1. Materiais comumente usados

Os tubos de caldeira da USC normalmente empregam ligas avançadas à base de níquel, Aços inoxidáveis ​​austeníticos, ou Aços ferríticos/martensíticos de alta liga. A escolha do material depende das condições operacionais dos componentes, como superaquecedores ou reeatadores. Abaixo estão os materiais típicos utilizados.

1.1 Ligas à Base de Níquel

As ligas à base de níquel são a escolha preferida para tubos de caldeira de 700 ℃ USC devido à sua força superior, resistência à oxidação, e resistência à corrosão a altas temperaturas.

• Notas típicas:
  • Inconel 617 (US N06617): Contém níquel, cromo, cobalto, e molibdênio, Adequado para 700 ℃ e acima, com excelente resistência à fluência e resistência a oxidação.
  • Inconel 740/740H: Projetado especificamente para caldeiras da USC, contendo níquel, cromo, cobalto, e titânio, oferecendo alta força de fluência e resistência à corrosão de cinzas de carvão.
  • Liga 263: Adequado para alta temperatura, ambientes de alta pressão, particularmente para estruturas soldadas.
• Composição química (Exemplo Inconel 740H):

• Propriedades mecânicas (Exemplo):
  • Resistência à tração: ≥1000 MPa (temperatura ambiente); ≥600 MPa (700℃)
  • Força de rendimento: ≥700 MPa (temperatura ambiente); ≥400 MPa (700℃)
  • Vida de fluência: ≥100.000 horas a 700 ℃ abaixo 100 Estresse MPA
• Aplicações: Usado em superaquecedores e reeatadores nas zonas de temperatura mais altas, capaz de suportar calor extremo e gases corrosivos (por exemplo., enxofre- ou gases de combustão contendo cloro).

1.2 Avanços inoxidáveis ​​austeníticos avançados

Aços inoxidáveis ​​austeníticos são adequados para faixas de temperatura ligeiramente mais baixa (600–700 ℃), oferecendo boa resistência e processabilidade por corrosão, Embora sua resistência à fluência seja inferior às ligas à base de níquel.

• Notas típicas:
  • Super 304h (US S30432): Contém 18cr-8ni com Cu adicionado, NB, e n para maior resistência à força de alta temperatura e resistência a oxidação.
  • HR3C (25CR-20NI-NB-N): Aço austenítico de níquel alto-cromo com excelente oxidação e resistência à corrosão a vapor.
  • TP347HFG: Versão de granulação fina do TP347H, com resistência de fluência aprimorada.
• Composição química (Exemplo Super 304H):

• Propriedades mecânicas (Exemplo):
  • Resistência à tração: ≥590 MPa (temperatura ambiente); ≥300 MPa (700℃)
  • Força de rendimento: ≥235 MPa (temperatura ambiente); ≥150 MPa (700℃)
  • Vida de fluência: 10,000–100.000 horas a 700 ℃ abaixo 100 Estresse MPA
• Aplicações: Usado em zonas secundárias de alta temperatura para superaquecedores, reeatadores, e pipelines a vapor.

1.3 Aços ferríticos/martensíticos de alta liga

Esses aços são usados ​​em áreas com temperaturas abaixo de 650 ℃, oferecendo custos mais baixos do que ligas à base de níquel ou aços austeníticos, Mas o desempenho deles em 700 ℃ é limitado, tornando -os adequados para zonas de transição.

• Notas típicas:
  • P91 (ASTM A335 P91): 9Aço CR-1MO, Adequado para 600-650 ℃ ambientes.
  • P92 (ASTM A335 P92): Aço aprimorado 9Cr-2W com adicionado W, NB, e b, oferecendo melhor resistência de fluência do que p91.
  • Marbn: Um novo aço martensítico de alto-cromo com 9 a 12cr e adicionado B, N, aproximando -se do limite de 700 ℃.
• Composição química (P92 Exemplo):

• Propriedades mecânicas (Exemplo):
  • Resistência à tração: ≥620 MPa (temperatura ambiente); ≥350 MPa (650℃)
  • Força de rendimento: ≥440 MPa (temperatura ambiente); ≥200 MPa (650℃)
  • Vida de fluência: ~ 100.000 horas em 650 ℃ abaixo 100 Estresse MPA
• Aplicações: Usado em pipelines de vapor principal, Superamedores de temperatura inferior, ou reeatadores.

