蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼及制備方法技術

一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼及制備方法，屬于耐熱鋼技術領域。該鋼的化學成分重量百分數為：碳：0.06～0.10％；硅：0.1～0.5％；錳：0.2～0.8％；磷：≤0.004％；硫：≤0.002％；鉻：8.0～9.5％；鎢：2.5～3.5%；鈷：2.5～3.5%；鈮：0.03～0.07%；釩：0.10～0.30％；銅：0.80～1.20％；氮：0.006～0.010%；硼：0.010～0.016%；稀土鈰：0.01～0.04％；鎳：≤0.01％；鋁：≤0.005%；鈦：≤0.01%；鋯：≤0.01%；余量為鐵及不可避免雜質元素。優點在于，可用于650℃蒸汽參數超超臨界火電機組的G115鋼及其大口徑鍋爐管制備，室溫力學性能、沖擊性能、高溫力學性能和持久性能均遠遠高于GB5310和ASME標準中的P92鋼。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于耐熱鋼
，特別是提供了一種，可用于650°c蒸汽參數超超臨界火電機組的G115鋼及其大口徑鍋爐管制備。
技術介紹
我國經濟高速發展，資源和能源短缺已成為瓶頸問題。近年國家發展對電力需求之大和增速之快，大大超出國家原定的電力發展規劃，以至于對2020年電力需求的預測不得不做多次修正，規劃的總裝機容量已從9. 6億kWh調整到16億kWh。在未來相當長的一段時間內，以燃煤發電機組為絕對主力的火力發電將仍然是中國電源結構的絕對主體，這是由中國的自然資源和國情所決定的。煤是一種化石燃料，儲量有限，不可再生，燃煤發電過程產生和排放大量的C02、SO2, NOx，污染環境，而提高火電機組運行參數是實現節能減排的最重要手段。機組運行參數越高，機組的熱效率就越高，煤耗就越低，排放就越少，就越節約資源和能源。目前世界范圍內主要超超臨界火電機組的蒸汽參數為600°C，我國自1996年浙江玉環第一臺600°C超超臨界火電機組投運以來，已先后建成近百臺600°C超超臨界火電機組。為進一步降低煤耗、提高熱效率和降低排放，歐美、日本、韓國等正在研制700°C蒸汽參數超超臨界火電機組，我國2010年也啟動了 700°C蒸汽參數超超臨界火電機組研制國家計劃。隨著蒸汽溫度和蒸汽壓力的提高，超超臨界火電機組對耐熱材料的性能提出了更高的要求，主要表現在以下幾個方面(1)更高的高溫持久和蠕變強度；(2)優異的組織穩定性；良好的冷、熱加工性能；(4)良好的抗氧化和耐蝕性能；(5)良好的焊接性能等。耐熱材料是制約火電機組向高參數發展的主要“瓶頸”問題，而大口徑鍋爐管和集箱則是“瓶頸中的瓶頸問題”。700°C蒸汽參數超超臨界火電機組鍋爐中的蒸汽溫度是從600°C逐步升溫到700°C，各個關鍵`溫度段均需要有滿足使用要求的候選耐熱材料。根據目前的研究結果，馬氏體耐熱鋼P92可用于620°C蒸汽溫度以下部分大口徑鍋爐管制造，鎳基耐熱合金CCA617可用于650-700°C蒸汽溫度段大口徑鍋爐管制造。由于奧氏體耐熱鋼的熱導率低、熱膨脹系數大，不適合用于制造高參數超超臨界火電機組的大口徑鍋爐管，目前世界范圍內在620-650°C蒸汽溫度段尚無成熟的可用于大口徑鍋爐管制造的耐熱材料。把鎳基耐熱合金應用于650°C以下溫度段管道的制造，在電站經濟性上基本上是不可接受的。可行的方案只能是在P92鋼的基礎上，把鐵素體型耐熱鋼使用溫度的上限推進到650°C，該溫度已經接近鐵素體型耐熱鋼使用的極限溫度，因此新鋼種的研發技術難度非常大。日本Takashi Sato等人申報的美國專利US20090007991A1中介紹了一種基于P92改進型的9%Cr鐵素體耐熱鋼9CrO. 5Mol. 8WNbVN，該專利內容僅僅是實驗室階段的研究成果，沒有工業試制數據支撐。日本國家材料研究所(NIMS)的Fujio Abe等人研發的9Cr3W3CoBN系馬氏體耐熱鋼(MARBN)具有優異的高溫持久強度，其持久強度數據明顯高于P92鋼，且日本住友金屬公司試制了 MARBN鋼大口徑鍋爐管，該鋼有望用于先進超超臨界電站650°C蒸汽溫度段的大口徑鍋爐管制造。與9CrO. 5Mol. 8WNbVN鋼相比，9Cr3W3CoBN鋼650°C溫度下持久強度的提升主要得益于所謂的“B冶金”強化機制(見Abe等人近年發表的技術文獻)。