PDF《T92/P92 钢手册》

超(超)临界锅炉用钢及焊接技术论文集 T92/P92 钢手册 (瓦卢瑞克・曼内斯曼钢管公司) 前言 本手册中的有关资料是基于瓦卢瑞克・ 曼内斯 曼钢管公司对T92/P92 材料的试验数据及本公司认 为可行的出版的数据.

本手册概括了这些材料的应用场合、冶金学、 高温性能特点和推荐的加工工艺方面的内容. 尽管编制过程中特别仔细和注意, 但这本手册 上的内容仅仅是概括性的. 瓦卢瑞克・ 曼内斯曼钢管公司对使用涉及本手 册内容所产生的后果不承担任何责任. 因此顾客在使用T92/P92钢管时, 应对其步骤、 介绍和设备给予特别关注.

1 简介 瓦卢瑞克・ 曼内斯曼钢管公司 (以下简称 V&M 钢管公司)成立于

1997 年10 月1日,由瓦卢瑞克 工业集团与曼内斯曼钢管公司合资成立, 并于近期 合并了巴西曼内斯曼钢管公司. V&M 钢管公司在锅炉用无缝管制造领域处于 全球领先地位.在德国、法国、巴西、美国共设

12 个钢管制造厂.原材料全部来自于其全资公司、 附属公司或其认可的钢厂. V&M 钢管公司的有关情况如下: 年销售额:1900000000 美元(1900000000 欧元) 年生产量:3000000 吨 职员:12600 人 尺寸范围: ― 外径从

17 毫米 (0.669″) 到1500mm (59″) ― 壁厚从 2mm(0.08″)到270mm(10? ″) ― 公司拥有机加工设备,可以严格控制 内径管的内径及公差 在法国、德国、巴西、美国、中国和新加 坡拥有销售代表处,销售网络遍布世界各地.

2 T/P92 主要特点 2.1 钢材类型 T/P92 是用钒、铌元素微合金化并控制硼和氮 元素含量的铁素体钢(9%铬,1.75%钨,0.5%钼) . 2.2 主要应用 用于替代电厂锅炉中的过热器和再热器的不 锈钢.用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道 (主蒸汽和再热热蒸汽管道) .

23 优点 比其它铁素体合金钢具有更强的高温强度和 蠕变性能. 它的抗腐蚀性和抗氧化性能等同于其它 含9%Cr 的铁素体钢. 由于它具有较高的蠕变性能, 所以可以减轻锅炉和管道部件的重量. 它的抗热疲 劳性强于奥氏体不锈钢.如图 2.3.1 所示. 这种材料的热传导和膨胀系数远优于奥氏体 不锈钢. 2.4 标准 在美国: ― 自1995 年列入 ASTM A213 ― 自1995 年列入 ASTM A335 ― 自1996 年列入 ASME SA213 ― 自1996 年列入 ASME SA335 对于其它产品形式,参见第 4.1 节. 在欧洲: 牌号X10CrWMoVNb9-2 尚在申请列入EN 标准. 2.5 业绩 到2000 年7月,瓦卢瑞克・曼内斯曼钢管公 司生产的T/P92 材料在锅炉本体和管道系统的应用 已超过

1500 公吨.详见第

5 节(应用) . 2.6 V&M 钢管公司产品供货范围 无缝锅炉管: ― 公差很小的热成型管 ― 外径尺寸达到 1500mm(59″)的管道和 集箱 ― 内径控制管

285 超(超)临界锅炉用钢及焊接技术论文集 图2.3.1 T/P

92、T/P22 和TP347H 钢材 在600℃低周疲劳曲线

3 技术背景 高温服役用钢在电站建设中发挥着重要作用.

