1我國高端鍋爐耐熱鋼和合金的發展趨勢程世長劉正東包漢生鋼鐵研究總院2010-11-28溫州第一頁，共三十五頁。2目錄1.序言2.我國高端鍋爐耐熱鋼的應用情況3.我國高端鍋爐耐熱鋼國產化進展4.我國高端鍋爐耐熱鋼及合金的發展趨勢第二頁，共三十五頁。3△火電是我國發電的主體。△未來10年，我國發電的主力仍然是火電。△高端鍋爐耐熱鋼和合金是USC機組中的關鍵材料。表1火電裝機容量和發電量發電裝機總容量火電裝機容量總發電量火電發電量2009年8.7407億kW6.5205億kW（74.6%）35964億kWh29867億kWh（83.05%）2010年9.5億kW(預測）7.0億kW（73.7%）2020年16億kW（預測）10.5億kW（65.6%）1.序言第三頁，共三十五頁。42.我國高端鍋爐耐熱鋼的應用狀況

表2超臨界和超超臨界鍋爐主要部件用鋼部件名稱566℃/566℃級600℃/600℃級主蒸汽管道P91P92末級過熱器12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347HT23、T91、T92、S30432、TP310HNbN末級過熱器集箱12Cr1MoVG、P12、P91P12、P91末級再熱器12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347HT23、T91、T92、S30432、TP310HNbN末級再熱器集箱P11、P12、P9112Cr1MoVG、P91、P92水冷壁上部T2、15CrMoG、T23T2、15CrMoG、T23水冷壁下部T2、15CrMoGT2、15CrMoG、T23水冷壁集箱106C、P12106C、P12、12Cr1MoVG第四頁，共三十五頁。5表3超/超臨界鍋爐主要部件用鋼鋼的種類鋼號標準編號適用范圍用途工作壓力（MPa）壁溫（℃）集箱、蒸汽管道≤56512Cr2MoWVTiBGB5310受熱面管子不限≤600[注3]12Cr3MoVSiTiB不限07Cr2MoW2VNbBGB5310受熱面管子不限≤600集箱、蒸汽管道不限≤57515Ni1MnMoNbCuGB5310集箱、蒸汽管道不限≤450不限10Cr9Mo1VNbNGB5310受熱面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤62010Cr9MoW2VNbBNGB5310受熱面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤63010Cr11MoW2VNbCu1BNGB5310受熱面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤63011Cr9Mo1W1VNbBNGB5310受熱面管子不限≤650集箱、蒸汽管道不限≤630不銹鋼07Cr19Ni10GB5310受熱面管子不限≤65010Cr18Ni9NbCu3BNGB5310受熱面管子不限≤70007Cr25Ni21NbNGB5310受熱面管子不限≤70007Cr19Ni11TiGB5310受熱面管子不限≤65007Cr18Ni11NbGB5310受熱面管子不限≤65008Cr18Ni11NbFGGB5310受熱面管子不限≤650第五頁，共三十五頁。6表4四大管道的選材第六頁，共三十五頁。7GB5310-2008代號ASMEASTM12Cr2MoWVTiBG102――07Cr2MoW2VNbBT/P23HCM2SCC2199K4071210Cr9Mo1VNbNT/P91HCM9SK9090110Cr9MoW2VNbBNT/P92NF616CC2179K9246010Cr11MoW2VNbCu1BNT/P122HCM12ACC2180K9127107Cr18Ni11NbTP347HCC21963470908Cr18Ni11NbFGTP347HFGCC21593471010Cr18Ni9NbCu3BNSuper304HCC23283043207Cr25Ni21NbNHR3CCC211531042表5我國目前USC機組用耐熱鋼鋼號第七頁，共三十五頁。83.高端鍋爐耐熱鋼國產化進展△火電高端耐熱鋼國產化歷經20年（1990年-2010年）△火電高端耐熱鋼國產化由電力、鋼鐵、機械三大行業共同合作完成△火電高端耐熱鋼國產化是在陸燕蓀副部長、陸元昌副部長、徐英男主任、楊富主任及三大行業各方主管領導的指導和大力支持下進行的△三大行業的科研院校、鋼廠、鋼管廠、鍋爐廠、電廠幾十家企業共同合作，完成了研制：（1）鋼的成分優化研究（2）熱處理制度對組織和性能影響的研究（3）馬氏體鋼中δ-鐵素體成因及對性能影響的研究第八頁，共三十五頁。9（4）高溫長時時效過程中組織演變及對力學性能影響的研究（5）鋼的失效機理和強化機理的研究（6）冶金工藝、熱加工工業和制管工藝的研究（7）焊接性能和焊接工藝的研究（8）抗高溫蒸汽腐蝕和灰腐蝕性能的研究（9）鋼管噴丸工藝及性能研究（10）鋼管低周疲勞性能的研究（11）電廠鋼管使用后性能檢測和組織演變的研究（12）電廠鋼管服役壽命預測研究第九頁，共三十五頁。（1）T/P23鋼管供應企業：△T23熱軋管：寶鋼△T23冷軋管：寶鋼上海鋼管廠、誠德鋼管廠、宜興鋼管廠、武進鋼管廠、華新麗華鋼管廠、久立鋼管廠、常寶鋼管廠、長城鋼廠△P23冷軋管：誠德鋼管廠、天津鋼管廠、成都鋼管廠

