1. Vật liệu thường được sử dụng

Ống nồi hơi USC thường sử dụng Hợp kim dựa trên niken tiên tiến, Thép không gỉ Austenitic, hoặc Thép ferritic/martensitic hợp kim cao. Sự lựa chọn vật chất phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của các thành phần như siêu trưởng. Dưới đây là các vật liệu điển hình được sử dụng.

1.1 Hợp kim dựa trên niken

Hợp kim dựa trên niken là lựa chọn ưa thích cho 700 ống nồi hơi USC do sức mạnh vượt trội của chúng, khả năng chống oxy hóa, và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao.

• Lớp tiêu biểu:
  • Inconel 617 (Hoa Kỳ N06617): Chứa niken, crom, Cobalt, và molypden, phù hợp cho 700 ℃ trở lên, với khả năng chống creep và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời.
  • Inconel 740/740H: Được thiết kế đặc biệt cho nồi hơi USC, chứa niken, crom, Cobalt, và titan, Cung cấp sức mạnh cao và khả năng chống ăn mòn tro than.
  • hợp kim 263: Thích hợp cho nhiệt độ cao, môi trường áp suất cao, đặc biệt đối với các cấu trúc hàn.
• Thành phần hóa học (Ví dụ Inconel 740H):

• Tính chất cơ học (Thí dụ):
  • Độ bền kéo: ≥1000 MPa (nhiệt độ phòng); ≥600 MPa (700℃)
  • Mang lại sức mạnh: ≥700 MPa (nhiệt độ phòng); ≥400 MPa (700℃)
  • Cuộc sống leo: ≥100.000 giờ tại 700 ℃ dưới 100 Căng thẳng MPA
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các siêu nhiệt và diễn tập trong các vùng nhiệt độ cao nhất, có khả năng chịu được nhiệt độ cực cao và khí ăn mòn (ví dụ., lưu huỳnh- hoặc khí thải chứa clo).

1.2 Nâng cao thép không gỉ Austenitic nâng cao

Thép không gỉ austenitic phù hợp với phạm vi nhiệt độ thấp hơn một chút (600Mạnh700), Cung cấp khả năng chống ăn mòn và khả năng xử lý tốt, mặc dù khả năng chống creep của chúng kém hơn so với hợp kim dựa trên niken.

• Lớp tiêu biểu:
  • Siêu 304h (Hoa Kỳ S30432): Chứa 18CR-8NI với CU được thêm vào, NB, và N để tăng cường sức mạnh nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa.
  • HR3C (25CR-20NI-NB-N): Thép austenit-crom-crom-nickel cao với quá trình oxy hóa tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn hơi nước.
  • TP347HFG: Phiên bản hạt mịn của TP347H, với khả năng chống leo được cải thiện.
• Thành phần hóa học (Ví dụ Super 304H):

• Tính chất cơ học (Thí dụ):
  • Độ bền kéo: ≥590 MPa (nhiệt độ phòng); ≥300 MPa (700℃)
  • Mang lại sức mạnh: ≥235 MPa (nhiệt độ phòng); ≥150 MPa (700℃)
  • Cuộc sống leo: 10,000–100.000 giờ tại 700 ℃ dưới 100 Căng thẳng MPA
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các vùng nhiệt độ cao thứ cấp cho các siêu chất, Phục hồi, và đường ống hơi nước.

1.3 Thép ferritic/martensitic hợp kim cao

Những loại thép này được sử dụng trong các khu vực có nhiệt độ dưới 650 ℃, Cung cấp chi phí thấp hơn hợp kim dựa trên niken hoặc thép Austenitic, Nhưng hiệu suất của họ ở mức 700 ℃ còn hạn chế, làm cho chúng phù hợp với các vùng chuyển tiếp.

• Lớp tiêu biểu:
  • P91 (ASTM A335 P91): 9Thép CR-1MO, Thích hợp cho 600 môi650 ℃.
  • P92 (ASTM A335 P92): Thép 9CR-2W được tăng cường với W, NB, và b, Cung cấp khả năng chống leo tốt hơn p91.
  • Marbn: Một loại thép martensitic nhiễm sắc thể cao mới với 9 trận12cr và được thêm b, N, tiếp cận giới hạn 700 ℃.
• Thành phần hóa học (Ví dụ p92):

• Tính chất cơ học (Thí dụ):
  • Độ bền kéo: ≥620 MPa (nhiệt độ phòng); ≥350 MPa (650℃)
  • Mang lại sức mạnh: ≥440 MPa (nhiệt độ phòng); ≥200 MPa (650℃)
  • Cuộc sống leo: ~ 100.000 giờ tại 650 ℃ dưới 100 Căng thẳng MPA
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các đường ống hơi chính, Supereater nhiệt độ thấp hơn, hoặc diễn tập lại.

