主蒸汽管道材料12Cr1MoVG與ASME SA-335 P22的對比

榮坤鵬

（中國電力工程有限公司，北京 100048）

0 引言

博茨瓦納Morupule B 4×150MW電站是由一家中國公司總承包的EPC項目,項目業主是博茨瓦納電力公司。電廠共有4臺循環流化床鍋爐, 每臺鍋爐左右側各配置了水冷包墻的外置式過熱器和再熱器。主蒸汽管道設計壓力為13.9MPa，540℃，過熱蒸汽流量520 t/h，再熱蒸汽出口壓力2.47MPa，再熱蒸汽出口溫度540℃。

主蒸汽管路材料鍋爐側使用SA-235 P91材料，汽機側使用12Cr1MoVG。業主認為12Cr1MoVG材料為非ASME或歐標材料，認為12Cr1MoV性能低于ASME SA-335 P22，甚至質疑設計選型不合格。就此,本文從材料應用、化特性和化學成分特點闡述解釋了該設計選型的材料是能滿足性能要求的[1]。

1 關于12Cr1MoVG材料和應用

12Cr1MoVG是中國國家標準GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的低合金耐熱鋼鋼管，是我國用于高壓鍋爐上的過熱器管和蒸汽管的主要鋼種。我國是50年代末60年代初根據前蘇聯12×1Mф鋼引用過來的（前蘇聯鋼號中化學元素代表：X-鉻、M-鉬、ф-釩），經過上海成套院（前身為上海汽輪機鍋爐研究所）、哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠、上海材料研究所、首都鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司等單位多年來的試驗研究、生產應用及鍋爐運行考驗，已積累了大量試驗數據，證明該鋼是一個成熟的鋼種。同時，12Cr1MoVG材料也已經在國內外很多電廠主蒸汽管道設計選型中被廣泛采用。

1.1 12Cr1MoVG的特性

該鋼具有較高的熱強性和持久塑性，生產制造工藝簡單、安全可靠。國內有不少電廠的蒸汽管道遠遠超過105小時的設計使用壽命，并仍在持續運行。國內的超超臨界機組用12Cr1MoVG鋼管做集箱體（中溫段）替代SA-335 P22鋼管（上海鍋爐廠已用，并取得了良好的效果）。

該鋼的合金元素總含量雖然在2%以下，但在580 oC的105小時的持久強度比12Cr2MoG（相當于SA-335 P22，詳見附錄A中“表1本標準規定的鋼牌號與其他相近鋼牌號對照表”，GB5310-2008）高很多。

表1 本標準規定的鋼牌號與其他相近牌號的對照表

1.2 12Cr1MoVG（GB5310）和其它材料化學成分的比較

從表2可以看出，12Cr2MoG跟SA-335 P22含有相似的化學成分，含有SA-335 P22中所有的化學成分。在SA-335 P22所含所有化學成分之外，12Cr1MoVG還含有更少的Cr和Mo，同時還含有0.15～0.30的V。

表2 12Cr1MoVG 與其它材料的化學成分比較表

1.3 12Cr1MoVG與SA-335 P22機械性能比較

從表3中可見，12Cr2MoG與SA-335 P22的高溫屈服是相同的，但12Cr1MoVG由于鋼中增加V，高溫屈服強度較高[2]。

表3 12Cr1MoVG與12Cr2MoG、SA-335 P22高溫屈服值對比

1.4 主要合金元素Cr、Mo、V對于合金耐熱鋼的作用

Cr的主要作用是提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕能力,Mo通過固溶強化來提高鋼的熱強性,V是強烈形成碳化物元素，形成比Cr的碳化物更穩定的V4C3或VC碳化物，起到沉淀強化的作用，V同時能通過細化晶粒提高鋼的強度和韌性。

下表列出一些耐熱鋼中V的含量，從表中可見，高等級的耐熱鋼中均含有與12Cr1MoVG含量相近的V，而SA-335 P22及以下較低等級的鋼中則未含有V。從上看出，P91與P9含有相似的化學成分。除V外，12Cr1MoVG與P22擁有相似的化學成分，但是他們的機械性能卻顯著不同，這是因為含有V成分在高溫時候體現的顯著作用。這意味著12Cr1MoVG或P91中的V的作用不可忽略。鋼在550℃以上時，除了固溶強化外，還要靠沉淀強化，因為高溫下V的碳化物具有更好的穩定性，要高于起固溶強化作用的其它元素的碳化物。所以，V的含量雖然不高，但對于提高材料的高溫性能具有非常重要的作用，絕不能忽略。另外，由于12Cr1MoVG總的合金元素含量更低，所以，具有更好的焊接性能[3-4]。

表4 V含量比較表

1.5 根據中國標準、ASME和EN標準，12Cr1MoVG和SA-335 P22/P91的熱處理要求對比

從表5看出，12Cr1MoVG的最終熱處理溫度是720℃～760℃，SA-335 P91是730℃～800℃，二者的熱處理要求條件一致。

表5 材料熱處理要求

2 結語

綜上，我們得到這樣結論，首先12Cr1MoVG是一種成熟的材料，并被電力行業廣泛應用。其次，12Cr1MoVG是種低合金鋼，其機械性能等于或略高于P22，尤其是使用在高溫工作條件下，這是因為微量元素V起到的作用。還有，P91和12Cr1MoVG有一樣的熱處理要求條件,二者焊接后的熱處理不存在問題[5]。

最終，經過上述詳細論證，博茨瓦納項目業主打消了疑慮，接受了我們的論證結果。