10國產化后鋼管供應能力：第十頁，共三十五頁。（2）T/P91鋼管供應企業：△T91熱軋管：寶鋼△T91冷軋管：上海鋼管廠、誠德鋼管廠、宜興鋼管廠、武進鋼管廠、華新麗華鋼管廠、久立鋼管廠、常寶鋼管廠、長城鋼廠△P91鋼管：誠德鋼管廠、北方重工集團、武漢重工集團、宏潤集團、天津鋼管廠、成鋼鋼管廠、齊齊哈爾北方機器有限公司△P91彎頭、三通、變截面鋼管：北京國電富通公司、天津金鼎公司、阜新電力修造廠11第十一頁，共三十五頁。（3）T/P92鋼管供應企業：

△T92熱軋管：寶鋼△T92冷軋管：上海鋼管廠、誠德鋼管廠、宜興鋼管廠、武進鋼管廠、久立鋼管廠△P92鋼管：誠德鋼管廠、北方重工集團、武漢重工集團、宏潤集團△P92彎頭、三通、變截面鋼管：北京國電富通公司、天津金鼎公司、阜新電力修造廠12第十二頁，共三十五頁。（4）TP347H和TP347HFG鋼管供應企業：寶鋼、宜興鋼管廠、武進鋼管廠、久立鋼管廠、長城

鋼廠、太鋼（5）Super304H鋼管供應企業：寶鋼、宜興鋼管廠、武進鋼管廠、久立鋼管廠、華興

麗華鋼管廠、長城鋼廠、太鋼（6）HR3C鋼管供應企業：

久立鋼管廠、太鋼

具備供坯單位：寶鋼、長城鋼廠、太鋼

13第十三頁，共三十五頁。國產化的成果：

（1）國產化保證了中國電力高速發展的建設進度：近幾年，中國每年以1億kW遞增，國外鋼管供應不上，依靠國產鋼管保證。（2）國產化成功后使鋼管價格大幅度下降：T91、Super304H、HR3C鋼管國產化后價格下降一半，其它鋼管也大幅度下降。（3）國產化的成功促進了民族工業的提升和迅猛發展，打破了國外壟斷局面，振奮了民族精神，提升了研發能力、企業裝備生產線和產品水平，造就了高水平的科研和生產隊伍。14第十四頁，共三十五頁。4.我國高端鍋爐耐熱鋼及合金的發展趨勢4.1根據USC機組參數討論發展趨勢

表6根據USC機組參數選材（預測）15機組參數（預測）主蒸汽管，集箱用材過熱器，再熱器用材26MPa，600/600℃T/P91、T/P92、P122TP347H、TP347HFG、Super304H、HR3C28MPa，625/625℃T/P92、VM12、NF12、SAVE12、MARBN、G112、G115TP347HFG、Super304H、HR3C、XA704、NF70928MPa，650/650℃NF12、SAVE12、MARBN、G112、G115HR6W、HR35、Sanicro25、GH2984、G110、SAVE25、18Cr-30Ni-3Nb35MPa，700/700℃HR6W、HR35、Sanicro25、GH2984、G110In-740、In-617、Nimonic263、In-625、Haynes230第十五頁，共三十五頁。（1）28MPa、600℃/600℃參數機組:

根據目前玉環、鄒縣等近50臺USC機組的建造和近四年的運行情況，以上選材料的鋼管使用，總體情況良好，因此，該機組選材是合適的。（2）28MPa、625℃/625℃參數機組:

