锅炉材料研究：新进展与未来趋势

国产超临界发电机组的成功投运达到了很好的技术水准，这不仅由于其与机组设计的热力参数相适宜，更在于高压高温材料的持续研发与改进，提升了材料生产的国产化率和安全性。

1）材质改进

HCM2S是在T22（2.25Cr-1Mo）钢的基础上吸收了102钢的优点改进的，600℃时的强度比T22高93%，与102钢相当，由于碳含量降低，加工性能和焊接性能优于102钢，可以焊前不预热，焊后不热处理。该钢种已获得ASME锅炉压力容器规范CASE2199认可，被命名为SA213-T23，现已成功地运行了150 000多小时。目前HCM2S已做出大口径管，性能达到小口径管的水平。P23可以用在联箱壁温不大于600℃的机组上。

T24（7Cr Mo VTiB10-10）钢是在T22钢的基础上改进的，与T22钢的化学成分比较，增加了钨（W）、钒（V）、铌（Nb）、硼（B）含量，减少了碳含量，降低了焊接热影响区的硬度，提高了蠕变断裂强度。T24也可以焊前不预热、焊后不热处理，成为超临界、超超临界锅炉水冷壁的最佳选择材料之一，也应用于管壁温度不大于600℃的过热器、再热器管。

NF12、SAVE12新型铁素体热强钢，其高钨和低碳含量能够提高蠕变断裂强度，能够用于650℃的铁素体热强钢。

Super304H奥氏体钢的开发是在TP304H的基础上添加3%Cu和0.4%Nb，从而获得了极高的蠕变断裂强度。TP347HFG材料有利于降低钢管蒸汽侧的氧化，已被广泛应用于超超临界机组锅炉过热器、再热器管。HR3C钢通过添加元素铌和钒使其蠕变断裂强度显著提高。

另外，通过提高蒸汽温度，可使P91、S304H、P122、HR3C等许多高温合金钢得到广泛应用。

2）T23钢材料对水质的要求(www.xing528.com)

超超临界机组参数要求高，不良水质会造成水冷壁管故障。如补给水带入的少量杂质、凝汽器渗漏与泄漏凝结水精处理中阳树脂的溶出物以及碎树脂高温分解等，将Cl-和引入锅炉系统，威胁发电机组的安全稳定生产。

T23钢是低碳多元复合高强度高韧性的贝氏体型耐热钢。除研究钢材的常规性能，也有学者模拟给水加氧处理工况下溶液中阴离子的腐蚀行为，采用Tafel（极化）曲线及交流阻抗法，分析水中Cl-、含量及两者对腐蚀特性的影响。研究表明，控制杂质离子浓度，可以防止杂质离子对水冷壁管的腐蚀。

目前我国超超临界火电机组建设急需的锅炉钢管主要是P91、P92、S30432和S31042。由于我国开展P91/P92钢管试制的时间较晚，长期以来国内基本上不能成批生产直径为400 mm以上的大口径P92管［24］。

现阶段我国锅炉钢管的生产流程以模铸为主，虽尝试连铸工艺，相比较而言，采用连铸生产的P91/P92坯料可能存在元素偏低和夹杂物超标问题。

2003年以来，我国一些企业开展S30432钢管的试制工作，目前已取得良好进展，试制的S30432钢管通过技术评定，基本达到设计的要求，将逐步批量投放市场。2008年钢铁研究总院建立了中国超超临界火电机组用钢性能数据库。

就目前钢材等机组所需重要材料的制造水平来看，在2020年建成700℃超超临界机组的难度很大。所以在接下来的几年时间里，重点应该放在625℃超超临界机组的发展上［25］。