高温钢材性能比较.docx
《高温钢材性能比较.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高温钢材性能比较.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高温钢材性能比较
铁素体钢
钢种
性能特点
应用范围
应用情况及前景
规范
T91/P91
T91钢具有较好的综合力学性能，时效前后的组织和性能稳定，具有良好的焊接性能和工艺性能，较高的持久强度及抗氧化性。
它与奥氏体TP304H相比，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和较高的导热系数，且持久强度的等强温度和等应力温度较高，分别达到625℃和607℃。
T91与T9（9Cr-1Mo）钢相比，600℃的持久强度是后者的三倍，且保持了T9（9Cr-lMo）钢的优良的抗高温腐蚀性能。
该钢的最高使用温度为650℃、最佳使用温度为585-625℃，T91常用于制造壁温不超过650℃的高温过热器、高温再热器、屏式过热器等重要部件，用于亚临界锅炉的过热器和再热器上可替代TP304H和部分TP347H，也可用作为压力容器和核电高温受压件用钢。
P91主要用于制造金属壁温不超过600℃高温过热器和再热器集箱、主蒸汽管道，其在超临界机组中应用的优越性更为明显。
T91／P91钢是一种可替代TP304H（可在625℃代替TP304H奥氏体钢，大大地降低材料使用成本）的铁素体钢，而且和先进的蒸汽系统的发展相适应。
该钢是完成主蒸汽温度由538'C向566'C过渡的首选材料，是完成主蒸汽温度由566℃向593℃过渡的关键材料，是用于改造现役发电机组高温部件的最有前途的替换材料，具有广阔的应用前景。
我国已成功地用于亚临界机组的主蒸汽管道，取得了很好的运行业绩，目前的超临界机组的主蒸汽管道广泛采用P91。
P91在欧洲应用的最大蒸汽参数是588℃/28.6Mpa和580℃/31Mpa。
ASMESA-213
ASMESA-335
T92/P92
与T91/P91一样，T92/P92具有比奥氏体钢更为优良的热膨胀系数和导热系数。
T92/P92是一种新型的9%Cr的马氏体热强钢。
该钢是由日本新日铁公司在T/P91（9Cr-1Mo-V-Nb）合金成分的基础上通过加入1.8％的W取代部分Mo，大大提高了固溶强化的效果，T92与T91相比，600℃以下的力学性能两者大致相当，600℃以上则T92为高，600℃的许用应力比T91高34％；延伸率和断面收缩率在400℃以下大致相同，400℃以上T92略低些；时效后T92的冲击值有所下降，但仍不低；在600、650℃其持久强度远高于相应温度下的T91（且具有良好的持久塑性），在650℃为T91的1.6倍；与TP347H的等强温度为625℃，当温度低于625℃时，T92的持久强度高于TP347H。
此外T92有良好的韧性、可焊性以及加工性能；抗蒸汽氧化性能好，与T91基本相同：
抗高温腐蚀性能略优于T91。
焊接试验证明T92有较好的抗裂性，预热温度100℃时止裂；采用钨极气体保护焊、手工电弧焊与埋弧焊等三种工艺得到的接头的力学性能、650℃的持久强度均满足要求。
钢管在电厂长期运行（21272小时）后取样进行的持久试验表明，持久强度几乎没有降低。
与T122相比，T92性能略优，但价格相当高昂。
高的W含量使其在长期高温运行中有可能出现蠕变脆化，P92作为厚壁部件时有Ⅳ型裂纹的倾向，所有这些都还需要更长时间的运行考核来证明。
由于该钢性能优良，使用温度可达650℃，可在电站锅炉中的高温过热器、再热器部分代替TP304H和TP347H应用，可望改善钢管的运行性能，避免或减少异种钢接头，具有较大的实际意义。
若用在亚临界锅炉上可用其代替TP347H和T91厚壁管。
P92钢用于苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽再热热蒸汽管道）。
该钢作为将来、现有锅炉的最高温度区以及超临界压力锅炉管子用钢，主蒸汽和再热蒸汽管道用钢必将得到广泛应用。
该钢已正式被收录到ASME规范中的SA-213和SA-335标准中，其许用应力按规范案例（CODECASE）2179-3。
E911/P911
含9%Cr的CrMoWV钢是由德国V&M开发用于主蒸汽和再热热段系统集箱、过热器管子的新钢种，欧洲牌号为X11CrMoWVNb9-1-1，也是一种9%Cr的马氏体热强钢，是在P91基础上以1.0％W取代部分Mo，在ASME规范中提供的高温许用应力值略低于P92。
由于该钢中钨的含量较T/P92的含量少，所以这种钢在长期应用中不易发生脆变。
这种钢具有很好的高温强度和直到650℃连续运行的持久强度，已经积累了10万小时的试验数据。
这种钢在2002年6月用于投运的德国Niedrauβem热电厂K号机，机组容量为950MW，其主蒸汽和再热热段管道的设计参数分别为585℃/29Mpa、605℃/7.8Mpa。
也将用于正在建设的德国BoA2电站2X1100MW机组，其主蒸汽和再热热段管道的设计参数分别为605℃/29.5Mpa、625℃/7.9Mpa。
