1. Matériaux couramment utilisés

Les tuyaux de chaudière USC utilisent généralement alliages avancés à base de nickel, aciers inoxydables austénitiques, ou Affiers ferritiques / martensitiques élevés. Le choix des matériaux dépend des conditions de fonctionnement des composants tels que les surchauffeurs ou les réchauffeurs. Voici les matériaux typiques utilisés.

1.1 Alliages à base de nickel

Les alliages à base de nickel sont le choix préféré pour les tuyaux de chaudière USC 700 ℃ en raison de leur force supérieure, résistance à l'oxydation, et résistance à la corrosion à des températures élevées.

• Grades typiques:
  • Inconel 617 (US N06617): Contient le nickel, chrome, cobalt, et molybdène, Convient pour 700 ℃ et plus, avec une excellente résistance au fluage et une résistance à l'oxydation.
  • Inconel 740 / 740H: Spécialement conçu pour les chaudières USC, contenant du nickel, chrome, cobalt, et titane, Offrant une résistance et une résistance à la corrosion à forte fluage de fluage.
  • Alliage 263: Convient aux hautes températures, environnements à haute pression, en particulier pour les structures soudées.
• Composition chimique (Exemple Inconel 740H):

• Propriétés mécaniques (Exemple):
  • Résistance à la traction: ≥1000 MPa (température ambiante); ≥600 MPa (700℃)
  • Limite d’élasticité: ≥700 MPa (température ambiante); ≥400 MPa (700℃)
  • Vie de rampe: ≥ 100 000 heures à 700 ℃ sous 100 Stress MPA
• Applications: Utilisé dans les surchauffeurs et les réchauffeurs dans les zones de température les plus élevées, capable de résister à une chaleur extrême et à des gaz corrosifs (par exemple., soufre- ou gaz de combustion contenant du chlore).

1.2 Aciers inoxydables austénitiques avancés

Les aciers inoxydables austénitiques conviennent aux gammes de température légèrement inférieures (600–700 ℃), Offrir une bonne résistance et une procédabilité à la corrosion, Bien que leur résistance au fluage soit inférieure aux alliages à base de nickel.

• Grades typiques:
  • Super 304H (US S30432): Contient 18CR-8NI avec CU ajouté, N.-b., et n pour une résistance accrue à haute température et une résistance à l'oxydation.
  • HR3C (25Cr-20ni-nb-n): Acier austénitique à haut chrome-nickel avec une excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion à la vapeur.
  • TP347HFG: Version à grain fin de TP347H, avec une résistance au fluage améliorée.
• Composition chimique (Exemple Super 304H):

• Propriétés mécaniques (Exemple):
  • Résistance à la traction: ≥590 MPa (température ambiante); ≥300 MPa (700℃)
  • Limite d’élasticité: ≥235 MPa (température ambiante); ≥150 MPa (700℃)
  • Vie de rampe: 10,000–100 000 heures à 700 ℃ sous 100 Stress MPA
• Applications: Utilisé dans les zones secondaires à haute température pour les surchauts, réchauffeurs, et pipelines à vapeur.

1.3 Affiers ferritiques / martensitiques élevés

Ces aciers sont utilisés dans des zones à températures inférieures à 650 ℃, Offrir des coûts plus bas que les alliages à base de nickel ou les aciers austénitiques, Mais leur performance à 700 ℃ est limitée, les rendre adaptés aux zones de transition.

• Grades typiques:
  • P91 (ASTM A335 P91): 9CR-1mo Steel, Convient pour 600–650 ℃ Environnements.
  • P92 (ASTM A335 P92): Acier 9CR-2W amélioré avec w ajouté, N.-b., et b, offrant une meilleure résistance au fluage que P91.
  • Marb: Un nouvel acier martensitique à chrome élevé avec 9 à 12cr et ajouté b, N, approchant la limite de 700 ℃.
• Composition chimique (Exemple P92):

• Propriétés mécaniques (Exemple):
  • Résistance à la traction: ≥620 MPa (température ambiante); ≥350 MPa (650℃)
  • Limite d’élasticité: ≥440 MPa (température ambiante); ≥200 MPa (650℃)
  • Vie de rampe: ~ 100 000 heures à 650 ℃ sous 100 Stress MPA
• Applications: Utilisé dans les pipelines de vapeur principaux, Superhearcheurs à basse température, ou réchauffeurs.

