目前中國(guó)超超臨界火電機(jī)組建設(shè)急需的鍋爐鋼管主要是P91、P92、S30432和S31042。現(xiàn)階段中國(guó)鍋爐鋼管的生產(chǎn)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(chǎn)P91和P92鋼坯料。采用連鑄流程生產(chǎn)的P91/P92鋼坯料可能存在元素偏析。
中國(guó)開(kāi)展P91/P92鋼管試制的時(shí)間較晚,直徑400mm以上的大口徑P91/P92管?chē)?guó)內(nèi)基本上不能生產(chǎn)(指軋管工藝)。一方面是因?yàn)楝F(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備條件不完備,另一方面對(duì)這兩種鋼的最佳化學(xué)成分配比、最佳熱加工工藝和最佳熱處理制度還沒(méi)有完全搞清楚。2007年ASME委員會(huì)在北京召開(kāi)會(huì)議,通告了下調(diào)鐵素體系鍋爐鋼許用應(yīng)力值,其中ASMECodeCase2179Grade92鋼的許用應(yīng)力值下調(diào)15%,ASMECodeCase2180Grade122鋼的許用應(yīng)力值下調(diào)27%。這是因?yàn)闅W美和日本經(jīng)過(guò)7～10萬(wàn)h的持久實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)這類(lèi)鐵素體鍋爐鋼的持久強(qiáng)度并沒(méi)有如預(yù)測(cè)外推的那樣直線(xiàn)下降,而是出現(xiàn)了拐點(diǎn),致使長(zhǎng)時(shí)間后持久強(qiáng)度值顯著低于預(yù)測(cè)值。各國(guó)研究人員正在分析造成這種情況的原因,迄今可以達(dá)成共識(shí)的結(jié)論之一就是δ鐵素體組織的出現(xiàn)。關(guān)于界面退化和Z相形成問(wèn)題也是廣泛關(guān)注的問(wèn)題,但還沒(méi)有形成統(tǒng)一的意見(jiàn)。
δ鐵素體組織的出現(xiàn)與鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量有直接關(guān)系,在鍋爐鋼的精細(xì)成分設(shè)計(jì)上應(yīng)給予充分的重視。一般認(rèn)為鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到11%左右時(shí),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(guān)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(dāng)量和鎳當(dāng)量時(shí),需要一個(gè)較全面的考慮來(lái)平衡鋼的持久強(qiáng)度和抗蒸汽腐蝕性能。目前的認(rèn)識(shí)水平,達(dá)到這個(gè)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(shè)計(jì)工作還遠(yuǎn)沒(méi)有完成。
2003年以來(lái),中國(guó)一些冶金企業(yè)先后開(kāi)展S30432鋼管的試制工作,目前已取得相當(dāng)進(jìn)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(guò)有關(guān)部門(mén)組織的技術(shù)評(píng)定,產(chǎn)品質(zhì)量已基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,下一步將逐步批量投放市場(chǎng)。過(guò)去幾年中,S30432鋼試制過(guò)程中遇到的主要困難之一就是晶間腐蝕問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,鋼鐵研究總院進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,已摸清影響該鋼晶間腐蝕的關(guān)鍵影響因素及其控制方法,即通過(guò)嚴(yán)格控制C和Nb元素的含量以及嚴(yán)格控制固溶熱處理制度可以避免晶間腐蝕問(wèn)題。關(guān)于晶間腐蝕是否應(yīng)該成為S30432鋼管訂貨技術(shù)條件的內(nèi)容,國(guó)內(nèi)同行一直有爭(zhēng)論,迄今也未達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。一個(gè)已發(fā)現(xiàn)的事實(shí)是日本進(jìn)口的S30432鋼管實(shí)物也普遍存在晶間腐蝕現(xiàn)象。鋼鐵研究總院的研究結(jié)果已表明,解決S30432鋼管的晶間腐蝕問(wèn)題是有辦法的,只是產(chǎn)品的制造成本將有所增加。關(guān)于加鉬問(wèn)題,國(guó)內(nèi)目前普遍在試制時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.4%的鉬,這一點(diǎn)基本上有共識(shí)?？梢灶A(yù)見(jiàn),在不久的將來(lái),中國(guó)將完全實(shí)現(xiàn)S30432鋼管的國(guó)產(chǎn)化。