在26MPa、600℃/600℃USC參數機組運行平穩的基礎上有可能把機組參數提升到28MPa，625℃/625℃，從目前材料情況也是可能的，主蒸汽管道和集箱材料采用P92，過熱器和再熱器采用Super304H，HR3C和NF709，而SAVE25鋼無業績，至今未納入ASME，缺少持久強度數據。16第十六頁，共三十五頁。

表7主蒸汽管道和集箱選材持久強度（105h，MPa）對比17標準試驗溫度P91P911P122P92VM12SHCSAVE12GB5310-2008620℃737198107――630℃63―8695――625℃6892101――ASMECodeCase621℃69.3CC2327-175CC-2180-492.1CC2179-6――649℃―46.561.1――625℃62.470.987.7～60100～110第十七頁，共三十五頁。表8馬氏體耐熱鋼性能對比18P92(0.10C-9Cr-1.8W-MoVNbNB)625℃持久強度基本滿足要求，抗蒸汽腐蝕性能處于臨界狀態，可以作為一個方案。VM12SHC（歐洲）(0.12C-11.5Cr-1.5W-1.5Co-MoVNbNB)625℃小管持久強度105h約70MPa（有2萬h數據），大管（φ406×35）約60MPa，與P911鋼水平相當，抗蒸汽腐蝕性能優于P92。NF12（歐洲）(0.08C-11Cr-2.6W-2.5Co-MoVNbNB)抗蒸汽腐蝕性能優于P92。僅有650℃持久曲線，1萬小時后強度低于P92，650℃，1000hr后持久強度迅速下降。SAVE12（日本）(0.10C-11Cr-3W-3Co-VNbN-Ta-Nd)抗蒸汽腐蝕性能優于P92。105h持久強度，625℃約115MPa，650℃約75MPa，曲線表明，＞5000hr后與P92持平，Nd是有害元素，Ta昂貴。MARBN（日本）（0.08C-9Cr-3W-3Co-VNbN-0.014B）缺625℃持久強度。650105hr達80MPa，已試制管φ470×65mm。G112（中國）11Cr-3W-3Co類型缺625℃持久強度。鋼管650℃，120MPa，持久試驗，＞7000hr，高于T/P92鋼，有希望達到MARBN鋼水平，抗蒸汽腐蝕性能優于P92。第十八頁，共三十五頁。19圖1CreeprupturestrengthofpipingteststeelsNF12,SAVE12andVM12asafunctionoftesttimeat650℃incomparisontothebehaviourofthe9%CrpipingsteelP92.第十九頁，共三十五頁。20圖2CreeprupturedataforthepresentMARBNsteelscomparedwithP92,T91,NF12andSAVE12steelsat650℃.第二十頁，共三十五頁。21圖39Cr-3W-3Co-0.2V-0.05Nb-0.08CsteelwithdifferentboronbutnonitrogenadditionEffectoffinedistributionofM23C6carbidesalongboundaries第二十一頁，共三十五頁。表9奧氏體耐熱鋼700℃105h持久強度對比22標準試驗溫度TP347HFGSuper304HHR3CXA704NF709SAVE25G110GB5310-2008700℃597162――～90～100ASMECodeCase675℃91.65CC2328-194.9CC2475100.65CC2581677℃75.5CC2159-278.60CC2115-3――704℃55.9―58.95――――700℃58.870。3561.8674.5583.25――第二十二頁，共三十五頁。表10奧氏體耐熱鋼蒸汽腐蝕性能對比23鋼號TP347HEGSuper304HXA704NF709HR3C615℃蒸汽腐蝕25μm67μm-28μm（20Cr）9μm569℃蒸汽腐蝕20μm25μm14—36μm18μm(23Cr)-650℃蒸汽腐蝕-86mg/cm2-17mg/cm2(20Cr)17mg/cm2注：①615℃試驗：美國EddystoneNo.1Boiler，蒸汽溫度615℃（SH），蒸汽壓力35.1MPa，試驗時間75075hr。

②569℃試驗：美國OitaNo.9Boiler，蒸汽溫度569℃（SH），蒸汽壓力19.3MPa，試驗時間19463hr。

③650℃試驗：BHK數據，650℃20hr,1.5mNa2SO4+1.5mK2SO4+1mFe2O3，SO2氣體(0.2wt%)。Super304H鋼管在600℃USC機組中運行中出現氧化皮脫落現象，我們在實驗室的650—700℃蒸汽腐蝕試驗后發現氧化腐蝕明顯，而HR3C和NF709鋼管的腐蝕要輕得多。

