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【新刊速览】​王敬忠:燃煤电站用大型铸锻件材料设计及热处理现状

时间:2023-03-01 来源: 浏览:

【新刊速览】​王敬忠:燃煤电站用大型铸锻件材料设计及热处理现状

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燃煤电站用大型铸锻件材料设计及热处理现状
王敬忠 1 ,姚慧琴 1 ,赵吉庆 2 ,杨西荣 1 ,杨钢 2 ,丁凯伦 2
(1. 西安建筑科技大学冶金工程学院, 陕西 西安 710055;2. 钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院, 北京 100081)

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摘 要  

从燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的开发背景和发展历程、超超临界燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的合金化特点、热处理工艺、微观组织及其演变等方面,综述了燃煤电站大型铸锻件用钢及合金的材料设计及热处理的研究现状。欧美日等的研究机构经过几十年的持续投入和努力,在燃煤电站大型铸锻件材料研发和生产发面均取得了瞩目的成果。中国在这方面也进行了大量投入,自1980年开始注重亚临界、超临界转子材料的研究,到2000年后超超临界材料的研究,2015年至今高超超临界材料的研究,在引进-消化-吸收的基础上,取得了一定的成果,开始创制拥有自主知识产权的新钢种和合金,并实现了部分产品的稳定供应。随着燃煤蒸汽参数的提高,大锻件用钢的化学成分趋于复杂化,材料的105 h外推持久强度不断提高。在新型的马氏体耐热钢铸锻件成分设计中更加重视微量元素B、N应用,以及W、Mo、Co多元素复合添加的作用。国内学者在微观组织和力学性能方面对大锻件用钢的研究报道较多,研究比较深入系统,需要利用材料设计新方法结合中国现有的强大塑性加工能力,加强原型钢种或合金的创制工作。在发电机转子护环材料的研发方面也给予足够的重视。对比分析了几种典型转子用钢、汽轮机缸体及阀体用钢的关键物性指标。结合经验探讨了未来高参数超超临界电站用大型铸锻件用钢或合金材料的发展方向。

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关 键 词  

大型铸锻件; 马氏体耐热钢; 护环用钢及合金; 合金化; 热处理工艺

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引 言 

为保护环境,确保可持续发展,能源生产将面临着更严格的限制。由于自然条件和社会因素的限制,煤、油、天然气等仍将是人类生活、生产的主要能源供者。根据文献推测,热-电净效率每提高1%,1座70万kW的电站在其30年的全寿命期间,减排2 000 t NOx、2 000 t SO 2 、500 t颗粒物和250万 t CO 2 。具有两级过热器的600 ℃/30 MPa电站的利润比传统的540 ℃/18.5 MPa单级过热器的高8%,同时CO 2 排放减少20%。蒸汽运行温度由530~565 ℃提高到580~610 ℃,热效率由30%~35%提高到42%~47%,CO 2 排放量减少30%。因此,提高发电厂的热电净效率为解决既保护环境又扩大化石能源供电量这对看似矛盾的问题提供了思路和途径。
本文以马氏体/铁素体耐热钢为主线,综述了超超临界电站大型铸锻件用钢材的发展历程、取得的成果,着重总结新发展而来的钢种的合金化、热处理、微观组织及其演变等方面,供国内相关的材料技术工作者参考。

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精 选 图 表  

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结论和展望 

在“2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和”国家宏观调控背景下,燃煤发电作为二氧化碳排放的主要来源,提高超超临界电站的蒸汽运行参数,改善热电效率,势必能为双碳目标的实现作出巨大贡献,但对燃煤电站用大型铸锻件材料提出了更苛刻的要求。根据上述文献分析综述,可以得到以下启发和思考。
中国高端大型铸锻件材料的研发是随着国内超超临界燃煤电站需求的快速增长而起步,从最初引进到现在吸收阶段,已经基本结束,国内几家重机企业逐渐走向了创制阶段。在现阶段,既要注重吸收学习先进的制造经验,更要突破思维限制,借助国内强大的塑性加工能力,优化使用热处理装备的能力,加快推进原型钢种及合金的创制,充分利用国内需求拉动的优势,争取在高超超临界燃煤电站用大锻件制造方面实现超越并领先发展。
晶粒尺寸不均或晶粒尺寸过大是大锻件热处理中存在的突出问题,导致大锻件探伤不合格,解决这一问题不妨借鉴特厚板生产中的超快冷技术,设法使锻造变形均匀渗透,以获得均匀晶粒组织,另外,把热加工过程中动态再结晶和热加工过程结束后的静态再结晶结合起来,尤其是奥氏体钢护环热加工阶段可以尝试,应该容易获得均匀的奥氏体组织。
大型铸锻件生产流程长、工序多、衔接紧、控制严格,即要求时空上紧密衔接,在化学物理冶金原理的应用上环环相扣。因此,需要加快组建国家大型铸锻件技术创新平台,建立起一支稳定的联合研发团队(把人才优势向技术优势转化),在吸收或返求国外商品大锻件制造技术的过程中,发挥各重机企业和相关研发单位的优势,快速突破各环节的技术障碍,全面实现高质批量生产。大型铸锻件生产技术进步和产品质量提高离不开市场需求,国内用户需从长远考虑,倾斜使用国产大型铸锻件,推动中国由市场优势向生产技术优势转化。

来源:《钢铁》2023年第2期

END

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