1. Обычно используемые материалы

Котлы USC обычно используются Усовершенствованные никелевые сплавы, Аустенитные нержавеющие стали, или же Высокопластные ферритные/мартенситные стали. Выбор материала зависит от рабочих условий компонентов, таких как супергиаторы или режиаторы. Ниже приведены типичные материалы, используемые.

1.1 Сплавы на основе никеля

Сплавы на основе никеля являются предпочтительным выбором для 700 ℃ Котловых труб USC из-за их превосходной прочности, стойкость к окислению, и коррозионная стойкость при высоких температурах.

• Типичные оценки:
  • Инконель 617 (США N06617): Содержит никель, хром, Кобальт, и молибден, подходит для 700 ℃ и выше, с отличной сопротивлением ползучести и устойчивостью к окислению.
  • Inconel 740/740h: Специально разработано для котлов USC, содержащий никель, хром, Кобальт, и титан, предлагая высокую прочность на ползучесть и сопротивление коррозии угольной золы.
  • сплав 263: Подходит для высокой температуры, среда высокого давления, особенно для сварных конструкций.
• Химический состав (Пример Inconel 740H):

• Механические свойства (пример):
  • Прочность на растяжение: ≥1000 МПа (комнатная температура); ≥600 МПа (700℃)
  • Предел текучести: ≥700 МПа (комнатная температура); ≥400 МПа (700℃)
  • Ползучесть жизнь: ≥100 000 часов при 700 ℃ ниже 100 MPA стресс
• Приложения: Используется в супергиатах и ​​режиатрах в зонах самой высокой температуры, способный выдерживать экстремальную тепло и коррозионные газы (например., сера- или хлор, содержащие дымовые газы).

1.2 Продвинутые аустенитные нержавеющие стали

Аустенитные нержавеющие стали подходят для немного более низких температурных диапазонов (600–700 ℃), предлагая хорошую коррозионную стойкость и обработанность, Хотя их сопротивление ползучесть уступает сплавам на основе никеля.

• Типичные оценки:
  • Супер 304H (США S30432): Содержит 18cr-8ni с добавленным Cu, NB, и n для повышения высокой температурной прочности и устойчивости к окислению.
  • HR3C (25CR-20NI-NB-N): Аустенитная сталь с высокой хромий-никел с превосходным окислением и коррозионной стойкостью парозии.
  • TP347HFG: Мелкозернистая версия TP347H, с улучшенной сопротивлением ползучести.
• Химический состав (Super 304h пример):

• Механические свойства (пример):
  • Прочность на растяжение: ≥590 МПа (комнатная температура); ≥300 МПа (700℃)
  • Предел текучести: ≥235 МПа (комнатная температура); ≥150 МПа (700℃)
  • Ползучесть жизнь: 10,000–100 000 часов в 700 ℃ под 100 MPA стресс
• Приложения: Используется в вторичных высокотемпературных зонах для сверхсиаров, Региаторы, и паровые трубопроводы.

1.3 Высокопластные ферритные/мартенситные стали

Эти стали используются в областях с температурой ниже 650 ℃, предлагая более низкие затраты, чем сплавы на основе никеля или аустенитные стали, Но их производительность на 700 ℃ ограничена, сделать их подходящими для переходных зон.

• Типичные оценки:
  • P91 (АСТМ А335 Р91): 9CR-1MO Сталь, Подходит для 600–650 ℃ среды.
  • P92 (АСТМ А335 Р92): Улучшенная сталь 9CR-2W с добавленной w, NB, и б, предлагая лучшую сопротивление ползучести, чем P91.
  • Марбн: Новая мартенситная сталь с высоким хромием с 9–12CR и добавлена ​​b, Т11, приближаясь к ограничению 700 ℃.
• Химический состав (P92 пример):

• Механические свойства (пример):
  • Прочность на растяжение: ≥620 МПа (комнатная температура); ≥350 МПа (650℃)
  • Предел текучести: ≥440 МПа (комнатная температура); ≥200 МПа (650℃)
  • Ползучесть жизнь: ~ 100 000 часов в 650 ℃ под 100 MPA стресс
• Приложения: Используется в основных паровых трубопроводах, Нижнецветные сверхсиары, или режиаторы.

