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"超超臨界鍋爐常用材料"及"對焊接接頭的要求"
超超臨界鍋爐由於溫度及壓力的提高，對主要部件的抗蠕變、疲勞、高溫氧化與腐蝕性能等都提出了更苛刻的要求。
目前超超臨界鍋爐主要部件的製造中，除選用亞臨界鍋爐常規選用的SA-335P91(SA-213T91)、SA-213TP304H、SA-213TP347H等材料外，還選用了一些高溫蠕變性能、高溫抗氧化性能更好的新型材料，如SA-335P92(SA-213T92)(9Cr-2W)、SA-335P122(SA-213T122)(12Cr-2W)等新型馬氏體鋼和SUPER304H(18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N)、SA-213TP347HFG(18Cr-10Ni-Nb)、SA-213TP310HCbN(25Cr-20Ni-Nb-N)、XA704(18Cr-9Ni-2.5W-NbVWN)、TEMPALOYA-1(18Cr-8Ni-Nb-Ti)、TEMPALOYAA-1(18Cr-9Ni-3Cu-Nb-Ti)、TEMPALOYA-3(22Cr-15Ni-Nb-N)等新型奧氏體鋼。
1.超超臨界鍋爐常用材料
1.1 SA-335P122 ( SA-213T122 )
P122是在X20CrMoV121(0.2C-12Cr-1Mo-V)的基礎上開發出來的一種新型鐵素體鋼，使用狀態下的組織為完全回火馬氏體。通過增加Cr含量提高了該鋼的耐高溫腐蝕性能，同時添加少量的B以及用W代替部分Mo來提高該材料的高溫蠕變強度。通過添加適量的Cu來抑制δ鐵素體的形成，使該鋼具有良好的韌性。
1.2 SUPER304H
在SA-213TP304H的基礎上加入適量阻止奧氏體晶粒長大的Cu、Nb、N等元素，開發出了18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N(SUPER304H)經濟型奧氏體鋼。該材料是在ASMESA-213TP304H的基礎上使SUPER304H具有較細的晶粒尺寸，從而達到高溫強度、長期塑性以及抗腐蝕性能的最佳組合。其優越的高溫蠕變強度不是靠貴重的合金元素W、Mo的強化獲得，而是通過廉價的Cu、Nb、N，由富Cu相的Cu、Nb、N(C、N)M23C3質點的彌散強化獲得。SUPER304H為提高高溫蠕變強度添加了3%左右的Cu，並通過複合添加的Nb和N，力求獲得高強度和高韌性。
1.3 SA-213TP310HCbN
超超臨界鍋爐的過熱器管的工作狀況更加惡劣，要求具有更高的抗腐蝕性能的部位，一般選用SA-213TP310H不鏽鋼。SA-213TP310H不鏽鋼，高Cr，Ni含量，抗高溫腐蝕性能良好，但是其高溫蠕變強度不理想，其高溫許用應力只等於或小於普通的SA-213TP304H不鏽鋼。而且普通SA-213TP310H鋼還存在σ相析出后產生的脆性問題。為提高SA-213TP310H鋼的高溫性能，日本住友公司在對SA-213TP304H研究中發現，在基體中析出的細小的NbCrN氮化物，對TP310H鋼強化同樣很有效。因此在TP310H不鏽鋼中添加N，Nb元素開發了SA-213TP310HCbN(HR3C)鋼。
SA-213TP310HCbN(25Cr-20Ni-Nb-N)鋼與普通的SA-213TP310H鋼化學成分區別僅在於添加了0.20~0.60%的Nb和0.15~0.35%的N，使新鋼種的高溫性能卻大大提高。
其蠕變斷裂強度的提高主要是在鋼時效過程中析出了NbCrN。NbCrN氮化物非常細小而且特別穩定，即使長時間時效，組織也很穩定，大大提高了蠕變斷裂強度。
