1. Häufig verwendete Materialien

USC -Kesselrohre beschäftigen sich normalerweise Fortgeschrittene Nickel-Legierungen, Austenitische rostfreie Stähle, oder hochglosen ferritische/martensitische Stähle. Die materielle Auswahl hängt von den Betriebsbedingungen von Komponenten wie Überhitzern oder Röhren ab. Unten finden Sie die typischen verwendeten Materialien.

1.1 Nickelbasierte Legierungen

Nickelbasierte Legierungen sind die bevorzugte Wahl für 700 ℃ USC-Kesselrohre aufgrund ihrer überlegenen Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit, und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

• Typische Noten:
  • Inconel 617 (UNS N06617): Enthält Nickel, Chrom, Kobalt, und Molybdän, geeignet für 700 ℃ und höher, mit ausgezeichneter Kriechbeständigkeit und Oxidationsresistenz.
  • Inconel 740/740H: Speziell für USC -Kessel ausgelegt, Nickel enthält, Chrom, Kobalt, und Titan, Bieten Sie hohe Kriechstärke und Resistenz gegen Kohleaschekorrosion.
  • Legierung 263: Geeignet für hohe Temperaturen, Hochdruckumgebungen, insbesondere für geschweißte Strukturen.
• Chemische Zusammensetzung (Inconel 740H Beispiel):

• Mechanische Eigenschaften (Beispiel):
  • Zerreißfestigkeit: ≥1000 MPa (Raumtemperatur); ≥ 600 MPa (700℃)
  • Streckgrenze: ≥ 700 MPa (Raumtemperatur); ≥ 400 MPa (700℃)
  • Kriechleben: ≥ 100.000 Stunden bei 700 ° C unter 100 MPA -Stress
• Anwendungen: Wird in Superhitzern und Röhren in den höchsten Temperaturzonen verwendet, in der Lage, extreme Wärme und korrosive Gase standzuhalten (z.B., Schwefel- oder Chlor-haltige Rauchgase).

1.2 Fortgeschrittene Austenitische Edelstähle

Austenitische Edelstähle sind für etwas niedrigere Temperaturbereiche geeignet (600–700 ℃), gute Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit bieten, Obwohl ihr Kriechwiderstand den Nickel-basierten Legierungen unterlegen ist.

• Typische Noten:
  • Super 304H (UNS S30432): Enthält 18CR-8ni mit zusätzlicher cu, NB, und n für verstärkte Hochtemperaturstärke und Oxidationsresistenz.
  • HR3C (25Cr-20ni-nb-n): Hochchrom-Nickel-Austenitischer Stahl mit ausgezeichneter Oxidation und Dampfkorrosionsbeständigkeit.
  • TP347HFG: Feinkörnige Version von TP347H, mit verbessertem Kriechwiderstand.
• Chemische Zusammensetzung (Super 304H Beispiel):

• Mechanische Eigenschaften (Beispiel):
  • Zerreißfestigkeit: ≥590 MPa (Raumtemperatur); ≥ 300 MPa (700℃)
  • Streckgrenze: ≥235 MPa (Raumtemperatur); ≥150 MPa (700℃)
  • Kriechleben: 10,000–100.000 Stunden bei 700 ℃ unter 100 MPA -Stress
• Anwendungen: Wird in sekundären Hochtemperaturzonen für Superheimen verwendet, Reher, und Dampfpipelines.

1.3 Hochglosen ferritische/martensitische Stähle

Diese Stähle werden in Bereichen mit Temperaturen unter 650 ℃ verwendet, niedrigere Kosten bieten als Nickelbasis Legierungen oder austenitische Stähle, aber ihre Leistung bei 700 ° C ist begrenzt, sie für Übergangszonen geeignet machen.

• Typische Noten:
  • P91 (ASTM A335 P91): 9CR-1MO-Stahl, Geeignet für 600–650 ℃ Umgebungen.
  • P92 (ASTM A335 P92): Verbesserter 9CR-2W-Stahl mit zusätzlichem W, NB, und b, Bessere Kriechwiderstand bieten als P91.
  • Marbn: Ein neuer martensitischer Stahl mit hohem Chromium mit 9–12CR und b fügte B hinzu, n, Annäherung an 700 ℃ Grenze.
• Chemische Zusammensetzung (P92 Beispiel):

• Mechanische Eigenschaften (Beispiel):
  • Zerreißfestigkeit: ≥ 620 MPa (Raumtemperatur); ≥350 MPa (650℃)
  • Streckgrenze: ≥440 MPa (Raumtemperatur); ≥200 MPa (650℃)
  • Kriechleben: ~ 100.000 Stunden bei 650 ℃ unter 100 MPA -Stress
• Anwendungen: Wird in Hauptdampfpipelines verwendet, Überhitzer mit niedrigerer Temperatur, oder Reher.

