對于超超臨界機組的需求TP347HFG鋼無縫鋼管不同于傳統(tǒng)TP347H,對于傳統(tǒng)的TP347H而言,其成材工藝一般采用熱軋穿孔后進行軋制變形再固溶處理即可,最終其晶粒度在4~7級晶粒大小。與之不同的是TP347HFG鋼無縫鋼管采用了1250℃以上軟化后再進行二次固溶處理的熱處理機制,生產(chǎn)工藝將高溫軟化溫度保持1250℃以上,由于在熱軋穿孔過程中會產(chǎn)生粗大的鈮碳氮化物,采用高溫軟化工藝可以將Nb(C/N)進一步固溶到基體中;高溫軟化后的鋼管進行軋制變形獲得所需規(guī)格產(chǎn)品的同時使得晶粒得到細化,最后為獲得理想的晶粒我們需要進行二次固溶處理,可以使晶?;貜?fù)到7~10級晶粒大小,二次固溶不僅可以將M23C6充分固溶于基體中,而且可以使一次固溶處理時被固溶的Nb,將會以Nb(C/N)相的形式再次析出,Nb碳氮化物的存在不僅可以釘軋晶界又可以細化晶粒,Nb的大量析出一定程度上可以達到固C的作用,從而抑制M23C6析出,進而提高TP347HFG鋼抗晶間腐蝕性能。
1 簡介
TP347HFG是與TP347H成分相同、而加工制造、處理工藝不同的鉻鎳鈮奧氏體不銹鋼。日本住友是針對TP347H存在的兩個問題(一是TP347H的煙汽側(cè)在熱循環(huán)作用下會產(chǎn)生氧化層剝落、進而在彎管處產(chǎn)生阻塞導(dǎo)致過熱和失效;二是剝落的氧化物會被帶入汽輪機,使汽輪機產(chǎn)生嚴重的侵蝕)進行了改進:利用微細的鈮碳化物(NbC)的溶解和沉淀機理,采用新的、較高的固溶處理溫度的熱處理工藝使得TP347H的晶粒大大地細化。室溫、高溫力學(xué)性能與TP347H基本相同。由于該鋼是用鈮穩(wěn)定的奧氏體鋼,且晶粒明顯細化,持久強度比ASME規(guī)范的規(guī)定值高約20%,焊接性能、疲勞性能大大優(yōu)于常規(guī)的TP347H鋼管,且具有較好的抗晶間腐蝕性能、良好的組織穩(wěn)定性和更優(yōu)異的抗氧化及剝離性能,此外還具有良好的彎管性能;其綜合性能明顯優(yōu)于TP347H。高溫耐蝕性在18-8不銹鋼中是最好的。近年該鋼已經(jīng)由ASME code case 2159批準確認,列入ASME SA213,定名為TP347HFG。
2 用途
TP347HFG鋼管與TP347H一樣,主要用于制造超(超)臨界壓力參數(shù)的大型發(fā)電鍋爐的高溫過熱器、高溫再熱器、屏式過熱器的高溫段以及各種耐高溫高壓的管件等;但對于承壓部件,其最高工作溫度應(yīng)可更高;由于其綜合性能大大優(yōu)于TP347H,將來應(yīng)能得到廣泛應(yīng)用。該鋼1989年就用于日本(Chubu Electric Power Co.'s Kawagoe Power Staion的1、2號第一臺700MW、22.7MPa、566/566/566℃的超超臨界鍋爐的過熱器和再熱器材料。
3 技術(shù)要求及試驗數(shù)據(jù)
3.1 化學(xué)成分(%)
規(guī)范 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Nb |
ASME SA-213/SA-213M-2021 | 0.06-0.10 | ≤2.00 | ≤0.75 | ≤0.030 | ≤0.015 | 17-19.0 | ≥8*C-1.10 |
規(guī)范 | Ni | ||||||
ASME SA-213/SA-213M-2021 | 10.5-13.00 |
注1:鈮和鉭含量之和不應(yīng)少于碳含量的8倍,且不大于1.0%
3.2 金相組織
TP347HFG鋼管的供貨狀態(tài)為固溶處理。需經(jīng)三道工序:一是初始固溶處理(此固溶處理溫度要比最終固溶處理溫度高50℃);之后冷加工;三是在不低于1180℃溫度下進行最終固溶處理。三道工序后,金相組織應(yīng)為單一的過飽和奧氏體組織,晶粒度應(yīng)為7-10級。