2. Соображения дизайна для выбора материала

При проектировании 700 ℃ USC -котловых труб, Выбор материала должен сбалансировать следующие факторы:

1. Рабочая температура и давление:
   • Зоны на 700 ℃ и выше (например., Пароперегреватели, Региаторы) Распределите приоритеты сплавов на основе никеля (например., Inconel 740h).
   • 600–700 ℃ Зоны могут использовать расширенные аустенитные нержавеющие стали (например., Супер 304H, HR3C).
   • Зоны ниже 650 ℃ могут использовать P91, P92, или Марбн.
2. Сопротивление ползучести:
   • Creep является основным режимом отказа при 700 ℃. Сплавы на основе никеля и продвинутые аустенитные стали предлагают значительно более длительную жизнь ползучесть, чем ферритные стали.
3. Устойчивость к окислению и коррозии:
   • Высокотемпературные дымовые газы, содержащие серу или хлор, вызывают внешнюю коррозию, В то время как окисление на паровой стороне вызывает беспокойство. Сплавы на основе никеля и аустенитные стали с высоким хромием (например., HR3C) преуспеть в сопротивлении коррозии угольной золы и окислению пара.
4. Стоимость и обработка:
   • Сплавы на основе никеля дороги и сложны для обработки и сварки, Подходит для критических высокотемпературных компонентов.
   • Аустенитные нержавеющие стали и P91/P92 более экономически эффективны и проще в сварке и обработках, Идеально подходит для более широких приложений.
5. Свариваемость:
   • Сплавы на основе никеля (например., Inconel 740h) Требовать специализированных процессов сварки и наполнителей.
   • аустенитные стали (например., Супер 304H) иметь хорошую сварку, но требуйте контроля затронутой тепловой зоны.
   • P91/P92 требует строгого предварительного нагрева и термообработки после пособия, чтобы предотвратить растрескивание.
6. Долгосрочная стабильность:
   • Материалы должны поддерживать микроструктурную стабильность во время долгосрочной высокотемпературной работы, Избегание хрупкой фазы формирования (например., σ Фаза) или рост зерна.

3. Производственный процесс

Процесс производства для котлов 700 ℃ USC имеет решающее значение для обеспечения производительности материала. Ключевые шаги включают:

• Беспланное производство: Горячий катящийся или холодный рисунок обеспечивает трубы без дефектов без недостатков сварки.
• Термическая обработка:
  • Сплавы на основе никеля: Решение отжиг (1100–1200 ℃) с последующим старением для оптимизации фаз осадка (например., в’ фаза).
  • Аустенитные нержавеющие стали: Раствор лечение (1050–1150 ℃) Чтобы предотвратить межранальную коррозию.
  • Ферритные/мартенситные стали: Нормализация (1050–1100 ℃) и отпуск (750–800 ℃) Чтобы стабилизировать мартенситную структуру.
• Обработка поверхности: Выстрел в взрыве или маринован.
• Контроль качества:
  • Анализ химического состава: Обеспечивает соблюдение CR, Ni, МО, и другие элементы спецификации.
  • Механические испытания: Включает высокотемпературное растяжение, слизняк, и испытания на усталость.
  • Неразрушающий контроль (NDT): Ультразвуковое и рентгенографическое тестирование для обнаружения внутренних дефектов.
  • Высокотемпературные испытания на коррозию: Имитирует угольную золу и паровую среду для проверки коррозионной устойчивости.

4. Типичные случаи применения

• Европейский проект AD700: Использовал Inconel 617 и Inconel 740H для сверхсиаторов и режиаторов в 700 ℃ USC -котлах, демонстрируя долгосрочную стабильность.
• Япония A-EUSC Программа: Нанятые HR3C и Super 304H для сверхсиаров, в сочетании с P92 для нижних температурных зон, достижение высокой эффективности и низких выбросов.
• Китайские электростанции USC: Некоторые растения используют HR3C и P92, с никелевыми сплавами (например., Inconel 740h) постепенно принят.

5. Заключение

Конструкция 700 ℃ Ультра-суперкритические котельные трубы высокого давления в первую очередь опираются на следующие материалы:

• Сплавы на основе никеля (например., Inconel 740h, 617): Идеально подходит для самых высоких температурных зон (≥700 ℃), предлагая лучшую устойчивость к ползучести и коррозии, но при высокой цене.
• Продвинутые аустенитные нержавеющие стали (например., Супер 304H, HR3C): Подходит для 600–700 ℃ зон, обеспечение экономически эффективного баланса с хорошей устойчивостью к окислению.
• Высокопластные ферритные/мартенситные стали (например., P91, P92): Используется в зонах ниже 650 ℃, Эффективное, но ограниченное в высокотемпературных показателях.

Выбор материала должен учитывать конкретную температуру, давление, коррозионная среда, и ограничения стоимости. Строгие производственные процессы и контроль качества необходимы для обеспечения производительности трубы. Сплавы на основе никеля являются будущей тенденцией для 700 ℃ и выше котлов USC, В то время как аустенитные нержавеющие стали и улучшенные мартенситные стали остаются критическими для переходных зон.