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超超臨界火電機組用S30432(Super304H)耐熱不銹鋼管
超超臨界火電機組技術是優化中國電源結構和實現國家節能減排目標的戰略性技術。中國已形成了超超臨界火電機組的設計和制造能力,也積累了一定的使用和管理超超臨界火電機組的經驗。目前制約中國形成臨界火電機組成套技術的瓶頸問題是以鍋爐鋼、葉片鋼和轉子鋼為代表的高端耐熱鋼,其中就包括S30432(Super304H)鋼管。為實現S30432鋼管國產化,國內的冶金、機械和電力部門的研究所和企業經過十余年的聯合攻關,基本上掌握了S30432鋼管的最佳化學成分配比、最佳熱加工和熱處理工藝,已經有7家冶金企業可以批量供應高質量的S30432鋼坯和鋼管,產量將超過5000t/a。
S30432鋼是日本住友金屬公司和三菱重工在TP304H鋼的基礎上進行成分調整而研制成功的鋼號,已大量用于制造超超臨界火電機組的過熱器和再熱器,于2000年3月納入ASTMA213/A213M和ASMECodeCase2328。
在ASMECC2328-1標準范圍內對S30432鋼管的化學成分進行優化對保證產品的性能是非常關鍵的。碳含量應控制在標準范圍的下限,即應控制在0.07%~0.08%。本研究表明銅的質量分數在4.0%左右時,析出彌散效果最好,但綜合考慮熱加工性等,銅的含量控制在3.0%左右為宜。高鈮含量對晶間腐蝕具有明顯的抑制作用。此外,適當加入鉬元素對保證鋼管的綜合性能有利,加入量在0.2%~0.4%。
在ASMECC2328-1標準范圍內,S30432鋼管的晶間腐蝕問題可以通過控制化學成分和熱處理制度來避免。碳和鈮含量對晶間腐蝕性能有顯著影響。在碳的質量分數為0.58%~0.81%,鈮的質量分數為0.30%~0.70%和碳的質量分數小于等于0.11%,鈮的質量分數為0.70%范圍內固溶態大于等于1100℃,S30432鋼管不發生晶間腐蝕。按現行標準,碳和鈮的成分控制應當在碳的質量分數小于等于0.081%,鈮的質量分數為0.30%~0.60%,固溶溫度高于1100℃。
S30432鋼管的高溫處理溫度應高于1230℃,最終固溶熱處理溫度應在1140~1150℃,以保證鋼管的晶粒度大于7級。
中國冶金企業試制的S30432鋼管的各項常溫力學性能和高溫持久性能均達到了ASMECC2328-1和GB5310-2008等技術規范的要求。但是,中國制造的S30432鋼管的性能與國際先進水平相比仍有差距,還有進一步優化和提升的空間。
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