超超臨界機組鍋爐用高溫材料及其焊接技術的發展

李英河

【摘 要】在世界范圍內的超超臨界機組發展中，超超臨界機組鍋爐用耐高溫材料與該材料的具體焊接技術，決定著超超臨界機組本身的參數與性能，而想要盡可能提高超超臨界機組的性能，我們就必須對這一領域進行具體研究，在這種背景下，本文就超超臨界機組鍋爐用高溫材料及其焊接技術的發展進行了具體論述，希望能夠以此提高我國超超臨界機組的發電效能。

【關鍵詞】超超臨界機組 高溫材料 焊接技術

隨著我國經濟與社會的不斷發展，我國資源友好型社會的創建需要與民眾用電需求的提高，都在不斷催促我國進行容量大、效率高、參數高、節能性好的發電機組的研究，在這種背景下，設法提高超超臨界機組鍋爐的壓力與參數，就能夠在一定程度上滿足這一需求，但想要提高超超臨界機組鍋爐的壓力與參數，就必須設法解決超超臨界機組鍋爐用材料耐高溫、高壓以及具體的焊接問題。

1 超超臨界機組鍋爐用高溫材料的選擇發展

在世界范圍內的超超臨界機組鍋爐用高溫材料的選擇中，新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼、新型細晶奧氏體耐熱鋼以及高鉻鎳奧氏體鋼，是世界各國普遍采用的三種耐熱新鋼種，在這三種鋼種的不斷發展中，每一種鋼種都經過了不斷地改進，拿新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼為例，在近些年的發展中，T24，T91，T92，T122，SA3352，P91，P92，P122和E911，都屬于新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼這一鋼種，由此可見近些年超超臨界機組鍋爐用高溫材料的發展，筆者將在下文中對我國當下較為常用的超超臨界機組鍋爐用高溫材料進行具體描述[1]。

1.1 T91/P91

在我國當下的超超臨界機組鍋爐用高溫材料中，T91/P91鋼是一種較為常用也較為實用的新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼材料，其本身具有較好的焊接性能與工藝性能，在具體的應用中，T91/P91鋼能夠憑借自身較低的熱膨脹系數與較高的導熱系數，保證自身在650度高溫下的持久性，并在同時保證自身的耐腐蝕性。在我國，早在2009年，T91/P91鋼便已經在我國亞臨界機組的主蒸汽管道得到了應用，且取得了較好的應用效果。當下，T91/P91鋼已成為我國超超臨界機組主蒸汽管道應用最廣泛的鋼種。

1.2 T92/P92

T92/P92鋼是T91/P91鋼的進化版，相較于T91/P91鋼，T92/P92鋼具有更好的抗高溫腐蝕性能、焊接過程中也具備更好的抗裂性能，這些優勢也使得T92/P92鋼具有更為廣闊的應用前景。但由于T92/P92鋼本身的價格高昂，這就使得其本身在短時間內無法得到廣泛應用，但隨著科學技術的進一步發展，T92/P92鋼終將推動超超臨界機組鍋爐用高溫材料的再次進步[2]。

1.3 HR3C

HR3C鋼屬于新型細晶奧氏體耐熱鋼，其本身公稱成分為0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N，這種成分的構成使得HR3C鋼抗拉性能、高溫耐熱性能、抗熱蝕性能都較為優秀，特別是其本身的抗蒸汽氧化性能，使得HR3C鋼能夠得到較為廣泛的應用。在我國當下超超臨界機組鍋爐用高溫材料中，HR3C鋼常常被用各種需要耐高溫、高壓、高硫或高氯環境腐蝕的管件中。

2 超超臨界機組鍋爐用高溫材料的焊接技術

2.1 超超臨界機組鍋爐用T91/P91鋼的焊接

由于T91/P91鋼屬于新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼，這就使得在焊接過程中，T91/P91鋼較為容易因脆硬造成本身裂紋的出現，針對這種情況，焊接人員應采用銅陵工程焊接質量控制的方式，為T91/P91鋼選擇專用的焊機，并通過保證質檢員全程監督，保證T91/P91鋼焊接工作的順利進行，使其滿足超臨界機組鍋爐對耐高溫材料的要求[3]。

2.2 超超臨界機組鍋爐用T92/P92鋼的焊接

在超超臨界機組鍋爐用T92/P92鋼的焊接中，TIG/SMA焊接法是我國較常使用的焊接工藝，在具體的焊接過程中，焊接采用對接接頭，坡口采用雙形，其中將鈍邊控制在0.5mm到2mm范圍內，將坡口間隙控制在3mm到4mm范圍內。在焊接過程中，為了防止T92/P92鋼的氧化，我們需要在填充第一層焊縫時，保證氮氣對其的充分保護。需要注意的是，T92/P92鋼的焊接采用小焊接線能量，多層多道焊，并注意焊接完成后留出1到2個小時馬氏體轉變時間，以此保證T92/P92鋼焊接質量[4]。

2.3 超超臨界機組鍋爐用HR3C鋼的焊接

在HR3C鋼的焊接中，由于HR3C鋼屬于新型細晶奧氏體耐熱鋼，所以焊接人員在對HR3C鋼進行具體的焊接工作時，需要層間溫度與焊接電流進行較好的控制，為了實現這一控制，我們需要為焊接人員提供具體的測溫設備，同時保證焊接時環境與工件溫度不低于20℃。在具體的焊接過程中，焊接人員需要采用小規模焊接工藝，通過對電流、電壓、焊接速度的精準控制，保證焊縫韌性。需要注意的是，在焊接結束后，如果環境溫度高于20℃，焊接人員可以進行空冷，而如果環境溫度低于20℃，焊接人員就需要通過氧乙炔火焰將焊件加熱到150℃，進行5分鐘的緩冷。

3 結語

綜上所述，在我國近些年超超臨界機組鍋爐用耐高溫材料與該材料的具體焊接技術發展中，二者都得到了較為長足的進步，本文對這一進步的一部分內容進行了詳細描述，希望能夠以此推動我國超超臨界機組的進一步發展。

參考文獻：

[1]劉定平.超（超）臨界電站鍋爐氧化皮生成剝落機理及其防爆關鍵技術研究[D].華南理工大學，2012.

[2]林富生，謝錫善，趙雙群，董建新.我國700℃超超臨界鍋爐過熱器管用高溫合金選材探討[J].動力工程學報，2011，12：960-968.

[3]林俊濱.超（超）臨界鍋爐高溫管內氧化皮形成機理及堵塞規律研究[D].華南理工大學，2010.

[4]遲成宇，于鴻垚，謝錫善.世界700℃等級先進超超臨界電站關鍵高溫材料[J].世界鋼鐵，2013，02：42-59+63.