超临界火电机组用钢铁材料发展方向
2005-06-03 00:00 来源： 我的钢铁
我国进入新世纪以来，电力工业进入历史上的高速发展时期，2004年电站建设项目开工6100万千瓦，投产5055万千瓦，创历史最好水平，装机容量达到4070万千瓦，其中煤电装机32490万千瓦，年发电量21870亿千瓦；2005年预计投产6000多万千瓦，年底装机容量将突破5亿千瓦。目前我国电力发电装机容量和年发电量居世界第二位。
提高火力发电机组的参数，是提高机组效率、可靠性和节能环保的最重要途径。随着发电机组中锅炉压力的提高，水的饱和温度也相应提高，汽化潜热相应减少，饱和水及饱和蒸汽的比重差也随之减少。当压力达到22.12MPa时，汽化潜热等于零，汽水比重差也定于零。水在这个压力下，加热至374℃是即被全部汽化。这个压力就称为临界压力。典型的超临界火电机组锅炉蒸汽参数一般为23.5MPa～26.54MPa、538℃～543℃/538℃～566℃以上。超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果。而材料技术的进步与发展，是发展超临界机组的关键技术之一。
在发展超超临界机组时，首先遇到的就是材料问题。耐热材料的发展水平，决定了不同时期火电机组的运行参数。上世纪50年代末，发达国家已具备设计和制造超超临界机组的能力，但由于材料技术不成熟，影响了超超临界机组的可靠性，因而不得不降低蒸汽参数。此后，发达国家加强超超临界用材料的研究，着重研究用于600℃～650℃蒸汽参数的9－12%Cr钢和奥氏体不锈钢，力学性能和工艺性能都有很大的改善，90年代起，国外又开始制造超超临界机组。目前用于蒸汽温度参数为600℃的超超临界机组的材料比较成熟，正在研究650℃蒸汽温度参数机组用材，预研700℃蒸汽温度参数机组用材。
为适应火力发电机组向超超临界的发展，提高材料的高温性能，特别是奥氏体不锈钢管的高温性能，近20多年来，美、日、欧等发达国家在开发电站新材料技术方面进行了大量的试验研究，其中以提高奥氏体不锈钢的高温蠕变断裂强度、高温强度、抗蒸汽氧化、抗烟气腐蚀性、适用性和经济性等为研究方向，充分利用多元复合强化原理，研究开发了一批性能优异的新型奥氏体不锈钢钢种，用这些新型材料制成的锅炉钢管，已经作为主力钢种，被广泛应用于超临界火电机组的锅炉上。
超临界机组的发展，材料是关键之一。锅炉中的过热器、再热器高温段材料，只能由奥氏体不锈钢管来承担。多年以来，我国用于锅炉的奥氏体不锈钢管的生产，一直是比较薄弱的环节。产品品种少、质量低，国家及行业制订的有关产品标准目的不明确，根本不能适用于锅炉，特别是较高参数的锅炉上使用。国内主要锅炉制造厂对国产的不锈钢管，基本持否定态度。代之以全部进口，来解决较高参数的电站锅炉对奥氏体不锈钢管的需求量，从而每年要花费大量的外汇。要解决好以上矛盾，迎接新技术的挑战，发展我国特色的超临界火电机组锅炉用钢系列，创造良好的社会效益和经济效益，应该重视并做好以下几方面的工作：
1、提高冶金水平和开展科技创新
经过几十年的努力，我国的冶金水平有了长足的进步。国内一些主要钢铁企业，不仅能生产高质量的中下游产品，还能生产具有国际水平的高端、高附加值的产品。我们应该通过引进、吸取国外开发新型钢种的先进经验，特别是日本钢铁行业的经验，开展科技创新，开发出体现和维护我们国家的利益，尤其能充分反映我国资源、工艺与技术等方面的特殊要求，适合我国特点和拥有自主知识产权的钢种，确立我国自己的超临界火电机组锅炉用钢系列。
2、制修订有关产品标准
产品质量水平的高低是由产品标准的水平来衡量的，产品标准是衡量产品质量的技术依据。标准的水平标志着国家的技术实力，标志着社会的前进步伐。我们应该根据国外市场的需求，完善产品标准体系，并根据不断变化的市场要求，重视标准化工作，实现产品精品化，提高产品市场竞争力。通过制修订和等效采用国际标准，增强我们国家标准与国际、国外标准的通用性、一致性和协调性，同时也对我们国家标准从体系到结构和内容等方面的改革和提高有着极重要的意义。
我国有关锅炉用的奥氏体不锈钢管的标准主要有两个，即GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》和GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》。
GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》中列入了两个奥氏体不锈钢管牌号，它们是1Cr18Ni9和1Cr18Ni11Nb，相当于美国ASME SA213中的TP304和TP347级别。TP304容易被敏化的缺点，已经逐渐被锅炉行业排除出力主钢种之列。在SA213标准中，有TP347、TP347H和TP347HFG等多个级别，它们使用的条件不一样，而GB5310-96《高压锅炉用无缝钢管》没有给出具体的说明。
GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》，从其名称和内容上看，均不是锅炉用奥氏体不锈钢管的专门标准，本标准中的一部分材料牌号仅仅提到适用于锅炉过热器钢管，而有关锅炉用奥氏体不锈钢管的生产、工艺、检验、性能等特点没有充分的体现出来。因此上述两个涉及锅炉用的奥氏体不锈钢管的标准，对锅炉行业来说，已经很不适用，技术指标也达不到锅炉行业的要求。
目前，国内很多企业已不断改进设备、引进技术，生产出等同于ASME规范的材料，质量和水平不断提高，我们适时修订国家标准，来补充完善适合锅炉行业使用的新型奥氏体不锈钢材料，不仅满足我国火力发电锅炉机组用户的需求，而且对提高产品质量和促进锅炉用钢管材料国产化起到很重要的作用。GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》强制性国家标准已于2004年修订，完成审定工作，正待报批。经修订后的GB/T13296标准从内容和质量上有了很大的提高；GB5310-96《高压锅炉用无缝钢管》强制性国家标准已列入2005年标准制修订计划，预计将于2006年完成修订，适时将把已被ASME标准纳标，并在我国超超临界机组上采用的新型耐热钢钢种纳入GB5310国家标准中，推动国内新型耐热钢的研制开发以及在超超临界火电机组锅炉上的应用。
总之，从我国国情和火电机组锅炉的发展现状出发，抓住机遇，迎接挑战，认真研究分析国外已经开发的锅炉用新型奥氏体不锈钢管材料的性能、工艺特点和我国生产的现实情况，制订出具有国际先进水平的产品标准，并通过引进、消化、吸收，来促进其冶金工业材料国产化。可以说大力推广使用超超临界火电机组锅炉用国产新型耐热钢，具有良好的社会效益和经济效益。通过技术创新，重新确立适用于我国超临界机组锅炉的用钢系列，这应是我们今后工作的主要方向。
提高火力发电机组的参数，是提高机组效率、可靠性和节能环保的最重要途径。随着发电机组中锅炉压力的提高，水的饱和温度也相应提高，汽化潜热相应减少，饱和水及饱和蒸汽的比重差也随之减少。当压力达到22.12MPa时，汽化潜热等于零，汽水比重差也定于零。水在这个压力下，加热至374℃是即被全部汽化。这个压力就称为临界压力。典型的超临界火电机组锅炉蒸汽参数一般为23.5MPa～26.54MPa、538℃～543℃/538℃～566℃以上。超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果。而材料技术的进步与发展，是发展超临界机组的关键技术之一。
在发展超超临界机组时，首先遇到的就是材料问题。耐热材料的发展水平，决定了不同时期火电机组的运行参数。上世纪50年代末，发达国家已具备设计和制造超超临界机组的能力，但由于材料技术不成熟，影响了超超临界机组的可靠性，因而不得不降低蒸汽参数。此后，发达国家加强超超临界用材料的研究，着重研究用于600℃～650℃蒸汽参数的9－12%Cr钢和奥氏体不锈钢，力学性能和工艺性能都有很大的改善，90年代起，国外又开始制造超超临界机组。目前用于蒸汽温度参数为600℃的超超临界机组的材料比较成熟，正在研究650℃蒸汽温度参数机组用材，预研700℃蒸汽温度参数机组用材。
为适应火力发电机组向超超临界的发展，提高材料的高温性能，特别是奥氏体不锈钢管的高温性能，近20多年来，美、日、欧等发达国家在开发电站新材料技术方面进行了大量的试验研究，其中以提高奥氏体不锈钢的高温蠕变断裂强度、高温强度、抗蒸汽氧化、抗烟气腐蚀性、适用性和经济性等为研究方向，充分利用多元复合强化原理，研究开发了一批性能优异的新型奥氏体不锈钢钢种，用这些新型材料制成的锅炉钢管，已经作为主力钢种，被广泛应用于超临界火电机组的锅炉上。