2. Considerações de design para seleção de material

Ao projetar 700 ℃ usec caldeira tubos, A seleção de material deve equilibrar os seguintes fatores:

1. Temperatura e pressão operacionais:
   • Zonas a 700 ℃ e acima (por exemplo., Superaquecedores, reeatadores) Priorize ligas à base de níquel (por exemplo., Inconel 740H).
   • 600–700 ℃ As zonas podem usar aços inoxidáveis ​​austeníticos avançados (por exemplo., Super 304h, HR3C).
   • Zonas abaixo de 650 ℃ podem usar P91, P92, ou Marbn.
2. Resistência à fluência:
   • A fluência é o modo de falha primária em 700 ℃. Ligas à base de níquel e aços austeníticos avançados oferecem vida de fluência significativamente mais longa do que aços ferríticos.
3. Oxidação e resistência à corrosão:
   • Gases de combustão de alta temperatura contendo enxofre ou cloro causam corrosão externa, Enquanto a oxidação do lado do vapor é uma preocupação. Ligas à base de níquel e aços austeníticos de cromo alto (por exemplo., HR3C) Excel em resistir à corrosão de cinzas de carvão e oxidação a vapor.
4. Custo e processabilidade:
   • As ligas à base de níquel são caras e desafiadoras para processar e solda, Adequado para componentes críticos de alta temperatura.
   • Aços inoxidáveis ​​austeníticos e P91/P92 são mais econômicos e mais fáceis de soldar e processar, ideal para aplicações mais amplas.
5. Soldabilidade:
   • Ligas à base de níquel (por exemplo., Inconel 740H) requer processos especializados de soldagem e materiais de enchimento.
   • aços austeníticos (por exemplo., Super 304h) ter uma boa soldabilidade, mas requer controle da zona afetada pelo calor.
   • P91/P92 requer pré-aquecimento rigoroso e tratamento térmico pós-soldado para evitar rachaduras.
6. Estabilidade a longo prazo:
   • Os materiais devem manter a estabilidade microestrutural durante a operação de alta temperatura a longo prazo, Evitando a formação de fase quebradiça (por exemplo., σ Fase) ou crescimento de grãos.

3. Processo de fabricação

O processo de fabricação para 700 ℃ Tubos de caldeira da USC é fundamental para garantir o desempenho do material. As etapas importantes incluem:

• Fabricação sem costura: Rolamento quente ou desenho frio garante tubos sem defeitos sem imperfeições de solda.
• Tratamento térmico:
  • Ligas à Base de Níquel: Recozimento da solução (1100–1200 ℃) seguido de envelhecimento para otimizar as fases precipitadas (por exemplo., c’ fase).
  • Aços Inoxidáveis ​​Austeníticos: Tratamento de solução (1050–1150 ℃) Para evitar a corrosão intergranular.
  • Aços ferríticos/martensíticos: Normalizando (1050–1100 ℃) e temperamento (750–800 ℃) para estabilizar a estrutura martensítica.
• Tratamento da superfície: Explosão ou decapagem para remover a escala de óxido e aumentar a resistência à corrosão.
• Controle de qualidade:
  • Análise de composição química: Garante conformidade com CR, Ni, Mo, e outras especificações de elementos.
  • Teste Mecânico: Inclui tração de alta temperatura, rastejar, e testes de fadiga.
  • Teste não destrutivo (NDT): Testes ultrassônicos e radiográficos para detectar defeitos internos.
  • Teste de corrosão de alta temperatura: Simula os ambientes de cinzas de carvão e vapor para verificar a resistência à corrosão.

4. Casos de aplicação típicos

• Projeto Europeu AD700: Utilizado Inconel 617 e Inconel 740h para superaquecedores e reinvestantes em 700 ℃ caldeiras da USC, demonstrando estabilidade a longo prazo.
• Programa Japão A-USC: HR3C e Super 304H empregados para superaquecedores, Combinado com P92 para zonas de temperatura inferior, alcançar alta eficiência e baixas emissões.
• Usinas de energia da USC China: Algumas plantas usam HR3C e P92, com ligas à base de níquel (por exemplo., Inconel 740H) gradualmente sendo adotado.

5. Conclusão

O design de 700 ℃ Tubos de caldeira de alta pressão de alta pressão de 700 dependem principalmente dos seguintes materiais:

• Ligas à Base de Níquel (por exemplo., Inconel 740H, 617): Ideal para as zonas de temperatura mais altas (≥700 ℃), oferecendo a melhor resistência de fluência e corrosão, mas a um alto custo.
• Avanços inoxidáveis ​​austeníticos avançados (por exemplo., Super 304h, HR3C): Adequado para 600-700 ℃ Zonas, fornecendo um equilíbrio econômico com boa resistência a oxidação.
• Aços ferríticos/martensíticos de alta liga (por exemplo., P91, P92): Usado em zonas abaixo de 650 ℃, econômico, mas limitado no desempenho de alta temperatura.

A seleção de material deve considerar a temperatura específica, pressão, ambiente de corrosão, e restrições de custo. Processos de fabricação rigorosos e controle de qualidade são essenciais para garantir o desempenho do tubo. As ligas à base de níquel são a tendência futura para 700 ℃ e acima das caldeiras da USC, Enquanto aços inoxidáveis ​​austeníticos e aços martensíticos aprimorados permanecem críticos para zonas de transição.