50 多年来,含2?%Cr-1%Mo 的合金钢已经在各国 实现了标准化(如ASTM T/P22,NF A TU 10CD 9.10,DIN 10CrMo9-10,BS 622,EN 11CrMo9-10) 在全球施工大容量电厂中得到较好的应用. 机组运行参数(温度、压力)和单机容量的增 加,促进了更高强度钢的开发.欧洲在

60 年代的 初期,开发了两种蠕变断裂强度较高的钢材,它们 分别是法国和比利时的EM12 、 德国的X20CrMoV12-1(见表 3.1) .含9%Cr-2%Mo,且加 入少量的 V 和Nb(Cb)的EM12 专门用于小管的制 造.加入 V 的12%Cr-1%Mo 钢,X20CrMoV12-1 被同时用于大管和小管的制造. 紧接着是美国开发的改良 9%Cr 钢,后来发展 到欧洲和日本.这种等级的钢材叫 T/P91,这种材 料从

90 年代开始在世界范围内得到成功的应用. 在蒸汽参数更高, 如温度超过 600℃ (1110H) , 压力超过 25MPa(250bar、3.63ksi)的先进电站中, 在许多不能使用较重的厚壁管的情况下,T/P92 材 料是一个很好的选择.

20 世纪

90 年代初期以来,更多的材料在欧洲 和日本发展起来,见表 3.2. 表3.1 高温钢管在欧洲、美国和日本的应用

20 世纪年份 欧洲美国日本60 年代前 10CrMo9-10 (2?%Cr,1%Mo) T/P22 STBA24-STPA24

60 年代初期 14MoV6-3 (0.5%Cr, 0.5%Mo, 0.25%V) T/P22 STBA24-STPA24

60 年代中期 X20CrMoV12-1 (12%Cr, 1%Mo, 0.25%V) EM12 (9%Cr, 2%Mo, V, Nb T/P22 STBA24-STPA24

80 年代中期 X10CrMoVNb9- 1(9%Cr, 1%Mo, 0.25%V, Nb) T/P91 STBA24-STPA28

1998 年后 X10CrWMoVNb9-2 (9%Cr, 2%W, 0.5%Mo, 0.25%V,Nb) T/P92 STBA29-STPA29

60 年代前 X7CrNiNb18-10 (Austenitic Stainless steel alloyed with Nb) T/P347H SUS347H 表3.2

20 世纪

90 年代初期在欧洲和日本发展起来的材料 年份 欧洲美国日本20 世纪

90 年代初期 7CrMoVTiB10-10 E911 T23* T/P122 HCM2S HCM12A * 详见瓦卢瑞克・曼内斯曼钢管公司 T23/T24 手册

286 超(超)临界锅炉用钢及焊接技术论文集

4 标准和规范 4.1 标准 自从1995 年和1996 年分别被ASTM 和ASME 批准使用以后,用于小管和大管及其它产品形式的 T/P92 材料被纳入多个国家标准.表4.1.1 总结了

1999 年6月的统计结果. 表4.1.1 T/P92 在国际标准中的描述 技术等级 国家 描述 A213T92 美国 无缝铁素体钢和奥氏体合金钢锅炉、 过热器和热交换器钢管 A335P92 美国 高温用无缝铁素体合金钢管 A387GR92 美国 压力容器用铬钼合金钢板 A182F92 开发中 美国 高温用锻制或者轧制的合金钢、法兰, 锻制管件、阀门和零部件 A269FP92 开发中 美国 高温用碳钢和铁素体合金风,锻制和 镗孔管 4.2 规范:最大许用应力 T/P92(见表 4.2.1)的设计应力是根据美国 ASME 规范推荐值计算得出的. 表4.2.1 根据标准第

2179 条得出的 T/P92 的 材料最大许用应力 ℃

371 399

427 454

482 510

538 566

593 621

649 H

700 750

800 850

900 950

1000 1050

1100 1150

1200 MPa

154 151

147 143

138 153

126 119

94 70

48 ksi 22.4 21.9 21.4 20.8 20.1 19.2 18.3 17.2 13.6 10.2 6.9 标准第

2179 条规定了 SA213T92(小口径管) 和SA335P92(大口径管)的最大许用应力. 图4.2.2 对92 等级材料与标准的锅炉钢的最大 许用应力值作了比较. 图4.2.2 根据标准条款

