700 ℃ ultra-süpritik yüksek basınçlı kazan borusu için malzeme tasarımı

700 ℃ ultra-süpritik yüksek basınçlı kazan boruları için malzeme tasarımı

Ultra (USC) yüksek basınçlı kazan boruları 700 ℃ Operasyon için tasarlanmıştır, aşırı sıcaklıklara ve basınçlara dayanmalıdır (tipik olarak aşan 27.5 MPA ve 700 ℃ veya daha yüksek seviyeye varıyor). Bu malzemeler istisnai gerektirir yüksek sıcaklık dayanımı, oksidasyon direnci, korozyon direnç, ve sürünme direnci. Aşağıda 700 ℃ USC Kazan Boruları Tasarlamak İçin Yaygın Kullanılan Malzemelere Genel Bakış, özellikleri, ve temel düşünceler.

1. Yaygın olarak kullanılan malzemeler

USC kazan boruları tipik olarak Gelişmiş nikel bazlı alaşımlar, Östenitik paslanmaz çelikler, veya Yüksek Alaşım Ferritik/Martensitik Çelikler. Malzeme seçimi, süper bindiriciler veya REOTEERS gibi bileşenlerin çalışma koşullarına bağlıdır.. Aşağıda kullanılan tipik malzemeler.

1.1 Nikel Esaslı Alaşımlar

Nikel bazlı alaşımlar, üstün mukavemetleri nedeniyle 700 ℃ USC kazan boruları için tercih edilen seçimdir, oksidasyon direnci, ve yüksek sıcaklıklarda korozyon direnci.

Tipik notlar:
- İnkonel 617 (US N06617): Nikel içerir, krom, kobalt, ve molibden, 700 ℃ ve üstü için uygun, Mükemmel sürünme direnci ve oksidasyon direnci ile.
- Inconel 740/740H: Özellikle USC kazanları için tasarlanmıştır, nikel içeren, krom, kobalt, ve titanyum, Yüksek sürünme gücü ve kömür külü korozyonuna karşı direnç sunmak.
- alaşım 263: Yüksek sıcaklığa uygun, Yüksek basınçlı ortamlar, özellikle kaynaklı yapılar için.
Kimyasal bileşimi (Inconel 740H Örneği):

eleman	Ni	CR	eş	sen	NB	Ti	Al	Fe	Diğerleri
İçerik (%)	Denge	24.0–26.0	19.0–21.0	0.1–0.5	1.5–2.5	1.4–2.0	1.2–1.8	≤2.0	Küçük c, Si, vb.

Mekanik Özellikler (Örnek):
- Çekme dayanımı: ≥1000 MPa (oda sıcaklığı); ≥600 MPa (700℃)
- Verim gücü: ≥700 MPa (oda sıcaklığı); ≥400 MPa (700℃)
- Sürünme Hayatı: 700 ℃ altında ≥100.000 saat 100 MPA stresi
Uygulamalar: En yüksek sıcaklık bölgelerindeki süper binalarda ve ristanetlerde kullanılır, aşırı ısı ve aşındırıcı gazlara dayanabilir (Örneğin., kükürt- veya klor içeren baca gazları).

1.2 Gelişmiş östenitik paslanmaz çelikler

Östenitik paslanmaz çelikler biraz daha düşük sıcaklık aralıkları için uygundur (600–700 ℃), İyi korozyon direnci ve işlenebilirlik sunmak, Sürünme dirençleri nikel bazlı alaşımlardan daha düşük olmasına rağmen.

Tipik notlar:
- Süper 304h (ABD S30432): Eklenen Cu ile 18CR-8NI içerir, NB, ve gelişmiş yüksek sıcaklık mukavemeti ve oksidasyon direnci için.
- HR3C (25CR-20NI-NB-N): Mükemmel oksidasyon ve buhar korozyon direnci ile yüksek krom-nikel östenitik çelik.
- TP347HFG: TP347H'nin ince taneli versiyonu, Geliştirilmiş sürünme direnci ile.
Kimyasal bileşimi (Süper 304H Örneği):

eleman	C	CR	Ni	Cu	NB	n	MN	Si	P	S
İçerik (%)	0.07–0.13	17.0–19.0	7.5–10.5	2.5–3.5	0.3–0.6	0.05–0.12	≤1.0	≤0.3	≤0.04	≤0,01

Mekanik Özellikler (Örnek):
- Çekme dayanımı: ≥590 MPa (oda sıcaklığı); ≥300 MPa (700℃)
- Verim gücü: ≥235 MPa (oda sıcaklığı); ≥150 MPa (700℃)
- Sürünme Hayatı: 10,000–100.000 saat 700 ℃ 100 MPA stresi
Uygulamalar: Süper tabakalar için ikincil yüksek sıcaklık bölgelerde kullanılır, risıklar, ve buhar boru hatları.