3.3 力學(xué)性能
室溫力學(xué)性能
規(guī)范 | 拉伸性能(縱向) | 硬度HRB(HB) | ||
σs(MPa) | σb(MPa) | δ(%) | ||
ASME code case 2159 | ≥205 | ≥550 | ≥35 | ≤90(192) |
注1: ASME試樣,標距50mm(對縱條試驗壁厚小于8mm,每減小0.8mm時,從基本最小伸長率可減小的百分值為1.5%)。
3.4 持久強度σ(MPa)
規(guī)范 | 600℃ | 621℃ | 640℃ | 650℃ | 677℃ | 700℃ | 732℃ |
ASME code case 2159 | 131.1 | 129.5 | 109.3 | 98 | 75.1 | 58.4 | 41 |
3.5 許用應(yīng)力σ(MPa)
溫度℃ | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | 700 | 732 |
ASME code case 2159 | 90.7 | 89.9 | 89.1 | 87.8 | 83.9 | 66.2 | 51.5 | 39.1 | 27.5 |
3.6 抗氧化性及抗腐蝕性能
細晶粒的該鋼在650、700℃蒸汽抗氧化試驗表明:其蒸汽抗氧化性大大優(yōu)于常規(guī)的TP347H鋼管,且晶粒越小,抗氧化性越好;相同條件下的氧化腐蝕深度約為后者的一半。
該鋼在煤灰環(huán)境(溫度650℃,氣氛為1%的SO2+5%的O2+15%的CO2+balN2)條件下,以合成灰(1.5mol的K2SO4+1.5mol的Na2SO4+1.0mol的Fe2O3))的高溫耐腐蝕抗力試驗結(jié)果證實:其高溫耐腐蝕抗力等于或優(yōu)于常規(guī)的TP347H鋼管,且晶粒越小,高溫耐腐蝕抗力越好。
4 工藝資料
4.1 熱處理
TP347HFG鋼管的供貨狀態(tài)為固溶處理。需經(jīng)三道工序:一是初始固溶處理(此固溶處理溫度要比最終固溶處理溫度高50℃);之后冷加工;三是在不低于1180℃溫度下進行最終固溶處理。
4.2 焊接
由于該鋼晶粒細化,其焊接性能優(yōu)于常規(guī)的TP347H。熱裂敏感性試驗證實:與常規(guī)的TP347H相比,其發(fā)生的開裂少、開裂的可能性小得多。
4.2.1 同種鋼焊接
可采用手工、自動和半自動的氣體保護鎢極電弧焊(GTAW)或藥皮焊條電弧焊(SMAW);對GTAW,相應(yīng)的焊材(填充金屬)為TASETO TG347(由Nippon oil & Fats Co., Ltd制造提供)或ER347(AWS); 對SMAW,相應(yīng)的焊材(填充金屬)為TASETO RNY347或E347(AWS)。施焊時,控制層間溫度不超過150℃。焊后可采用1170-1200℃、15-30分鐘的焊后熱處理,但若能對焊接熱影響區(qū)的氯離子侵蝕問題采取適當(dāng)?shù)谋Wo措施,則可不進行焊后熱處理 。
4.2.2 異種鋼焊接
A)與T91,填充材料ERNiCr-3、不預(yù)熱/層溫(最低250℃)和焊后熱處理(700-730℃);
B)與T22,焊接材料ERNiCr-3、不預(yù)熱/層溫(最低250℃)和焊后熱處理(700-730℃)或不用焊后熱處理。
4.3 彎管
4.3.1 冷彎
該鋼冷變形后對持久強度有影響。故對彎心半徑不大于2.5DR的彎曲變形(或雖彎曲半徑達到10DR,但若產(chǎn)生較大的殘余拉伸應(yīng)力)后,所有管子均應(yīng)進行彎后固溶處理,工藝與焊后熱處理相同;如果不能對氯離子侵蝕問題采取適當(dāng)?shù)谋Wo措施,則所有彎管均要進行處理 。
4.3.2 熱彎
除非熱加工溫度控制在1170-1200℃,否則須進行重新固溶處理,以恢復(fù)其正常的持久強度性能。