2179 的设计原则,T/P92 与T/P22 和TP347H 钢材(最大许用应力值)的比较

5 应用 5.1 新型动力锅炉和新管道系统 国内和国际标准锅炉和管道系统用材料的蠕变 断裂强度或最大许用应力都有规定.另外,在每个 单独应用情况下应当遵守设计规范 (如ASME, TRD 或者 NFE3207) . 在现代燃料电厂,T/P92 材料允许较高运行参 数(温度、压力) ,从而提高了热效率.欧洲实践经 验表明,T92 最适用于蒸汽温度在 580℃~600℃ /1080H~1110H之间(金属最高温度在 600℃~620 ℃/1110H~1150H) 的锅炉本体 (过热器、 再热器) . P92 材料也适用于锅炉外部的零部件(如管道和集 管) ,蒸汽温度高达 625℃/1160H左右. 5.2 检修 传统电厂的管道系统通常采用 P22 材料和奥氏 体不锈钢. P92 材料也中在管道维修时代替奥氏体不锈 钢. 5.3 应用业绩 截止到

2000 年7月,瓦卢瑞克・曼内斯曼钢 管公司提供给全球用户的 T/P92 钢材已超过 1500t. 表5.3.1列出了一些使用T/P92材料的工程及其有关 的特定运行参数.

287 超(超)临界锅炉用钢及焊接技术论文集 表5.3.1 本表挑选的是

90 年代建成的使用瓦卢瑞克・曼内斯曼钢管公司生产的 T/P92 材料的电厂情况 (包括主蒸汽参数) 国家 项目/机构 尺寸 内径*壁厚 mm (内径英寸*壁厚英寸) 部件名称 蒸汽温度 蒸汽压力 建成日期 VESTRAFT

3 号机组 240*39 (9.45*1.54) 主蒸汽、 直管 560℃/1040H 250bar/3.6ksi

1996 丹麦 NORDJYLLANDS ET 160*45 (6.30*1.77) 集箱 582℃/1080H 290bar/4.2ksi

1996 KIEL/GK 480*28 (18.90*1.10) 集箱 545℃/1015H 53bar/0.8ksi

1997 德国 WESTFALEN 159*27 (6.30*1.06) 蒸汽管路 650℃/1200H 180bar/2.6ksi

1998 丹麦 AVEDORE 2/ELKRAFT 400*25 (15.75*1.00) 490*30 (19.70*1.18) 主蒸汽管 602℃/1116H 329bar/4.8ksi

1999 6 T/P92 冶金学特点 6.1 化学成分 ASTM 标准规定了 T/P92 材料的各种产品标准 的化学成分.表6.1.1 列出了 P92 和其它几种高温 钢化学成分的要求.表中所列内容的对比,清楚地 表明对 T/P92 化学成分的要求更加严格. T/P92 材料是在 T/P91 材料基础上经过以下的 改良而发展起来的:加入了钨,减少钼的含量以调 整铁素体-奥氏体元素之间的平衡, 并且加入微量合 金元素硼.碳的含量保持在一个较低的水平是为了 保证最佳的加工性能. 6.2 物理性能 T/P92 的密度是 7850kg/m3 .表6.2.1 给出了考 虑到设计要求所需要的最重要的重要的物理性能. 图6.2.2 比较了T/P92 和TP304H 奥氏体不锈钢的线 性膨胀系数,再次证明了 T/P92 明显优于 TP304H. 表6.1.1 T/P

22、T/P

91、TP347H 和T/P92 的化学成分(Wt%) 等级 C Mn P S Si Cr W Mo V Nb(Cb) N B Al Ni T/P22 最小 最大 0.15 0.30 0.60 0.025 0.025 0.50 1.90 2.60 n.s. n.s. 0.87 1.13 n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. T/P91 最小 最大 0.08 k0.12 0.30 0.60 0.020 0.010 0.20 0.50 8.00 9.50 n.s. n.s. 0.85 1.05 0.18 0.25 0.06 0.10 0.030 0.070 n.s. n.s. 0.040 0.40 TP347H 最小 最大 0.04 0.10 2.00 0.040 0.030 0.75 17.00 20.00 n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. (1) n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. 9.00 13.00 T/P92 最小 最大 0.07 0.13 0.30 0.60 0.020 0.010 0.50 8.50 9.50 1.50 2.00 0.30 0.60 0.15 0.25 0.04 0.09 0.030 0.070 0.001 0.006 0.040 0.40 注:n.s.:无规定;

(1):8*C