiB(R102)钢接近，且具有较高的冲击 碳钢，低合金钢T23 91 T92 S30432 TP310HNbN 韧性和良好的焊接性能，可代替10CrMo910、T22、 钢种 12 Crl MoV和12Cr2 MoWVTiB(R102)钢，成为制造 图11000MW超超临界机组所需钢管品种 超超临界电站锅炉水冷壁的主要候选材料) Fig.1 Tubes needed in 1000 MW ultra-supercritical units 但是，在T23实际应用过程中，焊接裂纹倾向较 为突出，特别值得关注的是在2009年4月15日， 2超超临界机组用关键材料的研制 CASE2199-4发布了T23最新成分控制范围，与原 2.1碳钢及低合金钢系列 ASME SA--213T23成分控制相比，新成分控制范围 随着电站锅炉向大容量、高参数超超临界机组 N含量降低，B控制范围加严，同时又增加了Ni、Ti 发展，对所需用的碳钢及低合金钢系列高压锅炉管 成分控制要求，以及Ti、N的质量比o(Ti)/o(N)≥ 也提出了新的要求.如在大容量机组水冷壁制造过 3.5的要求.目前，宝钢完全按照国际最新标准来生 程中，要求尽可能地减少焊接接头的数量，这就要求 产T23产品. 表12.25%Cr系列耐热钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 2.25%Cr series heat resisting steels % 标准 钢种 C Si Mn Cr W ASME SA-213 T22 0.05~0.15 ≤0.50 0.30-0.60 ≤0.025 ≤0.025 1.90-2.60 ASME SA-213 T23 0.04-0.10 ≤0.500.10-0.60 ≤0.030 ≤0.010 1.90-2.60 1.45~1.75 CASE2199-4 T23 0.040.10 ≤0.500.10-0.60 ≤0.030 ≤0.010 1.90-2.60 1.45~1.75 ASME SA-213 T24 0.05-0.100.15-0.450.30-0.70 ≤0.020 ≤0.010 2.20-2.60 GB5310 12C2 MoWVTiB(R102)0.08~0.150.45-0.750.45-0.65≤0.030 ≤0.030 1.60-2.10 0.30-0.55 标准 钢种 Mo Nb N 雪 B Al ASME SA-213 T22 0.87~1.13 ASME SA-213 T23 0.05-0.300.20-0.300.02-0.08 ≤0.03 0.0005-0.006 ≤0.03 CASE2199-4 T23 0.05~0.300.20-0.300.02-0.08 ≤0.0150.005-0.0600.0010-0.006 ≤0.0 ASME SA-213 T24 0.90-1.100.20-0.30 ≤0.0120.06-0.10 0.0015-0.006 ≤0.02 GB5310 12Cr2 MoWVTiB(R102)0.50~0.650.28~0.42 0.08-0.180.0020-0.0080 注：CASE21994对T23成分要求为w(Ti)/w(N)≥3.5增刊 1 王起江等: 超超临界电站锅炉用关键材料 性能、严格的尺寸公差、内外表面质量、良好的焊接 性能和热加工性能． 图 1 是主蒸汽 600 ℃ 1 000 MW 超超临界机组 所需高压锅炉管品种． 从图中可以看出，主蒸汽 600 ℃ 超超临界机组大量应用了近十年来所涌现出的 高性能高压锅炉管新产品，且关键材料主要集中在 2. 25% Cr 型的 T23( 07Cr2MoW2VNbB) 、9% Cr 型的 T91( 10Cr9Mo1VNbN) 和 T92 ( 10Cr9MoW2VNbBN) 合 金 管， 以 及 18-- 8 型 的 S30432 ( 10Cr18Ni9NbCu3BN) 、25-- 20 型 的 TP310HCbN ( 07Cr25Ni21NbN) 奥氏体钢管，这些产品使用比例高 达59%［2］，因此锅炉和电力行业迫切希望我国的冶金 行业能研制和批量生产这些产品，以替代进口产品． 图 1 1 000 MW 超超临界机组所需钢管品种 Fig． 1 Tubes needed in 1 000 MW ultra-supercritical units 2 超超临界机组用关键材料的研制 2. 1 碳钢及低合金钢系列 随着电站锅炉向大容量、高参数超超临界机组 发展，对所需用的碳钢及低合金钢系列高压锅炉管 也提出了新的要求． 