S31042鋼管的試制國(guó)內(nèi)起步較晚,該鋼存在的主要技術(shù)問(wèn)題是持久強(qiáng)度與使用預(yù)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(qiáng)度偏低,使設(shè)計(jì)管壁厚度大,增加了材料成本。在S31042鋼的基礎(chǔ)上,通過(guò)成分和工藝優(yōu)化,使該鋼的持久強(qiáng)度略有提高將具有重要實(shí)用意義。從2006年開(kāi)始,鋼鐵研究總院已開(kāi)展這方面的研究探索工作,并正在取得一些階段性進(jìn)展。
鍋爐鋼的開(kāi)發(fā)周期漫長(zhǎng),投入巨大,技術(shù)難度很大,開(kāi)發(fā)一個(gè)新鋼種需要10年甚至20年的時(shí)間。盡管在1960—1970年,中國(guó)在鍋爐鋼的研究領(lǐng)域曾經(jīng)處于世界先進(jìn)水平,但目前中國(guó)落后了。日本、歐洲和美國(guó)現(xiàn)在處于鍋爐鋼研制和應(yīng)用的領(lǐng)先水平,國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)借鑒和學(xué)習(xí)。日本是在引進(jìn)歐洲鍋爐鋼技術(shù)的基礎(chǔ)上,走引進(jìn)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(shí)間,日本全面超越歐美,走到了鍋爐鋼技術(shù)的最前沿。分析日本在鍋爐鋼技術(shù)研究上的成功經(jīng)驗(yàn),有以下幾條:(1)國(guó)家連續(xù)的目標(biāo)明確的經(jīng)費(fèi)支持;(2)重視基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究,設(shè)立專(zhuān)門(mén)的研究經(jīng)費(fèi),建立材料持久蠕變數(shù)據(jù)庫(kù);(3)建立產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì),針對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和推廣。這些經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)參考和學(xué)習(xí),只有充分吸取國(guó)外已有的經(jīng)驗(yàn),才能發(fā)揮中國(guó)的后發(fā)優(yōu)勢(shì),用盡可能短的時(shí)間趕上或超越國(guó)外先進(jìn)水平。鋼鐵研究總院程世長(zhǎng)教授等人在中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)2007年舉辦的“超超臨界火電機(jī)組用鋼國(guó)產(chǎn)化研討會(huì)”上作了“超超臨界機(jī)組用耐熱鋼基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題探討”主旨報(bào)告,詳細(xì)闡述了鍋爐鋼研制中所涉及的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。希望國(guó)內(nèi)有關(guān)單位共同努力,把中國(guó)鍋爐鋼的基礎(chǔ)科學(xué)研究推到一個(gè)新的高度,為中國(guó)鍋爐鋼的跨越發(fā)展提供支撐。
超超臨界火電機(jī)組技術(shù)是優(yōu)化中國(guó)電源結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)措施。建設(shè)高參數(shù)超超臨界火電機(jī)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(yùn)輸對(duì)交通的壓力等,事實(shí)已證明建設(shè)超超臨界火電機(jī)組是中國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)和保證中國(guó)能源和經(jīng)濟(jì)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(jī)組技術(shù)的重要基礎(chǔ)。中國(guó)正在組織全國(guó)的力量研制600℃蒸汽參數(shù)超超臨界機(jī)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(yù)計(jì)在不久的將來(lái),中國(guó)將逐步實(shí)現(xiàn)上述鍋爐鋼管的國(guó)產(chǎn)化。為保障中國(guó)鍋爐鋼技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展,中國(guó)應(yīng)大力開(kāi)展基礎(chǔ)科學(xué)研究,建立持久蠕變數(shù)據(jù)庫(kù),為創(chuàng)新性研究提供支撐平臺(tái)。（東喬）