第二十三頁，共三十五頁。△主蒸汽管和集箱用馬氏體耐熱鋼：P92鋼由于650℃持久強度低，不能采用，根據ASMECodeCase2179-6（2006.8.4）649℃105hr持久強度應為57.9MPa。要滿足650℃105h持久強度100MPa指標，目前世界上還沒有成熟鋼號，日本金屬所試制的MARBN鋼為80MPa，SAVE12鋼約為75MPa，我們研制的G112鋼管650℃120MPa持久試驗已超過7000hr，仍在進行中。△過熱器和再熱器用鋼和合金：比較成熟的合金是HR35、Sanicro25和GH2984。正在研制的合金有HR6W、18Cr-30Ni-3Nb和G110。24（3）28MPa，650℃/650℃參數機組：第二十四頁，共三十五頁。

表11鍋爐合金性能特點對比（700℃）使用25GH1984（中國）0.06C-19Cr-33Fe-2Mo-1Nb-1Ti-0.4Al700℃105hr持久強度約130MPa，80-90年代合金管在亞臨界鍋爐使用良好Sanicro25（瑞典）0.08C-22.6Cr-25.5Ni-3.5W-1.6Co-3Cu-NbN700℃105hr持久強度90-100MPa，已制成合金管φ41.4×8mmHR35（日本）0.06C-30Cr-50Ni-4W-0.8Ti-B,Zr700℃105hr持久強度100-110MPa（已進行5萬小時），抗蒸汽腐蝕性能良好HR6W（日本）0.08C-23Cr-45Ni-7W-0.2Nb-0.1Ti-B105hr持久強度約90MPa，焊接接頭約85MPa，已制出大口徑合金管18-Cr-30Ni-3Nb-B（日本）105hr持久強度約95MPa，是今年美國會議期間日本剛發布的新合金，Laves相和Ni3M復合強化G110（中國）0.06C-23Cr-35Ni-WMoNb-TiAl105hr持久強度目標值100MPa，主要依靠Ni3(Al,Ti)相強化第二十五頁，共三十五頁。（4）35MPa，700℃/700℃參數機組：△主蒸汽管和集箱用合金

根據（3）分析，700℃比較成熟的合金是GH2984、Sanicro25和HR35。

△過熱器和再熱器用合金

根據鍋爐設計，使用壁溫達750-760℃，目前傾向用Inconel740和Inconel617。26第二十六頁，共三十五頁。表12鍋爐合金性能特點對比（750-760℃使用）27Inconel740（美國）0.04C-24Cr-20Co-2Nb-1.6Ti-1.1Al-0.5Mo750℃105hr持久強度約130MPa，ASMECodeCase將在2011年批準，Ni3(Al,Ti)相強化，已制成大口徑管。Inconel617（美國）0.08C-22Cr-12Co-9Mo-2Fe750℃105hr持久強度90-100MPa，已有3萬小時數據，主要依靠Mo的固溶強化，已制成管。Nimonic263（英國）0.06C-20Cr-20Co-6Mo-2.2Ti-0.6Al750℃105hr持久強度115MPa，Mo的固溶強化加Ni3(Al,Ti)相強化。Haynes282（美國）0.06C-20Cr-10Co-8.5Mo-2.1Ti-1.5Al750℃105hr持久強度＞100MPa，Mo的固溶強化加Ni3(Al,Ti)相強化。Haynes230（美國）0.11C-23Cr-14W-1.4Mo-B750℃105hr持久強度80MPa，W、Mo固溶強化。Inconel625（美國）0.05C-21Cr-9Mo-3.3Nb-0.2Ti-0.2Al-5Fe750℃105hr持久強度＞90MPa，主要依靠Mo、Nb的固溶強化。第二十七頁，共三十五頁。4.2根據材料體系探討發展趨勢（1）馬氏體鍋爐耐熱鋼的發展趨勢