本專利技術是在“多元素復合強化”理論指導下，結合MARBN鋼的研究基礎，通過添加沉淀析出型元素Cu以進一步提高專利技術鋼的強度，充分發揮B冶金強化作用，進一步提高專利技術鋼高溫下晶界的強度和韌性，同時控Ni控Al，控制B和N元素之間的配比，根據上述成分優化設計和試驗結果，提出了專利技術鋼的最佳化學成分控制范圍。根據實驗室研究和兩輪工業試制實踐，專利專利技術人提出了采用該專利技術鋼制造大口徑鍋爐管的冶煉、熱加工和制管工序，提出了最佳熱加工工藝和最佳熱處理工藝制度。該專利技術鋼的鋼鐵研究總院企業牌號為Gl 15 鋼。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種，涉及一種鍋爐鋼的最佳化學成分范圍、最佳熱加工工藝和最佳熱處理工藝，適用于先進超超臨界火電機組的大口徑鍋爐管和相關管道的制造。本專利技術包括三部分內容，其一為基于“多元素復合強化”理論和“熱強鋼晶界工程學原理”的窄范圍成分匹配與精確控制技術；其二為基于大口徑厚壁鍋爐管工業生產的冶煉-熱加工工序搭配及其最佳熱加工工藝；其三為基于工業生產現場的大口徑厚壁鍋爐管最佳熱處理工藝。上述三部分內容作為一個整體提供了一種生產迄今為止具有最高熱強性能的用于650°C蒸汽溫度段超超臨 界火電機組大口徑厚壁鍋爐管的方法，超越了 TakashiSato等和Fujio Abe等的研究成果，不僅在實驗室而且在工業生產現場把鐵素體耐熱鋼的使用溫度上限成功地從620°C推進到650°C，在理論上和實踐上均實現了創新。本專利技術的650°C蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼的化學成分重量百分數為 碳:0. 06 0. 10% ;硅0.1 0. 5% ;錳0. 2 0. 8% ;磷彡 0. 004% ;硫彡 0. 002% ;鉻8. 0 9. 5% ;鎢2. 5 3. 5% ;鈷2. 5 3. 5% ;鈮0. 03 0. 07% ;釩0. 10 0. 30% ;銅0. 80 1. 20% ;氮0. 006 0. 010% ;硼0. 010 0. 016% ;稀土鈰0. 01 0. 04% ;鎳^ 0.01% ;鋁彡0. 005% ;鈦彡0. 01% ;鋯彡0. 01% ;余量為鐵及不可避免雜質元素。1. G115鋼的窄范圍成分匹配與精確控制本專利技術鋼的最佳化學成分控制范圍(重量百分比)如表I所示表I專利技術鋼最佳化學成分控制范圍(wt%)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼，其特征在于，化學成分重量百分數為：碳：0.06～0.10％；硅：0.1～0.5％；錳：0.2～0.8％；磷：≤0.004％；硫：≤0.002％；鉻：8.0～9.5％；鎢：2.5～3.5%；鈷：2.5～3.5%；鈮：0.03～0.07%；釩：0.10～0.30％；銅：0.80～1.20％；氮：0.006～0.010%；硼：0.010～0.016%；稀土鈰：0.01～0.04％；鎳：≤0.01％；鋁：≤0.005%；鈦：≤0.01%；鋯：≤0.01%；余量為鐵及不可避免雜質元素。

【技術特征摘要】
1.一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼，其特征在于，化學成分重量百分數為碳O.06 O. 10% ;硅0· I O. 5% ;錳0· 2 O. 8% ;磷·.( O. 004% ;硫·.( O. 002% ;鉻8.O 9. 5% ;鎢2· 5 3. 5% ;鈷2· 5 3. 5% ;鈮0· 03 O. 07% ;釩0. 10 O. 30% ;銅O.80 1. 20% ;氮0· 006 O. 010% ;硼0. 010 O. 016% ;稀土鈰0. 01 O. 04% ;鎳 ^ 0.01% ;鋁彡O. 005% ;鈦彡O. 01% ;鋯彡O. 01% ;余量為鐵及不可避免雜質元素。2.根據權利要求1所述的蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼，其特征在于，室溫力學性能=Rpa2 (σ0.2)彡 600MPa，Rm ( σ b)彡 750MPa，A ( δ 5) ^ 20%, Z ( Ψ) 彡 65%, HB ( 250。室溫沖擊性能沿管道...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉正東，程世長，包漢生，嚴鵬，楊鋼，翁宇慶，干勇，
申請(專利權)人：鋼鐵研究總院，
類型：發明
國別省市：