该钢种已被收录到ASTMA213-03a和A335-03中，其牌号为T/P911。
在现行的ASME2001版规范中该钢种以CODECASE2327的形式出现，正式进入规范材料。
HCM12A（T122/P122）
T/P122是一种12%Cr的马氏体热强钢。
钢管综合性能优良，具有较好的组织稳定性和高温强度、抗氧化性能和抗腐蚀性能；该钢种是住友金属在其早期已开发的12%Cr钢HCM12的基础上通过W取代更多的Mo，并添加1.0%Cu抑制δ铁素体的形成，进一步提高了蠕变强度，并因消除δ-铁素体使韧性得到提高，得到了HCM12A（T/P122，12Cr0.5Mo2WCuVNb），该钢种在600-650℃之间的蠕变性能与T/P92接近，但由于Cr含量高，抗蒸汽氧化和烟气腐蚀性能优于T/P92。
适合620℃以下的厚壁部件。
时效前后的力学性能、持久强度差异较小：
焊接性能（HCMl2A的焊接冷裂倾向优于T9l钢）、韧性良好。
与T91相比，该钢在高温650℃时的持久强度、抗氧化性能和抗腐蚀性能更优（耐蒸汽氧化抗力试验的氧化皮厚度随服役时间延长而增加，但未发现氧化皮剥落现象）。
与奥氏体不锈钢相比，奥氏体不锈钢在高温下的持久强度和抗氧化性能虽优于HCMl2A，但奥氏体钢的应力腐蚀或晶间腐蚀却是一个难题，用HCMl2A无此类问题，但该钢焊接接头存在弱化现象，且价格也较高。
该钢最高使用温度为650℃，可用于先进的超临界锅炉机组的材料，制造超（超）临界机组电站锅炉金属壁温超过650℃的过热器、再热器和高温集箱、主蒸汽、再热蒸汽管道等。
若将该钢用在亚临界锅炉上可用其代替TP347H和T9l厚壁管，如该钢在600—650℃的锅炉过热器和再热器上可部分代替TP304H和TP347H，具有良好的经济价值。
该钢作为将来、现有锅炉的最高温度区以及超临界压力锅炉管子用钢和主蒸汽再热蒸汽管道，必将得到广泛应用。
该钢与T92相比，性能比较接近。
P122于1993年开始主要在日本应用，最大蒸汽参数是1997~1998年供货的EPDCTachibanaWan2#机组，为600/610℃/25.1Mpa，最大管径为OD685.5。
该钢种已被收录到ASTMA213和A335中，在现行的ASME2001版规范中该钢种以CODECASE2180-2的形式出现，正式进入规范材料。
奥氏体钢
钢种
性能特点
应用范围
应用情况及前景
规范
SUPER304H
由于氮的固溶强化作用，该钢的强度水平高于普通的18Cr-8Ni型不锈钢，而塑性却与TP347H几乎相同；650℃持久强度10万小时的外推值为128MPa（该值远高于TP347H）。
该钢的焊接性能良好（未焊前预热和焊后热处理的钨极氩弧焊焊接头，其拉伸性能与母材类同，接头各部位冲击韧性也较好，焊缝金相组织为奥氏体加少量铁索体，接头质量满足技术条件规范的要求：
焊接头的各种性能均基本上与母材接近，持久强度与母材一致），组织稳定性好，且具有较好的抗蒸汽氧化性能（与细晶粒的TP347H基本相同：
优于SUS321H和SUS316H）以及较好的抗高温腐蚀性能（略低于TP347H，但差异较小）。
Super304H在650℃时的许用应力比TP304H高90%、比TP347H高48%、比TP347HFG高21%，而且比25Cr-20Ni类的TP310HCbN（HR3C）略高5%左右。
如从抗氧化性、抗腐蚀性能上看，它与TP347HFG接近，但综合性价比可能略优些。
该钢最高使用温度可达700℃，主要用于超（超）临界锅炉的过热器和再热器。
由于其性能优良，无论从经济性（性能价格比上只有较大的优势，比TP34711的价格约高9％左右，但壁厚可减薄20％）和可靠性看，它都是今后超（超）临界锅炉中过热器和再热器钢管（用于取代过去、现在所用的常规18Cr-8Ni型不锈钢）的重要的、首选的材料。
该材料首次实际装机运行时间是1989年，由三菱重工株式会社与和歌山共同火力株式会社共同使用在锅炉的过热器和再热器上（参数19MPa，571/543℃）运行了六年。
高参数下的更长期的安全使用性能还需要实机考核。
ASMECODECASE2328，并收录到美国材料与试验学会材料标准ASTMA213（03a版）中，UNS编号S30432；日本标准牌号SUS304J1HTB
TP347HFG
此钢的室温、高温力学性能与TP347H基本相同；但持久强度比ASME规范的TP347H规定值高约20％，在600—750℃之间的持久塑性也更佳：
焊接性能、疲劳性能大大优于常规的TP347H钢管，且具有较好的抗晶间腐蚀性能、良好的组织稳定性和更优异的抗氧化及剥离性能，此外还具有良好的弯管性能。
此钢的高温耐蚀性在18Cr-8Ni不锈钢中是最好的。
如从抗氧化性、抗腐蚀性能上看，TP347HFG比SUPER304H还略优一些；但性价比可能略差些。
TP347HFG钢管与TP347H一样，主要用于制造超（超）临界压力参数的大型发电锅炉的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温高压的管件等；对于承压部件，其最高下作温度，可接近700℃。