同時加入微量的N對抑制σ相的形成，改善韌性有效。SA-213TP310HCbN鋼高溫抗腐蝕性能(抗蒸汽氧化性能)良好，其許用應力比普通的SA-213TP310H鋼有很大提高。
2. 超超臨界鍋爐新材料焊接時對焊接接頭的要求
2.1 焊縫金屬化學成分應與所焊接的母材基本一致
對於耐熱鋼來說焊接接頭應具有與母材金屬基本相同的高溫抗氧化性。為此焊縫金屬的合金成分和含量應與母材基本一致。所說的基本一致是指Cr、Mo、W等主要元素，對於P、S等雜質元素，為減少熱裂紋的傾向應盡量控制在較低的水準。在保證高溫性能的前提下，為改善焊接性，焊接材料的含C量可稍低於所焊母材。
2.2 焊縫金屬的強度應與所焊母材相當
耐熱鋼焊接接頭不僅應具有與母材金屬基本相等的室溫和高溫短時強度，而且更重要的是應具有與母材相近的高溫蠕變性能。對超超臨界鍋爐新型耐熱鋼接頭性能的要求。
2.3 焊縫金屬的組織與母材相當
對於馬氏體和奧氏體耐熱鋼來說，為保證其焊接接頭長時間高溫運行過程中的蠕變性能，應嚴格控制熔敷金屬中的δ鐵素體含量。
2.4 焊縫金屬應具有一定的韌性儲備
雖然耐熱鋼焊接結構大多數是在高溫下工作，但對於壓力容器和管道要求最終的檢驗，通常是在常溫下以工作壓力1.5倍的壓力作液壓試驗或氣壓試驗，在受壓設備投運或檢修后，都要經歷冷起動過程，因此耐熱鋼焊接接頭亦應具有一定的抗脆斷性。
3. 焊接工藝要點
3.1 SA-335P92(SA-213T92)和SA-335P122(SA-213T122)馬氏體鋼焊接工藝要點
P92和P122都為馬氏體鋼，在焊接過程中既有冷裂傾向，又有熱裂傾向。為防止焊接冷裂紋，焊接前要對工件進行預熱，預熱溫度鎢極氬弧焊不小於150°C，焊條電弧焊和埋弧焊不小於200°C。
為防止熱裂紋和晶粒的粗大，焊接過程中應嚴格控制焊接線能量，層間溫度應小於300°C，優先選用焊接熱輸入較小的鎢極氬弧焊。
採用焊條電弧焊時應注意多層多道焊，焊道厚度控制在不大於焊條直徑為宜，焊道寬度不得超過焊條直徑的3倍且建議焊條直徑不大於4mm。對於壁厚較大的工件可以採用埋弧焊進行焊接，但應選用細絲埋弧焊，焊絲直徑應在3mm以下。
對於P122和P92小直徑管子焊接時，在整個焊接過程中背面要進行充氬保護。而對於P92和P122大直徑厚壁管道和集箱來說要對根部的前三層焊縫的背面進行氬氣保護。
焊縫焊完后應採用石棉保溫緩冷並在100~150°C之間至少停留1~2小時，待金相組織全部轉變成馬氏體後方可進行焊后熱處理。對於壁厚大於40mm的工件，焊後用石棉保溫緩冷，100~150°C之間至少停留1~2小時后，如不能立即熱處理，應在加熱至200~300°C保溫2小時后熱，然後緩冷至室溫。
3.2 SUPER304H和SA-213TP310HCbN奧氏體鋼焊接工藝要點
奧氏體鋼的焊接性能良好，無冷裂傾向，因而奧氏體鋼的焊接不需要預熱，但奧氏體鋼在焊接過程中有熱裂傾向，因而應注意控制焊接熱輸入及層間溫度。在焊接過程中採用焊接線能量較小的焊接方法如手工TIG焊，自動冷絲TIG焊或熱絲TIG焊等。
一般應控制層間溫度不大於150°C，對於自動冷絲TIG焊或熱絲TIG焊來說，如採用連續焊接，焊接過程中要求對所焊的焊縫進行層間水冷，為防止晶間腐蝕應控制冷卻用水中的氯離子含量。
為防止高溫區合金元素的氧化，在整個焊接過程中要進行背面充氬保護。因奧氏體鋼鋼水較粘，焊接時為保證坡口兩側熔合好，坡口角度應比一般鐵素體鋼大。若與鐵素體類材料進行異種鋼焊接，推薦採用ASME標準規定的ERNiCr-3或ENiCrFe-2型號焊絲或焊條。異種鋼焊接(與鐵素體鋼焊接)並在高溫下使用時必須考慮兩種材料的膨脹係數。
綜上所述，歐洲、日本等國針對超超臨界機組的高參數要求開發出了系列新鋼種，隨著多台超超臨界鍋爐的投入運行，各種新型鐵素體及奧氏體材料也大量投入實際應用。
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