1.3 Yüksek Alaşım Ferritik/Martensitik Çelikler

Bu çelikler, sıcaklıkların 650 ℃ altında olan alanlarda kullanılır, Nikel bazlı alaşımlardan veya östenitik çeliklerden daha düşük maliyetler sunar, Ancak 700'deki performansları sınırlı, onları geçiş bölgeleri için uygun hale getirmek.

Tipik notlar:
- P91 (ASTM A335 P91): 9CR-1MO çeliği, 600-650 ℃ ortamlar için uygun.
- P92 (ASTM A335 P92): Eklenen W ile Geliştirilmiş 9CR-2W Çelik, NB, ve b, P91'den daha iyi sürünme direnci sunuyor.
- Marbn: 9-12cr ile yeni bir yüksek krom-krom martensitik çelik ve b eklendi, n, 700 ℃ sınırına yaklaşmak.
Kimyasal bileşimi (P92 Örneği):

eleman	C	CR	sen	W	V	NB	B	n	MN	Si
İçerik (%)	0.07–0.13	8.5–9.5	0.3–0.6	1.5–2.0	0.15–0.25	0.04–0.09	0.001–0.006	0.03–0.07	0.3–0.6	≤0.5

Mekanik Özellikler (Örnek):
- Çekme dayanımı: ≥620 MPa (oda sıcaklığı); ≥350 MPa (650℃)
- Verim gücü: ≥440 MPa (oda sıcaklığı); ≥200 MPa (650℃)
- Sürünme Hayatı: 650 ℃ altında ~ 100.000 saat 100 MPA stresi
Uygulamalar: Ana buhar boru hatlarında kullanılır, Alt sıcaklık süper binekleri, veya REGENTERS.

2. Malzeme seçimi için tasarım hususları

700 ℃ USC kazan boruları tasarlarken, Malzeme seçimi aşağıdaki faktörleri dengelemelidir:

Çalışma sıcaklığı ve basıncı:
- 700 ℃ ve üstü bölgeler (Örneğin., Süperısıtıcılar, risıklar) Nikel bazlı alaşımlara öncelik ver (Örneğin., Inconel 740H).
- 600–700 ℃ bölgeler gelişmiş östenitik paslanmaz çelikler kullanabilir (Örneğin., Süper 304h, HR3C).
- 650'nin altındaki bölgeler p91 kullanabilir, P92, veya Marbn.
Sürünme direnci:
- Sürünme, 700 ℃ 'de birincil arıza modudur. Nikel bazlı alaşımlar ve gelişmiş östenitik çelikler, ferritik çeliklerden önemli ölçüde daha uzun sürünme ömrü sunar.
Oksidasyon ve korozyon direnci:
- Kükürt veya klor içeren yüksek sıcaklık baca gazları dış korozyona neden olur, Buhar tarafı oksidasyonu bir endişe. Nikel bazlı alaşımlar ve yüksek krom karmaşık östenitik çelikler (Örneğin., HR3C) Kömür külü korozyonuna ve buhar oksidasyonuna direnmede mükemmel.
Maliyet ve İşlenebilirlik:
- Nikel bazlı alaşımlar pahalı ve işlemek ve kaynak yapmak zordur, Kritik yüksek sıcaklık bileşenleri için uygun.
- Östenitik paslanmaz çelikler ve P91/P92 daha uygun maliyetlidir ve kaynak yapılması ve işlenmesi daha kolaydır, Daha geniş uygulamalar için ideal.
Kaynaklanabilirlik:
- Nikel bazlı alaşımlar (Örneğin., Inconel 740H) Özel kaynak işlemleri ve dolgu malzemeleri gerektirir.
- östenitik çelikler (Örneğin., Süper 304h) İyi kaynak kabiliyetine sahip olmakla birlikte, ısıldan etkilenen bölgenin kontrolünü gerektirir.
- P91/P92, çatlamayı önlemek için katı ön ısıtma ve kaynak sonrası ısıl işlem gerektirir.
Uzun vadeli istikrar:
- Malzemeler, uzun süreli yüksek sıcaklık çalışması sırasında mikroyapısal stabiliteyi korumalıdır, kırılgan faz oluşumundan kaçınmak (Örneğin., σ fazı) veya tahıl büyümesi.