2. Konstruktionsüberlegungen für die Materialauswahl

Beim Entwerfen von 700 ° C -Kesselrohren, Die Materialauswahl muss die folgenden Faktoren ausgleichen:

1. Betriebstemperatur und Druck:
   • Zonen bei 700 ℃ und höher (z.B., Überhitzer, Reher) Priorisieren Sie Nickel-basierte Legierungen (z.B., Inconel 740H).
   • 600–700 ℃ Zonen können fortschrittliche austenitische Edelstähle verwenden (z.B., Super 304H, HR3C).
   • Zonen unter 650 ℃ können P91 verwenden, P92, oder Marbn.
2. Kriechwiderstand:
   • Creep ist der primäre Fehlermodus bei 700 ℃. Nickelbasierte Legierungen und fortschrittliche austenitische Stähle bieten eine deutlich längere Kriechlebensdauer als ferritische Stähle.
3. Oxidation und Korrosionsbeständigkeit:
   • Hochtemperatur-Rauchgase, die Schwefel oder Chlor enthalten, verursachen äußere Korrosion, Während die Dampf-Oxidation ein Problem ist. Legierungen auf Nickelbasis und hohe Chrom-Austenit-Stähle (z.B., HR3C) Excel bei der Widerstand gegen Kohleaschekorrosion und Dampfoxidation.
4. Kosten und Verarbeitbarkeit:
   • Nickelbasierte Legierungen sind teuer und herausfordernd zu verarbeiten und zu schweißen, Geeignet für kritische Hochtemperaturkomponenten.
   • Austenitische Edelstähle und P91/P92 sind kostengünstiger und leichter zu schweißen und zu verarbeiten, Ideal für breitere Anwendungen.
5. Schweißbarkeit:
   • Legierungen auf Nickelbasis (z.B., Inconel 740H) Erfordern Sie spezielle Schweißverfahren und Füllstoffmaterialien.
   • austenitischen Stählen (z.B., Super 304H) eine gute Schweißbarkeit haben, aber die Kontrolle über die Wärmezone erfordern.
   • P91/P92 erfordern strikte Vorheizungs- und Wärmebehandlung nach der Scheibe, um Risse zu verhindern.
6. Langfristige Stabilität:
   • Die Materialien müssen die Mikrostrukturstabilität während des langfristigen Hochtemperaturbetriebs aufrechterhalten, Vermeiden Sie die Bildung von Sprödungsphasen (z.B., σ -Phase) oder Kornwachstum.

3. Herstellungsprozess

Der Herstellungsprozess für 700 ℃ USC -Kesselrohre ist entscheidend für die Gewährleistung der Materialleistung. Zu den wichtigsten Schritten gehören:

• Nahtlose Fertigung: Heißes Roll- oder Kaltzeichnung sorgt für fehlerfreie Rohre ohne Schweißmängel.
• Wärmebehandlung:
  • Nickelbasierte Legierungen: Lösung Glühen (1100–1200 ℃) gefolgt von Altern, um Niederschlagsphasen zu optimieren (z.B., C’ Phase).
  • Austenitische Edelstähle: Lösungsbehandlung (1050–1150 ℃) um intergranuläre Korrosion zu verhindern.
  • Ferritische/martensitische Stähle: Normalisieren (1050–1100 ℃) und Temperierung (750–800 ℃) die martensitische Struktur zu stabilisieren.
• Oberflächenbehandlung: Schusssprengung oder -urking, um die Oxidskala zu entfernen und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
• Isolierrohr:
  • Analyse der chemischen Zusammensetzung: Sorgt für die Einhaltung von CR, NI, Mo, und andere Elementspezifikationen.
  • Mechanische Prüfung: Beinhaltet Hochtemperaturzug, kriechen, und Ermüdungstests.
  • Zerstörungsfreie Prüfung (NDT): Ultraschall- und Röntgenuntersuchungen zur Erkennung interner Defekte.
  • Hochtemperatur-Korrosionstests: Simuliert Kohleasche und Dampfumgebungen, um den Korrosionsbeständigkeit zu überprüfen.

4. Typische Anwendungsfälle

• Europäisches AD700 -Projekt: Verwendung von Inconel 617 und Inconel 740H für Superhitzer und Röhren in 700 ℃ USC -Kesseln, Langzeitstabilität nachweisen.
• Japan A-USC-Programm: Beschäftigte HR3C und Super 304H für Superhitzer, kombiniert mit P92 für niedrigere Temperaturzonen, hohe Effizienz und niedrige Emissionen erreichen.
• China USC -Kraftwerke: Einige Pflanzen verwenden HR3C und P92, mit Nickelbasis Legierungen (z.B., Inconel 740H) allmählich adoptiert werden.

5. Der Vergleich zwischen den Kriechversuchsdaten und den Simulationsergebnissen bei drei verschiedenen Temperaturen ist in dargestellt

Das Design von 700 ° C-superkritischen Hochdruckkesselrohren basiert hauptsächlich auf folgenden Materialien:

• Nickelbasierte Legierungen (z.B., Inconel 740H, 617): Ideal für die höchsten Temperaturzonen (≥ 700 ℃), Bieten Sie den besten Kriech- und Korrosionsbeständigkeit, aber zu hohen Kosten.
• Fortgeschrittene Austenitische Edelstähle (z.B., Super 304H, HR3C): Geeignet für 600–700 ℃ Zonen, Bereitstellung eines kostengünstigen Gleichgewichts mit guter Oxidationsresistenz.
• Hochglosen ferritische/martensitische Stähle (z.B., P91, P92): Wird in Zonen unter 650 ℃ verwendet, kostengünstige, aber begrenzte Hochtemperaturleistung.

Die Materialauswahl sollte spezifische Temperatur berücksichtigen, Druck, Korrosionsumgebung, und Kostenbeschränkungen. Strenge Herstellungsprozesse und Qualitätskontrolle sind unerlässlich, um die Rohrleistung zu gewährleisten. Nickelbasierte Legierungen sind der zukünftige Trend für 700 ℃ und über USC-Kessel, während austenitische rostfreie Stähle und verbesserte martensitische Stähle für Übergangszonen von entscheidender Bedeutung bleiben.