由于其综合性能大大优于TP347H，将来应能得到广泛应用，但与SUPER304H相比，有可能被后者替代。
HR3C
HR3C是一种结合了TP310H和TP310Cb的改进的25Cr-20Ni型奥氏体耐热钢，其公称成分为0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N。
由于在该钢中加入了很多的Cr、Ni、较多的Nb和N，其抗拉强度高于常规的18Cr-8Ni不锈钢，持久强度和许用应力远高于常规的18Cr-8Ni不锈钢以及TP310钢，高温耐热蚀抗力大大优于18Cr-8Ni或19Cr-11Ni钢，且抗蒸汽氧化性能极优，炸接接头也满足规范的要求。
主要用于制造超临界压力参数的大型发电锅炉或循环流化床锅炉的温度不超过700℃的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温、高压或高硫或高氯环境腐蚀的管件等。
ASMESA-213/SA-213M标准，材料牌号TP310HCbN（UNSS31042），许用应力按ASMECODECASE2115-1。
NF709
此钢由于含有较多合金元素，在这些元素的作用下，其在700℃时的105小时的持久强度达88MPa，105小时持久强度在730℃时与650℃时与SUS347HTB（TP347H）的持久强度相同；其蒸汽抗氧化性和抗剥落性极其优异，大大优于17—14CuMo钢和TP347H钢管；焊接性能与常规的18-8不锈钢，如与TP347H和TP310S相同；焊接头的持久强度也与母材相同；其热膨胀系数数比SUS347ilTB低约10—20％；在高温高压下耐水蒸汽腐蚀性能比SUS347HTB和17—14CuMo都要好得多。
此外，NF709的焊接接头也满足要求。
该钢的最高使用温度可超过700℃，可用于制造参数为34．4MPa、649／593／593℃的超超临界锅炉的过热器和再热器，或超（超）临界压力参数的大型发电锅炉或循环流化床锅炉的高温过热器、高温再热器、屏式过热器的高温段以及各种耐高温、高压或腐蚀的管件等。
由于其综合性能大大优于
18-8不锈钢，将来应能得到广泛应用，可以期望该钢的使用能减少大型锅炉和汽机在运行时发生的氧化物脱落造成的事故。
材料腐蚀性能比较表
项目
T23
T91/P91
T92/P92
T122/P122
TP304H
TP347H
TP347HFG
SUP304H
HR3C
NF709
奥氏体品粒度
5．4
6．0
8。
7
8．5
4．5
蒸气高温氧化腐蚀：
氧化皮厚度650℃，lO3h（μm）
84（600~C
500h）
90
（总层深）
50
（总层深）
35
（内层）
27
（内层）
17
（内层）
18
（内层）
<2．5
（内层）
煤灰腐蚀：
650℃20h，重量损失mg／cm2
119
45
28
28
35
12
奥氏体钢管许用应力表
金属温度不超过
Super304H
TP347HFG
TP304H
TP347H
TP310H
TP310HCbN（HR3C）
F
C
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
100
38
20
137.8
20
137.8
20
137.8
20
137.8
20
137.8
27.1
186.7
200
93
20
137.8
20
137.8
20
137.8
20
137.8
20
137.8
26.9
185.3
300
149
20
137.8
20
137.8
18.9
130.2
18.8
129.5
20
137.8
25.4
175.0
400
204
20
137.8
19.9
137.1
18.3
126.1
17.8
122.6
19.9
137.1
24.6
169.5
500
260
19.4
133.7
19.3
133.0
17.5
120.6
17.1
117.8
19.3
133.0
24.2
166.7
600
316
18.6
128.2
19.1
131.6
16.6
114.4
16.9
116.4
18.5
127.5
24
165.4
650
343
18.3
126.1
19
130.9
16.2
111.6
16.8
115.8
18.2
125.4
23.9
164.7
700
371
18
124.0
18.9
130.2
15.8
108.9
16.8
115.8
17.9
123.3
23.8
164.0
750
399
17.7
122.0
18.8
129.5
15.5
106.8
16.8
115.8
17.7
122.0
23.7
163.3
800
427
17.4
119.9
18.6
128.2
15.2
104.7
16.8
115.8
17.4
119.9
23.6
162.6
850
454
17.2
118.5
18.3
126.1
14.9
102.7
16.8
115.8
17.2
118.5
23.4
161.2
900
482
16.9
116.4
18.1
124.7
14.6
100.6
16.7
115.1
16.9
116.4
23.1
159.2
950
510