3. Üretim süreci

700 ℃ USC kazan boruları için üretim süreci, malzeme performansını sağlamak için kritik öneme sahiptir.. Anahtar adımlar içerir:

Sorunsuz üretim: Sıcak haddeleme veya soğuk çizim, kaynak kusurları olmadan kusursuz boruları sağlar.
Isı tedavisi:
- Nikel Esaslı Alaşımlar: Çözüm tavlama (1100–1200 ℃) çökelti fazlarını optimize etmek için yaşlanma (Örneğin., C’ faz).
- Östenitik Paslanmaz Çelikler: Çözüm tedavisi (1050–1150 ℃) büyük korozyonu önlemek için.
- Ferritik/Martensitik Çelikler: Normalleştirme (1050–1100 ℃) ve temperleme (750–800 ℃) Martensitik yapıyı stabilize etmek.
Yüzey İşlem: Oksit ölçeğini gidermek ve korozyon direncini arttırmak için atış patlaması veya turşu.
yalıtım borusu:
- Kimyasal bileşim analizi: CR ile uyum sağlamayı sağlar, Ni, sen, ve diğer öğe özellikleri.
- Mekanik Testler: Yüksek sıcaklık gerilme içerir, sürünme, ve yorgunluk testleri.
- Tahribatsız test (NDT): İç kusurları tespit etmek için ultrasonik ve radyografik testler.
- Yüksek sıcaklık korozyon testi: Korozyon direncini doğrulamak için kömür külü ve buhar ortamlarını simüle eder.

4. Tipik uygulama durumları

Avrupa AD700 Projesi: İnconel kullanıldı 617 ve 700 ℃ USC Kazanında Süper Yardımcılar ve Raporlar için Inconel 740H, Uzun süreli istikrarı göstermek.
Japonya A-USC programı: Süper halkalar için HR3C ve Super 304h kullanılmıştır, düşük sıcaklık bölgeleri için P92 ile birlikte, yüksek verimlilik ve düşük emisyon elde etmek.
Çin USC enerji santralleri: Bazı bitkiler HR3C ve P92 kullanır, Nikel bazlı alaşımlarla (Örneğin., Inconel 740H) Yavaş yavaş benimseniyor.

5. Sonuç

700 ℃ ultra-süpritik yüksek basınçlı kazan borularının tasarımı öncelikle aşağıdaki malzemelere dayanmaktadır.:

Nikel Esaslı Alaşımlar (Örneğin., Inconel 740H, 617): En yüksek sıcaklık bölgeleri için ideal (≥700 ℃), En iyi sürünme ve korozyon direncini sunmak ancak yüksek maliyetle.
Gelişmiş östenitik paslanmaz çelikler (Örneğin., Süper 304h, HR3C): 600-700 ℃ bölgeler için uygun, İyi oksidasyon direnci ile uygun maliyetli bir denge sağlamak.
Yüksek Alaşım Ferritik/Martensitik Çelikler (Örneğin., P91, P92): 650'nin altındaki bölgelerde kullanılır ℃, Maliyet etkin ancak yüksek sıcaklık performansı ile sınırlı.

Malzeme seçimi belirli sıcaklığı göz önünde bulundurmalıdır, basınç, korozyon ortamı, ve maliyet kısıtlamaları. Boru performansını sağlamak için titiz üretim süreçleri ve kalite kontrolü gereklidir. Nikel bazlı alaşımlar, 700 ℃ ve üstü USC Kazanları için gelecekteki eğilimdir, Östenitik paslanmaz çelikler ve gelişmiş martensitik çelikler geçiş bölgeleri için kritik kalırken.