如在大容量机组水冷壁制造过 程中，要求尽可能地减少焊接接头的数量，这就要求 在高压锅炉管的制造过程中，打破了原钢管最大供 货长度 12 m 的极限，而需提供 21 ～ 24 m 长度的钢 管． 同时，在锅炉设计中为了使水更好地同钢管内 壁接触，加强传热、降低管壁温升，避免膜态沸腾导 致的管体超温，而大量采用了内螺纹管，因此宝钢在 碳钢及低合金钢系列高压锅炉管研究中，重点研制 了超长管及超长内螺纹管产品，主 要 产 品 有 15CrMo、T22 和 T91 三种钢种制作成的超长管、普通 内螺纹和优化内螺纹管． 2. 2 2. 25%Cr 系列耐热钢 2. 25% Cr 系列耐热钢主要有 ASME 标准中 T22 ( 2. 25Cr-- 1Mo ) ，T23 ( 07Cr2MoW2VNbB ) ，T24 ( 07CrMoVTiB ) 及 GB5310 中 12Cr2MoWVTiB ( R102) 钢，化学成分见表 1 ［3］． 其中 T23 是以 T22 钢为基础，采用了低 C、Mo、W 复合固溶强化和 Nb、 V、B 微量元素析出强化的优点，使该钢在 550 ～ 625 ℃的许用应力是 T22 钢的 2 倍，580 ℃ 持久强度是 12Cr1MoV 钢 的 1. 4 倍，持久强度与我国 12Cr2MoWVTiB( R102) 钢接近，且具有较高的冲击 韧性和良好的焊接性能，可代替 10CrMo910、T22、 12Cr1MoV 和 12Cr2MoWVTiB( R102) 钢，成为制造 超超临界电站锅炉水冷壁的主要候选材料［4］． 但是，在 T23 实际应用过程中，焊接裂纹倾向较 为突出，特别值得关注的是在 2009 年 4 月 15 日， CASE 2199--4 发布了 T23 最新成分控制范围，与原 ASME SA--213 T23 成分控制相比，新成分控制范围 N 含量降低，B 控制范围加严，同时又增加了 Ni、Ti 成分控制要求，以及 Ti、N 的质量比 w( Ti) /w( N) ≥ 3. 5 的要求． 目前，宝钢完全按照国际最新标准来生 产 T23 产品． 表 1 2. 25% Cr 系列耐热钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 2. 25% Cr series heat resisting steels % 标准 钢种 C Si Mn P S Cr W ASME SA--213 T22 0. 05 ～ 0. 15 ≤0. 50 0. 30 ～ 0. 60 ≤0. 025 ≤0. 025 1. 90 ～ 2. 60 — ASME SA--213 T23 0. 04 ～ 0. 10 ≤0. 50 0. 10 ～ 0. 60 ≤0. 030 ≤0. 010 1. 90 ～ 2. 60 1. 45 ～ 1. 75 CASE 2199--4 T23 0. 04 ～ 0. 10 ≤0. 50 0. 10 ～ 0. 60 ≤0. 030 ≤0. 010 1. 90 ～ 2. 60 1. 45 ～ 1. 75 ASME SA--213 T24 0. 05 ～ 0. 10 0. 15 ～ 0. 45 0. 30 ～ 0. 70 ≤0. 020 ≤0. 010 2. 20 ～ 2. 60 — GB 5310 12Cr2MoWVTiB ( R102) 0. 08 ～ 0. 15 0. 45 ～ 0. 75 0. 45 ～ 0. 65 ≤0. 030 ≤0. 030 1. 60 ～ 2. 10 0. 30 ～ 0. 55 标准 钢种 Mo V Nb N Ti B Al ASME SA--213 T22 0. 87 ～ 1. 13 — — — — — — ASME SA--213 T23 0. 05 ～ 0. 30 0. 20 ～ 0. 30 0. 02 ～ 0. 08 ≤0. 03 — 0. 000 5 ～ 0. 006 ≤0. 03 CASE 2199--4 T23 0. 05 ～ 0. 30 0. 20 ～ 0. 30 0. 02 ～ 0. 08 ≤0. 015 0. 005 ～ 0. 060 0. 001 0 ～ 0. 006 ≤0. 0 ASME SA--213 T24 0. 90 ～ 1. 10 0. 20 ～ 0. 30 — ≤0. 012 0. 06 ～ 0. 10 0. 001 5 ～ 0. 006 ≤0. 02 GB 5310 12Cr2MoWVTiB ( R102) 0. 50 ～ 0. 65 0. 28 ～ 0. 42 — — 0. 08 ～ 0. 18 0. 002 0 ～ 0. 008 0 — 注: CASE 2199--4 对 T23 成分要求为 w( Ti) /w( N) ≥3. 5． ·27·