2. Considérations de conception pour la sélection des matériaux

Lors de la conception de 700 ℃ tuyaux de chaudière USC, La sélection des matériaux doit équilibrer les facteurs suivants:

1. Température et pression de fonctionnement:
   • Zones à 700 ℃ et plus (par exemple., surchauffeurs, réchauffeurs) prioriser les alliages à base de nickel (par exemple., Inconel 740h).
   • 600–700 ℃ Les zones peuvent utiliser des aciers inoxydables austénitiques avancés (par exemple., Super 304H, HR3C).
   • Les zones inférieures à 650 ℃ peuvent utiliser P91, P92, ou Marbn.
2. Résistance au fluage:
   • Le fluage est le mode de défaillance primaire à 700 ℃. Les alliages à base de nickel et les aciers austénitiques avancés offrent une durée de vie de fluage beaucoup plus longue que les aciers ferritiques.
3. Résission d'oxydation et de corrosion:
   • Les gaz de combustion à haute température contenant du soufre ou du chlore provoquent une corrosion externe, tandis que l'oxydation du côté à la vapeur est une préoccupation. Alliages à base de nickel et aciers austénitiques à haut chrome (par exemple., HR3C) Excel pour résister à la corrosion des cendres de charbon et à l'oxydation de la vapeur.
4. Coût et transformation:
   • Les alliages à base de nickel sont coûteux et difficiles à traiter et à souder, adapté aux composants critiques à haute température.
   • Les aciers inoxydables austénitiques et P91 / P92 sont plus rentables et plus faciles à souder et à traiter, Idéal pour des applications plus larges.
5. Soudabilité:
   • Alliages à base de nickel (par exemple., Inconel 740h) nécessitent des processus de soudage spécialisés et des matériaux de remplissage.
   • Les austénitiques (par exemple., Super 304H) avoir une bonne soudabilité mais nécessitent un contrôle de la zone touchée par la chaleur.
   • P91 / P92 nécessite un préchauffage strict et un traitement thermique après le soudure pour empêcher la fissuration.
6. Stabilité à long terme:
   • Les matériaux doivent maintenir la stabilité microstructurale pendant le fonctionnement à long terme à haute température, Éviter la formation de phase fragile (par exemple., phase σ) ou croissance des grains.

3. Procédé de fabrication

Le processus de fabrication pour 700 ℃ Les tuyaux de chaudière USC sont essentiels pour garantir les performances des matériaux. Les étapes clés comprennent:

• Fabrication sans couture: Le roulement chaud ou le dessin à froid assure des tuyaux sans défaut sans imperfections de soudure.
• Traitement thermique:
  • Alliages à base de nickel: Recuit de solution (1100–1200 ℃) suivi du vieillissement pour optimiser les phases précipitées (par exemple., c’ phase).
  • Aciers inoxydables austénitiques: Traitement de la solution (1050–1150 ℃) Pour éviter la corrosion intergranulaire.
  • Affiers ferritiques / martensitiques: Normalisant (1050–1100 ℃) et la température (750–800 ℃) pour stabiliser la structure martensitique.
• Traitement de surface: Fichage ou décapage pour éliminer l'échelle de l'oxyde et améliorer la résistance à la corrosion.
• Contrôle de qualité:
  • Analyse de la composition chimique: Assure la conformité avec CR, Ni, mois, et d'autres spécifications d'élément.
  • Essais mécaniques: Comprend une traction à haute température, ramper, et tests de fatigue.
  • Contrôle non destructif (ESSAI NON DESTRUCTIF): Tests ultrasoniques et radiographiques pour détecter les défauts internes.
  • Tests de corrosion à haute température: Simule les environnements de cendres de charbon et de vapeur pour vérifier la résistance à la corrosion.

4. Cas de demande typiques

• Projet européen AD700: Utilisé un inconvénient 617 et Inconel 740h pour les surchauffeurs et les réchauffeurs dans 700 ℃ USC chaudières, démontrer la stabilité à long terme.
• Programme Japon A-USH: Employé HR3C et Super 304H pour les surhumatrices, combiné avec p92 pour les zones à basse température, réaliser une grande efficacité et des émissions faibles.
• Centrales électriques de l'USC en Chine: Certaines plantes utilisent HR3C et P92, avec des alliages à base de nickel (par exemple., Inconel 740h) à progressivement adopté.

5. Conclusion

La conception de 700 ℃ Les tuyaux de chaudière à haute pression ultra-supercritiques s'appuient principalement sur les matériaux suivants:

• Alliages à base de nickel (par exemple., Inconel 740h, 617): Idéal pour les zones de température la plus élevée (≥ 700 ℃), offrant la meilleure résistance au fluage et à la corrosion mais à un coût élevé.
• Aciers inoxydables austénitiques avancés (par exemple., Super 304H, HR3C): Convient pour 600–700 ℃ zones, fournir un équilibre rentable avec une bonne résistance à l'oxydation.
• Affiers ferritiques / martensitiques élevés (par exemple., P91, P92): Utilisé dans les zones inférieures à 650 ℃, rentable mais limité en performance à haute température.

La sélection des matériaux doit considérer la température spécifique, pression, environnement corrosif, et contraintes de coût. Les processus de fabrication rigoureux et le contrôle de la qualité sont essentiels pour garantir les performances des tuyaux. Les alliages à base de nickel sont la tendance future pour 700 ℃ et au-dessus des chaudières USC, tandis que les aciers inoxydables austénitiques et les aciers martensitiques améliorés restent essentiels pour les zones de transition.