2. Cân nhắc thiết kế cho lựa chọn vật liệu

Khi thiết kế 700 ống nồi hơi USC, Lựa chọn vật chất phải cân bằng các yếu tố sau:

1. Nhiệt độ hoạt động và áp suất:
   • Các khu vực ở 700 ℃ trở lên (ví dụ., superheaters, Phục hồi) Ưu tiên hợp kim dựa trên niken (ví dụ., Inconel 740H).
   • 600Các khu vực có thể sử dụng thép không gỉ austenitic tiên tiến (ví dụ., Siêu 304h, HR3C).
   • Các vùng dưới 650 có thể sử dụng p91, P92, hoặc Marbn.
2. Khả năng chống creep:
   • Creep là chế độ thất bại chính ở 700 ℃. Hợp kim dựa trên niken và thép Austenitic nâng cao cung cấp tuổi thọ leo dài hơn đáng kể so với thép ferritic.
3. Quá trình oxy hóa và chống ăn mòn:
   • Khí thải nhiệt độ cao có chứa lưu huỳnh hoặc clo gây ra sự ăn mòn bên ngoài, Trong khi quá trình oxy hóa phía hơi nước là một mối quan tâm. Hợp kim dựa trên niken và thép austenitic nhiễm sắc thể cao (ví dụ., HR3C) Excel trong việc chống ăn mòn tro than và oxy hóa hơi nước.
4. Chi phí và khả năng xử lý:
   • Hợp kim dựa trên niken rất tốn kém và đầy thách thức để xử lý và hàn, Thích hợp cho các thành phần nhiệt độ cao quan trọng.
   • Thép không gỉ Austenitic và P91/P92 có hiệu quả hơn về chi phí và dễ dàng hơn để hàn và xử lý, Lý tưởng cho các ứng dụng rộng hơn.
5. Tính hàn:
   • Hợp kim gốc niken (ví dụ., Inconel 740H) yêu cầu các quy trình hàn chuyên dụng và vật liệu phụ.
   • thép Austenit (ví dụ., Siêu 304h) có khả năng hàn tốt nhưng yêu cầu kiểm soát vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
   • P91/p92 yêu cầu điều trị nhiệt trước và nhiệt sau khi hàn để ngăn ngừa nứt vỡ.
6. Sự ổn định lâu dài:
   • Vật liệu phải duy trì sự ổn định cấu trúc vi mô trong quá trình hoạt động ở nhiệt độ cao lâu dài, Tránh sự hình thành pha giòn (ví dụ., pha) hoặc tăng trưởng hạt.

3. Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất cho 700 ống nồi hơi USC rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất vật liệu. Các bước chính bao gồm:

• Sản xuất liền mạch: Nóng cuộn hoặc Vẽ lạnh đảm bảo các đường ống không khuyết tật mà không có sự không hoàn hảo về mối hàn.
• Xử lý nhiệt:
  • Hợp kim dựa trên niken: Giải pháp ủ (1100Mạnh1200) tiếp theo là lão hóa để tối ưu hóa các pha kết tủa (ví dụ., c’ giai đoạn).
  • Thép không gỉ Austenitic: Điều trị giải pháp (1050Mạnh1150) để ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt.
  • Thép Ferritic/Martensitic: Bình thường hóa (1050Mạnh1100) và ủ (750Mùi800) Để ổn định cấu trúc martensitic.
• Xử lý bề mặt: Bắn nổ hoặc ngâm để loại bỏ quy mô oxit và tăng cường khả năng chống ăn mòn.
• Quản lý chất lượng:
  • Phân tích thành phần hóa học: Đảm bảo tuân thủ CR, Ni, Mo, và các thông số kỹ thuật phần tử khác.
  • Bài kiểm tra cơ học: Bao gồm độ bền kéo nhiệt độ cao, leo, và kiểm tra mệt mỏi.
  • Kiểm tra không phá hủy (NDT): Kiểm tra siêu âm và X quang để phát hiện các khuyết tật nội bộ.
  • Thử nghiệm ăn mòn nhiệt độ cao: Mô phỏng tro than và môi trường hơi nước để xác minh khả năng chống ăn mòn.

4. Các trường hợp ứng dụng điển hình

• Dự án AD700 châu Âu: Sử dụng Inconel 617 và Inconel 740h cho các siêu nhân và diễn tập lại trong 700 ℃ USC SOILERS, Thể hiện sự ổn định lâu dài.
• Chương trình A-usc Nhật Bản: Sử dụng HR3C và Super 304h cho các siêu nhân, kết hợp với p92 cho các vùng nhiệt độ thấp hơn, đạt được hiệu quả cao và khí thải thấp.
• Nhà máy điện USC Trung Quốc: Một số nhà máy sử dụng HR3C và P92, với hợp kim dựa trên niken (ví dụ., Inconel 740H) dần dần được thông qua.

5. Phần kết luận

Thiết kế 700 ống nồi hơi áp suất cao siêu âm chủ yếu dựa vào các vật liệu sau đây:

• Hợp kim dựa trên niken (ví dụ., Inconel 740H, 617): Lý tưởng cho các vùng nhiệt độ cao nhất (≥700), Cung cấp khả năng chống creep và ăn mòn tốt nhất nhưng với chi phí cao.
• Nâng cao thép không gỉ Austenitic nâng cao (ví dụ., Siêu 304h, HR3C): Thích hợp cho 600 Vang700 ℃, Cung cấp sự cân bằng hiệu quả về chi phí với khả năng chống oxy hóa tốt.
• Thép ferritic/martensitic hợp kim cao (ví dụ., P91, P92): Được sử dụng trong các khu vực dưới 650 ℃, Hiệu quả về chi phí nhưng hạn chế trong hiệu suất nhiệt độ cao.

Lựa chọn vật liệu nên xem xét nhiệt độ cụ thể, áp lực, môi trường ăn mòn, và hạn chế chi phí. Các quy trình sản xuất nghiêm ngặt và kiểm soát chất lượng là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất của đường ống. Hợp kim dựa trên niken là xu hướng trong tương lai cho 700 ℃ trở lên, Trong khi thép không gỉ Austenitic và thép martensitic tăng cường vẫn rất quan trọng đối với các vùng chuyển tiếp.