16.7
115.1
17.9
123.3
14.3
98.5
16.6
114.4
16.7
115.1
22.8
157.1
1000
538
16.4
113.0
17.7
122.0
14
96.5
16.4
113.0
13.8
95.1
22.4
154.3
1050
566
16.2
111.6
17.5
120.6
12.4
85.4
16.2
111.6
10.3
71.0
22
151.6
1100
593
16
110.2
16.6
114.4
9.8
67.5
14.1
97.1
7.6
52.4
16.1
110.9
1150
621
14.7
101.3
12.8
88.2
7.7
53.1
10.5
72.3
5.5
37.9
13.6
93.7
1200
649
11.4
78.5
9.7
66.8
6.1
42.0
7.9
54.4
4
27.6
10.1
69.6
1250
677
8.7
59.9
7.3
50.3
4.7
32.4
5.9
40.7
3
20.7
7.6
52.4
1300
704
6.5
44.8
5.4
37.2
3.7
25.5
4.4
30.3
2.2
15.2
5.7
39.3
1350
732
4.7
32.4
4
27.6
2.9
20.0
3.2
22.0
1.7
11.7
4.3
29.6
1400
760
3.3
22.7
2.3
15.8
2.5
17.2
1.3
9.0
1450
788
2.2
15.2
1.8
12.4
1.8
12.4
0.97
6.7
1500
816
1.5
10.3
1.4
9.6
1.3
9.0
0.75
5.2
注：
（1）TP304H、TP347H和TP310H的许用应力摘自ASMESectionII-D篇。
（2）Super304H、TP347HFG和TP310HCbN的许用应力摘自ASME规范案例（CODECASE）。
铁素体钢管许用应力表
金属温度不超过
T91/P91（外径<=3''）
T91/P91外径>3''
T92/P92
T911/P911
T122/P122
F
C
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
100
38
24.3
167.4
24.3
167.4
25.7
177.1
25.7
177.1
25.7
177.1
200
93
24.3
167.4
24.3
167.4
25.7
177.1
25.7
177.1
25.7
177.1
300
149
24.3
167.4
24.3
167.4
25.3
174.3
25.1
172.9
25
172.3
400
204
24.2
166.7
24.2
166.7
24.5
168.8
24.1
166.0
24.2
166.7
500
260
24.1
166.0
24.1
166.0
23.8
164.0
23.6
162.6
23.7
163.3
600
316
23.7
163.3
23.7
163.3
23.2
159.8
23.2
159.8
23.1
159.2
650
343
23.4
161.2
23.4
161.2
22.8
157.1
23
158.5
22.9
157.8
700
371
22.9
157.8
22.9
157.8
22.4
154.3
22.7
156.4
22.5
155.0
750
399
22.2
153.0
22.2
153.0
21.9
150.9
22.3
153.6
22.1
152.3
800
427
21.3
146.8
21.3
146.8
21.4
147.4
21.7
149.5
21.6
148.8
850
454
20.3
139.9
20.3
139.9
20.8
143.3
21
144.7
21.1
145.4
900
482
19.1
131.6
19.1
131.6
20.1
138.5
20.1
138.5
20.3
139.9
950
510
17.8
122.6
17.8
122.6
19.2
132.3
19
130.9
19.5
134.4
1000
538
16.3
112.3
16.3
112.3
18.3
126.1
17.7
122.0
18.5
127.5
1050
566
14
96.5
12.9
88.9
17.2
118.5
14.9
102.7
16.8
115.8
1100
593
10.3
71.0
9.6
66.1
13.6
93.7
11.4
78.5
12.9
88.9
1150
621
7
48.2
7
48.2
10.2
70.3
6.7
46.2
9.3
64.1
1200
649
4.3
29.6
4.3
29.6
6.9
47.5
6.2
42.7
注：
（1）T92/P92、T122/P122高于1150℉适用于最大外径限制为3.5in的管子。
（2）T91/P91的许用应力摘自ASMESectionII-D篇。
（3）T92/P92、T911/P911和T122/P122的许用应力摘自ASME规范案例（CODECASE）。
升级会员 