目前中國超超臨界火電機組建設急需的鍋爐鋼管主要是P91、P92、S30432和S31042?，F(xiàn)階段中國鍋爐鋼管的生產流程以模鑄為主,雖然也有冶金企業(yè)嘗試采用連鑄工藝生產P91和P92鋼坯料。采用連鑄流程生產的P91/P92鋼坯料可能存在元素偏析。
中國開展P91/P92鋼管試制的時間較晚,直徑400mm以上的大口徑P91/P92管國內基本上不能生產(指軋管工藝)。一方面是因為現(xiàn)在生產設備條件不完備,另一方面對這兩種鋼的最佳化學成分配比、最佳熱加工工藝和最佳熱處理制度還沒有完全搞清楚。2007年ASME委員會在北京召開會議,通告了下調鐵素體系鍋爐鋼許用應力值,其中ASMECodeCase2179Grade92鋼的許用應力值下調15%,ASMECodeCase2180Grade122鋼的許用應力值下調27%。這是因為歐美和日本經(jīng)過7～10萬h的持久實驗后發(fā)現(xiàn)這類鐵素體鍋爐鋼的持久強度并沒有如預測外推的那樣直線下降,而是出現(xiàn)了拐點,致使長時間后持久強度值顯著低于預測值。各國研究人員正在分析造成這種情況的原因,迄今可以達成共識的結論之一就是δ鐵素體組織的出現(xiàn)。關于界面退化和Z相形成問題也是廣泛關注的問題,但還沒有形成統(tǒng)一的意見。
δ鐵素體組織的出現(xiàn)與鉻當量和鎳當量有直接關系,在鍋爐鋼的精細成分設計上應給予充分的重視。一般認為鉻的質量分數(shù)達到11%左右時,鋼中難以避免地出現(xiàn)δ鐵素體組織,因此Grade92和Grade122鋼中的鉻元素含量均取下限。眾所周知,鉻元素是抗高溫蒸汽腐蝕的關鍵元素之一,若其含量低將影響鋼的抗氧化等抗腐蝕性能。因此,在確定鋼的鉻當量和鎳當量時,需要一個較全面的考慮來平衡鋼的持久強度和抗蒸汽腐蝕性能。目前的認識水平,達到這個要求還有一定的困難,因此,在600℃蒸汽參數(shù)下使用的鐵素體型鍋爐鋼的成分優(yōu)化設計工作還遠沒有完成。
2003年以來,中國一些冶金企業(yè)先后開展S30432鋼管的試制工作,目前已取得相當進展,常熟華新、浙江久立、寶鋼股份等單位試制的S30432鋼管已先后通過有關部門組織的技術評定,產品質量已基本達到設計的要求,下一步將逐步批量投放市場。過去幾年中,S30432鋼試制過程中遇到的主要困難之一就是晶間腐蝕問題。針對這個問題,鋼鐵研究總院進行了系統(tǒng)的研究,已摸清影響該鋼晶間腐蝕的關鍵影響因素及其控制方法,即通過嚴格控制C和Nb元素的含量以及嚴格控制固溶熱處理制度可以避免晶間腐蝕問題。關于晶間腐蝕是否應該成為S30432鋼管訂貨技術條件的內容,國內同行一直有爭論,迄今也未達成統(tǒng)一意見。一個已發(fā)現(xiàn)的事實是日本進口的S30432鋼管實物也普遍存在晶間腐蝕現(xiàn)象。鋼鐵研究總院的研究結果已表明,解決S30432鋼管的晶間腐蝕問題是有辦法的,只是產品的制造成本將有所增加。關于加鉬問題,國內目前普遍在試制時加入質量分數(shù)為0.2%～0.4%的鉬,這一點基本上有共識?？梢灶A見,在不久的將來,中國將完全實現(xiàn)S30432鋼管的國產化。
S31042鋼管的試制國內起步較晚,該鋼存在的主要技術問題是持久強度與使用預期相比偏低。該鋼由于鉻含量很高,抗蒸汽腐蝕性能優(yōu)越,但由于持久強度偏低,使設計管壁厚度大,增加了材料成本。在S31042鋼的基礎上,通過成分和工藝優(yōu)化,使該鋼的持久強度略有提高將具有重要實用意義。從2006年開始,鋼鐵研究總院已開展這方面的研究探索工作,并正在取得一些階段性進展。
鍋爐鋼的開發(fā)周期漫長,投入巨大,技術難度很大,開發(fā)一個新鋼種需要10年甚至20年的時間。盡管在1960—1970年,中國在鍋爐鋼的研究領域曾經(jīng)處于世界先進水平,但目前中國落后了。日本、歐洲和美國現(xiàn)在處于鍋爐鋼研制和應用的領先水平,國外的先進經(jīng)驗值得中國借鑒和學習。日本是在引進歐洲鍋爐鋼技術的基礎上,走引進2消化2吸收2仿制2創(chuàng)新2輸出的道路,用了不到20年的時間,日本全面超越歐美,走到了鍋爐鋼技術的最前沿。分析日本在鍋爐鋼技術研究上的成功經(jīng)驗,有以下幾條:(1)國家連續(xù)的目標明確的經(jīng)費支持;(2)重視基礎和應用基礎研究,設立專門的研究經(jīng)費,建立材料持久蠕變數(shù)據(jù)庫;(3)建立產學研團隊,針對市場需求進行產品開發(fā)和推廣。這些經(jīng)驗值得中國參考和學習,只有充分吸取國外已有的經(jīng)驗,才能發(fā)揮中國的后發(fā)優(yōu)勢,用盡可能短的時間趕上或超越國外先進水平。鋼鐵研究總院程世長教授等人在中國機械工業(yè)聯(lián)合會2007年舉辦的“超超臨界火電機組用鋼國產化研討會”上作了“超超臨界機組用耐熱鋼基礎科學問題探討”主旨報告,詳細闡述了鍋爐鋼研制中所涉及的基礎科學問題。希望國內有關單位共同努力,把中國鍋爐鋼的基礎科學研究推到一個新的高度,為中國鍋爐鋼的跨越發(fā)展提供支撐。
超超臨界火電機組技術是優(yōu)化中國電源結構最重要的技術措施。建設高參數(shù)超超臨界火電機組可降低煤耗、大幅度地減少排放、極大地節(jié)約能源和資源,減少電煤運輸對交通的壓力等,事實已證明建設超超臨界火電機組是中國實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標和保證中國能源和經(jīng)濟安全的最重要措施之一。高端鍋爐鋼是支撐超超臨界火電機組技術的重要基礎。中國正在組織全國的力量研制600℃蒸汽參數(shù)超超臨界機組用鍋爐鋼,急需的鍋爐鋼管包括,但不限于,T/P92、S30432和S31042等,預計在不久的將來,中國將逐步實現(xiàn)上述鍋爐鋼管的國產化。為保障中國鍋爐鋼技術的持續(xù)快速發(fā)展,中國應大力開展基礎科學研究,建立持久蠕變數(shù)據(jù)庫,為創(chuàng)新性研究提供支撐平臺。（東喬）