超临界机组的发展，材料是关键之一。锅炉中的过热器、再热器高温段材料，只能由奥氏体不锈钢管来承担。多年以来，我国用于锅炉的奥氏体不锈钢管的生产，一直是比较薄弱的环节。产品品种少、质量低，国家及行业制订的有关产品标准目的不明确，根本不能适用于锅炉，特别是较高参数的锅炉上使用。国内主要锅炉制造厂对国产的不锈钢管，基本持否定态度。代之以全部进口，来解决较高参数的电站锅炉对奥氏体不锈钢管的需求量，从而每年要花费大量的外汇。要解决好以上矛盾，迎接新技术的挑战，发展我国特色的超临界火电机组锅炉用钢系列，创造良好的社会效益和经济效益，应该重视并做好以下几方面的工作：
1、提高冶金水平和开展科技创新
经过几十年的努力，我国的冶金水平有了长足的进步。国内一些主要钢铁企业，不仅能生产高质量的中下游产品，还能生产具有国际水平的高端、高附加值的产品。我们应该通过引进、吸取国外开发新型钢种的先进经验，特别是日本钢铁行业的经验，开展科技创新，开发出体现和维护我们国家的利益，尤其能充分反映我国资源、工艺与技术等方面的特殊要求，适合我国特点和拥有自主知识产权的钢种，确立我国自己的超临界火电机组锅炉用钢系列。
2、制修订有关产品标准
产品质量水平的高低是由产品标准的水平来衡量的，产品标准是衡量产品质量的技术依据。标准的水平标志着国家的技术实力，标志着社会的前进步伐。我们应该根据国外市场的需求，完善产品标准体系，并根据不断变化的市场要求，重视标准化工作，实现产品精品化，提高产品市场竞争力。通过制修订和等效采用国际标准，增强我们国家标准与国际、国外标准的通用性、一致性和协调性，同时也对我们国家标准从体系到结构和内容等方面的改革和提高有着极重要的意义。
我国有关锅炉用的奥氏体不锈钢管的标准主要有两个，即GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》和GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》。
GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》中列入了两个奥氏体不锈钢管牌号，它们是1Cr18Ni9和1Cr18Ni11Nb，相当于美国ASME SA213中的TP304和TP347级别。TP304容易被敏化的缺点，已经逐渐被锅炉行业排除出力主钢种之列。在SA213标准中，有TP347、TP347H和TP347HFG等多个级别，它们使用的条件不一样，而GB5310-96《高压锅炉用无缝钢管》没有给出具体的说明。
GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》，从其名称和内容上看，均不是锅炉用奥氏体不锈钢管的专门标准，本标准中的一部分材料牌号仅仅提到适用于锅炉过热器钢管，而有关锅炉用奥氏体不锈钢管的生产、工艺、检验、性能等特点没有充分的体现出来。因此上述两个涉及锅炉用的奥氏体不锈钢管的标准，对锅炉行业来说，已经很不适用，技术指标也达不到锅炉行业的要求。
目前，国内很多企业已不断改进设备、引进技术，生产出等同于ASME规范的材料，质量和水平不断提高，我们适时修订国家标准，来补充完善适合锅炉行业使用的新型奥氏体不锈钢材料，不仅满足我国火力发电锅炉机组用户的需求，而且对提高产品质量和促进锅炉用钢管材料国产化起到很重要的作用。GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》强制性国家标准已于2004年修订，完成审定工作，正待报批。经修订后的GB/T13296标准从内容和质量上有了很大的提高；GB5310-96《高压锅炉用无缝钢管》强制性国家标准已列入2005年标准制修订计划，预计将于2006年完成修订，适时将把已被ASME标准纳标，并在我国超超临界机组上采用的新型耐热钢钢种纳入GB5310国家标准中，推动国内新型耐热钢的研制开发以及在超超临界火电机组锅炉上的应用。
总之，从我国国情和火电机组锅炉的发展现状出发，抓住机遇，迎接挑战，认真研究分析国外已经开发的锅炉用新型奥氏体不锈钢管材料的性能、工艺特点和我国生产的现实情况，制订出具有国际先进水平的产品标准，并通过引进、消化、吸收，来促进其冶金工业材料国产化。可以说大力推广使用超超临界火电机组锅炉用国产新型耐热钢，具有良好的社会效益和经济效益。通过技术创新，重新确立适用于我国超临界机组锅炉的用钢系列，这应是我们今后工作的主要方向。
