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T91(P91)耐熱不銹鋼

2016-4-17 12:33:41      點擊:

T91P91)耐熱不銹鋼鋼

鋼種介紹

T91/P91是一種鐵素體耐熱鋼,由美國橡樹嶺國家實驗室在上世紀七十年代開始研究開發,并于1983 年列入ASME。我國在1995年將該鋼種納入GB 5310標準中,牌號定為10Cr9Mo1VNb

T91/P91鋼是在9Cr1Mo(T9)鋼的基礎上,采用純凈化、細晶化冶金技術,以及微合金化和控軋、控冷等工藝,開發出的新一代中合金耐熱鋼。該鋼具有較好的綜合力學性能,高溫時效后組織穩定,且焊接性能和工藝性能良好,適合于高溫受壓部件的材料。

 

常用標準

ASME   A213

鐵素體和奧氏體鍋爐過熱器

和熱交換器無縫鋼管

T91

ASME  A335

高溫管道用鐵素體無縫鋼管

P91

JIS G3462

熱交換器用合金鋼鋼管

STBA 26

GB  5310-2008

高壓鍋爐用無縫鋼管

10Cr9Mo1VNbN

(10Cr9Mo1VNb)

 

成分規范(wt%)

牌號

T91/P91

STBA 26

10Cr9Mo1VNbN

C

0.08~0.12

0.15

0.08~0.12

Si

0.20~0.50

0.25~1.00

0.20~0.50

Mn

0.30~0.60

0.30~0.60

0.30~0.60

P

0.020

0.030

0.020

S

0.010

0.030

0.010

Cr

8.00~9.50

8.00~10.00

8.00~9.50

Mo

0.85~1.05

0.90~1.10

0.85~1.05

V

0.18~0.25

0.18~0.25

Ni

0.40

0.40

Al

0.04

0.02

Nb

0.06~0.10

0.06~0.10

N

0.030~0.070

0.030~0.070

 

歷史沿革

火力發電廠為了提高熱效率,較少燃料消耗和二氧化碳的排放,最有效的手段是提高蒸汽的溫度和壓力,即超高溫高循環。更高的蒸汽參數要求在高溫下有更高強度和持久性的材料。

T91/P91鋼研發成功以前,上世紀50年代,電站鍋爐鋼管大多采用最高使用溫度580℃的鐵素體合金鋼(12Cr1MoV)和使用溫度可達700℃的奧氏體不銹鋼(TP304TP347等)。這些材料存在的問題是價格昂貴、導熱系數低、熱膨脹系數大以及應力腐蝕裂紋傾向。

到了60年代,法國開始應用可耐620℃高溫的EM12牌號,以替代過去使用的不銹鋼管。EM12作為過熱器管性能良好,可以長時間工作,但因二元結構,沖擊韌性差。

60年代末,德國開發了12%鉻鋼X20CrMoV12.1(X20)1979年正式納入DIN17175標準中。X20鋼具有更高的蠕變強度,但在溫度高于520℃時蠕變斷裂強度不及EM12,而且由于碳含量高,焊接性能差。

1974年,美國開始研究改進的9Cr-1Mo鋼種。這種鋼在593/10h條件下的持久強度達到100MPa,而且韌性也比較好。采用這種鋼,在相同的工作參數下,可以選用更小的管壁厚度。不管從技術或經濟角度看,都比EM12X20優越。進入80年代,各國普遍應用了這種T91鋼。

鋼種優勢

T91/P91鋼被高參數火力發電機組廣泛應用,是因為該鋼種的使用性能具有以下優點:

與不銹鋼相比,該鋼具有低的熱膨脹系數和良好的導熱性。

該鋼具有較高的室溫抗拉強度,δb最高達770MPa,而且塑性也較好。

該鋼的沖擊韌度和材料脆性轉變溫度明顯優于同類X20EM12鋼。

該鋼具有更高的高溫持久強度和許用應力,在550高溫經過105h運行后的高溫持久強度是T22鋼的2倍,在540610內的許用應力明顯高于T22TP304HX20鋼。

該鋼具有良好的整管彎曲加工性能。

該鋼的高溫疲勞性能優于T22TP304H鋼,高溫抗氧化性能也遠高于T22鋼。

鋼種應用

經試驗,T/P91可用于壁溫600℃以下的過熱器、再熱器管,以及壁溫600℃以下的聯箱和蒸汽管道。

T/P91研發成功后,填補了T/P22TP304H之間的空白,已廣泛應用在超(超)臨界鍋爐中低于600℃的部位用來代替TP321H

雖然T/P91的使用溫度上限只有600℃,但它的研發成功奠定了更好性能超超臨界鍋爐用鋼的研發基礎,為后來的一系列鋼種,如T/P92E911T/P122等的研發提供了基本思路。可以說,T/P91的研發成功,使火電機組技術由超臨界成熟地進入超(超)臨界。

國內應用

我國200MW300MW的老機組鍋爐大部分使用的是T2212Cr1MoV102(12CrMoWVTiB)鋼等材料,由于超高溫而造成的爆管現象較普遍,一些電廠在鍋爐改造中換成TP347HTP304H不銹鋼管,不僅成本高(TP347H的價格是T91鋼管的2),而且這類未穩定化的奧氏體鋼仍會因容易產生應力腐蝕而發生爆管。

國內的600MW機組工程,主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段的管材均選用A335 P22管材。與該材料相比,在壓力、溫度、內徑相同的情況下,主蒸汽管道及再熱熱段管道采用P91合金鋼管,壁厚可減少一半左右,管道管件如直角三通的用量可降低約65%

從性能和經濟性方面考慮,T/P91鋼是較理想的鍋爐替代材料,在我國有廣闊的應用空間。

市場參考

鍋爐鋼管因為使用環境的嚴苛,對安全性要求非常高,用戶在采購的時候通常優先考慮進口品牌。

國外生產鍋爐管的企業集中化程度較高,比較知名有德國V&M、日本住友金屬、意大利達爾明,以及威曼高登——世界上第一根P91高合金優質無縫鋼管就誕生于威曼高登公司位于美國休斯敦的工廠。

 

但近年來國內鋼管企業的生產能力也不斷提高,在P91這個鋼種上,品質已經接近于口品牌。在此基礎上,國產T/P91的價格優勢非常明顯。

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