由日本住友公司在TP304H基礎(chǔ)上推出了新型耐熱鋼SUPER304H。與TP304H相比，SUPER304H的含碳質(zhì)量分數(shù)增加了一些，而Si、Mn、Ni、Cr都有一定程度的降低，最明顯的是新添了Cu、Nb、N元素。這樣可以利用Nb、N等的碳化物在高溫運行條件下緩慢地析出，來提高奧氏體鋼的高溫蠕變斷裂強度；又通過添加Cu析出金屬間化合物來提高其強度。SUPER304H鋼在700℃下經(jīng)過長時間時效以后，沖擊韌性值還能保持在100J/cm2以上，因此不會對其時效擔(dān)心。

目前超超臨界機組末級過熱器和末級再熱器的主要材料為SUPER304H、HR3C等，屬于典型的奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼在一般情況下能很好地適用于熔化焊接，焊接接頭在焊態(tài)下具有良好的塑性和韌性。但由于奧氏體的導(dǎo)熱系數(shù)小、熔點低、線膨脹系數(shù)大，焊縫金屬高溫停留時間長，容易形成粗大的鑄態(tài)組織，并產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形等。殘余應(yīng)力的存在易產(chǎn)生焊接熱應(yīng)力裂紋和應(yīng)力腐蝕開裂。如果焊接材料或焊接工藝不正確，常會出現(xiàn)根部氧化、熱裂紋、晶間腐蝕等缺陷。

SUPER304H鋼的匹配焊接材料國外已研發(fā)并應(yīng)用，國內(nèi)尚未見國產(chǎn)化或進行相關(guān)的報道，近年來由日本生產(chǎn)的匹配焊絲（YT-304H）的價格越來越高。因此，尋找可以替代的焊接材料不論從應(yīng)用安全性還是從經(jīng)濟上考慮都是必要的。

SUPER304H鋼焊接接頭在焊接和運行過程中易出現(xiàn)焊接裂紋、接頭腐蝕和接頭脆化等現(xiàn)象，這除了與焊接工藝有密切關(guān)系外，主要是焊接材料的選擇。SUPER304H奧氏體鋼在固溶狀態(tài)下具有良好的塑性，但SUPER304H鋼含有用于提高高溫蠕變強度的沉淀強化元素。高溫運行過程中，這些元素逐漸以碳化物、氮化物或金屬間化合物的形式彌散析出，在強化材料的同時，會明顯降低材料的塑性和韌性，采用此種鋼的鍋爐部件運行溫度恰在σ相析出溫度區(qū)，因此應(yīng)正確選擇焊接材料防止焊縫金屬發(fā)生σ相脆化。鎳基焊接材料Thermanit617化學(xué)成分中的Cr質(zhì)量分數(shù)超過了SUPER304H母材中的質(zhì)量分數(shù)，Ni質(zhì)量分數(shù)更遠遠超過了SUPER304H中的質(zhì)量分數(shù)，焊縫金屬中Ni質(zhì)量分數(shù)的提高可有效控制σ相析出沉淀。

對SUPER304H鋼分別選用Thermanit617、YT-304H兩種焊材焊接，為保證焊接接頭的質(zhì)量，主要措施包括：控制對口間隙和坡口打磨，防止產(chǎn)生未熔、內(nèi)凹、焊瘤等缺陷；采用全過程持續(xù)充氬保護，防止根部焊縫氧化；控制熱輸入、采用層間水冷使層間溫度在150℃以下，防止熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。對兩種焊材形成的焊接接頭進行力學(xué)性能試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，采用鎳基焊接材料Thermanit617得到的焊接接頭的抗拉強度與采用匹配焊接材料YT-304H得到的焊接接頭的強度值基本相當(dāng)，而從屈服強度看，鎳基焊材還要優(yōu)于匹配焊材，試樣的斷裂位置均在焊縫一側(cè)的母材上，并且沖擊試驗得出的沖擊功值也符合技術(shù)要求。

此外，從某電力有限公司三期工程2臺超超臨界塔式鍋爐的運行情況來看，采用兩種焊材焊接的焊接接頭均經(jīng)受住了超超臨界鍋爐高溫、高壓工況的考驗，焊接接頭沒有發(fā)生爆管事件，確保了機組安全穩(wěn)定運行。（心遠）