表139-12%Cr馬氏體鍋爐耐熱鋼的演變28T91，1978年美國V.K.Sikka等人應用劉榮藻的“多元素復合強化理論”研制成功含9%Cr的T91鋼，為超臨界機組的發展奠定了基礎。T911歐洲在T91鋼基礎上添加1%W，0.003%B后，600℃持久強度由T91鋼的93MPa提高到106MPa。T92，1987年日本新日鐵公司柛原瑞夫等人在T91鋼基礎上添加1.8%W，0.003%B，Mo含量降至0.45%研制成功T92鋼，600℃持久強度提高到132MPa。T122，1991年日本住友金屬公司伊勢田敦朗等人在T92鋼基礎上調整，Cr含量提高到11%Cr，目的是提高鋼的抗蒸汽腐蝕性能，同時添加1%Cu以提高Ni當量，W含量提高到2%，600℃持久強度降至124MPa，仍高于T91和T911。第二十八頁，共三十五頁。表14新一代9-11%Cr馬氏體鍋爐耐熱鋼的發展趨勢29VM12鋼（歐洲）11Cr-1.5W-1.5Co，主要強化元素是1.5%W，法國瓦魯瑞克和德國曼內斯曼公司合作研制的耐熱鋼，持久強度水平與T911相當，由此看來，含W量低，這種強化是不能滿足650℃機組要求的。NF12鋼（歐洲）11Cr-2.6W-2.5Co，持久強度接近P92鋼水平，抗蒸汽腐蝕性能提高，可以在625℃機組使用。SAVE12鋼（日本）11Cr-3W-3Co-Ta-Nd，日本住友金屬公司研制的耐熱鋼，持久強度與P92持平，但Nd是有害元素，Ta昂貴，工業化生產有問題，可能是這方面的原因，SAVE12鋼至今沒有業績，也未納入ASMECodeCaseMARBN鋼（日本）9Cr-3W-3Co-0.014B，日本金屬所阿部富士雄等人研制的耐熱鋼，650℃105h持久強度80MPa，高于SAVE12鋼，這是當今最有希望的鋼，在3%W強化的基礎上添加0.014%B使持久強度大幅度上升。G112鋼（中國）11Cr-3W-3Co-B，鋼鐵研究總院研制的耐熱鋼，650℃105h持久強度目標100MPa，鋼管取樣持久強度650℃120MPa已超過7000hr，高于T92，可能與MARBN鋼性能水平相當。第二十九頁，共三十五頁。表15奧氏體鍋爐耐熱鋼的發展30Super304H，1991CC2328，日本0.07C-18Cr-9Ni-3Cu-NbB，住友金屬公司椹木羲淳與三菱公司合作研制成功，用于650-700℃壁溫鋼管，650℃105h持久強度117MPa，700℃為71MPa，已大量應用，抗蒸汽腐蝕性能較差，常采用噴丸工藝改善。XA704，2002CC2475，日本0.04C-18Cr-9Ni-2W-NbVN，新日鐵公司石塚哲夫等人研制成功。與Super304H比較，添加2%W，0.4%V，提高N含量為0.18%，無Cu，B。650℃105h持久強度為181.8MPa，700℃為74.6MPa，高于Super304H。G108，中國0.07C-18Cr-9Ni-3Cu-NbNB，鋼鐵研究總院研制的鍋爐耐熱鋼，650℃105h持久強度124MPa，高于Super304H。HR3C，1984CC2115，日本0.07C-25Cr-20Ni-NbN，住友金屬公司椹木羲淳等人研制成功，在Cr25Ni20鋼中添加0.4%Nb、0.25%N，提高高溫強度，當初用于焚燒爐，后移植用于鍋爐管，已大量使用，抗蒸汽腐蝕性能好。G107，中國0.07C-25Cr-20Ni-CuNbVBN，鋼鐵研究總院研制的鍋爐耐熱鋼，650-700℃持久強度高于HR3C。（2)奧氏體鍋爐耐熱鋼的發展趨勢第三十頁，共三十五頁。續表1531NF709R，1985CC2581，日本0.07C-22Cr-25Ni-1.5Mo-NbNB，新日鐵公司菊池正夫等人研制成功，與HR3C比較降Cr、升Ni，添加1.5%Mo、0.06%B，降N至0.18%。650-700℃105h持久強度高于HR3C，使用業績少。SAVE25，1997日本0.10C-23Cr-18Ni-2.5W-3.5Cu-NbN，住友金屬公司仙波潤之等人研制成功，650℃持久強度高于NF709R和HR3C，700℃時與NF709相當，未見使用，也未納入ASMECodeCase。G109，2005中國0.06C-25Cr-20Ni-2W-MoVNbNB，鋼鐵研究總院研制的鍋爐耐熱鋼，650-700℃持久強度高于SAVE25和NF709R。Sanicro25，2005瑞典0.08C-23Cr-25Ni-3.5W-1.6Co-NbN，700℃105h持久強度90-100MPa，高于SAVE25，有可能替代HR3C和NF709R。第三十一頁，共三十五頁。（3）Fe-Ni基鍋爐合金的發展趨勢