再热器hrhc与super304h管性能对比

再热器hrhc与super304h管性能对比

0高级不锈钢试验能源环茂压机是中国第一个拥有1000mw以上高性能的超极驱动机。对工艺的过度加热和再热器的服务环境是严格的。采用了先进的不锈钢材料hr3c和super304h。这种材料是中国首次使用的，对其运行后的组织和性能规律尚不清楚。因此,有计划地在部件运行不同时段后进行割管试验,对了解这类高级不锈钢运行后的组织和性能变化,积累相关材料运行数据,保障电厂安全生产有重要意义。本文选取其中某台运行5400h后的二级再热器HR3C和Super304H管段取样进行了性能试验。1级再热部件结构及材质玉环电厂二级再热器出口介质温度为605℃,压力为5.04MPa。HR3C管规格为ϕ60.3mm×3.7mm,取样位置为26屏第1根管;Super304H管规格为ϕ60.3mm×3.5mm,取样位置为25屏第2根管。图1为二级再热部件结构及材质分布。对2种材料钢管进行了化学成分、室温拉伸、650℃拉伸、室温冲击、金相组织、维氏硬度、氧化皮成分和形貌分析等试验,试验结果如下。1.1液-液-u-p3-三氟组合材料在正热再压缩技术上的应用,改良后的发展内HR3C钢是日本住友公司在TP310H奥氏体不锈钢中添加N和Nb元素而开发出来的25Cr20Ni型奥氏体不锈钢,是目前服役环境苛刻的超超临界过热器和再热器的首选材料,Super304H钢是日本住友公司在TP304H基础上通过Cu、Nb、N合金化而开发出来的奥氏体不锈钢。玉环电厂HR3C和Super304H运行管的化学成分如表1所示。HR3C和Super304H运行管的化学成分均符合ASME相关标准的规定。1.2试验测试结果HR3C和Super304H的原始管及运行管的室温拉伸和650℃拉伸试验结果及相应标准要求的下限如图2～5所示,HR3C原始管和运行管室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均符合ASMESA213TP310HCbN技术条件要求,但伸长率明显降低。与Super304H原始管相比,运行管的室温抗拉强度有所增加,而断后伸长率降低,650℃抗拉强度和断后伸长率均有所降低。对原始管和运行管取样进行室温冲击试验,因受管子规格限制,采用非标准的夏比V型缺口冲击试样,试样规格为10mm×2.5mm×55mm,室温冲击试验结果见图6。由图6可见,与原始管相比,HR3C运行管的冲击吸收功和冲击韧性明显降低,其余运行管的冲击吸收功均降至原始管的1/3左右,HR3C管运行后韧性明显降低。Super304H韧性显著优于HR3C。1.3管正确尺寸及组织分析图7～9为HR3C原始管和运行管的光学金相组织。由图可见,HR3C原始管和运行管均为奥氏体组织,原始管晶粒度4～5级,运行管晶粒度2～3级。从晶粒度大小来看,原始管和运行管非同一批次材料,相应机械性能可作为参考。运行管向火侧晶界析出相尺寸较大且数量较多,组织老化程度大于背火侧。图10～12为HR3C原始管和运行管的BEI(背散射电子)像,原始管和运行管基体上均分布有大小不等的白色颗粒,经EDS(能量色散谱)分析发现,白色颗粒均为NbCrN。图13～15为Super304H原始管和运行管的光学金相组织。由图可见,Super304H原始管和运行管均为奥氏体组织,晶粒度7～8级,属于细晶粒奥氏体不锈钢;Super304H管运行后晶界有第2相析出,但第2相尺寸较小,数量较少。图16～18为Super304H原始管和运行管的BEI像,原始管和运行管基体上与HR3C一样分布有大小不等的白色颗粒,经EDS分析发现,该白色颗粒不是NbCrN,而是Nb(C,N)。对Super304H运行管的金相样进行SEM/EDS分析,未发现σ相。1.4hrc运行管背火侧硬度与原始管硬度比较图19为HR3C和Super304H原始管和运行管维氏硬度平均值。由图可以看出,HR3C运行管背火侧硬度与原始管接近,向火侧硬度有所下降。Super304H运行管背火侧硬度与原始管接近,而向火侧硬度有所提高。1.5运行管内皮氧化皮元素分析图20为HR3C运行管内壁氧化皮背散射电子像,表2为图20中相应位置的EDS分析结果。可以看出,从形貌和成分上,HR3C内壁氧化皮可以分为4层结构:最外层为(Fe,Cr)3O4尖晶石层(图20中位置1处);次外层为Cr2O3层(位置2),最外层和次外层之间无明显界面;次内层(位置3)为富Ni层,O含量较低;最内层为Cr2O3层(位置5),该层不连续。氧化皮最厚处约为28μm,其中最外层和次外层总厚度约为15μm。HR3C是25Cr20Ni型奥氏体不锈钢,高的Cr、Ni含量使基体具有优良的抗蒸汽氧化性能,次外层的Cr2O3层和次内层的富Ni层可有效降低O通过氧化层向内扩散和Fe向外扩散的扩散速率,从而降低氧化皮的生长速度。图21为Super304H运行管内壁氧化皮元素面分布图。由图可以看出,Super304H内壁氧化皮为4层结构:最外层为Fe3O4;次外层Fe含量很低,成分已接近Cr2O3;次内层为Ni含量较高的弥散内氧化层;最内层为Cr2O3层。在靠近氧化皮的基体处出现了明显的贫Cr区。2运行管性能分析美国Eddystone电站HR3C运行1年后,室温拉伸抗拉强度约为800MPa,屈服强度为400～420MPa,延伸率约为20%。玉环电厂高再运行管的抗拉强度明显高于此数据,而延伸率则均在30%以上,远高于Eddystone电站HR3C运行1年后的延伸率。Eddystone电站Super304H运行管的抗拉强度接近700MPa,延伸率约为20%。玉环电厂Super304H抗拉强度约为720MPa,而延伸率约为44%,性能良好。Eddystone电站HR3C(试样尺寸为10mm×5mm×55mm)运行1年后,室温冲击韧性低于20J/cm2,研究发现HR3C运行后脆性增加是由于G相在晶界析出。玉环电厂HR3C运行管室温冲击韧性均在40J/cm2以上,高于20J/cm2。Eddystone电站的Super304H室温冲击韧性向火侧为80J/cm2,背火侧为100J/cm2,玉环电厂Super304H室温冲击韧性与此接近。据OAKRidgeNationalLaboratory的研究报告介绍,从组织稳定性考虑,310系列改良不锈钢设计时的韧性目标是在时效或服役后的室温拉伸延伸率不低于10%,冲击韧性应不低于15J。目前,玉环电厂高再HR3C的室温拉伸延伸率和冲击韧性均远高于此值。另外,文献指出,HR3C经过10000h时效以后,冲击韧性将达到稳定值,而不再下降。3结论(1)环氧树脂厂的汞柱管为5400h后强度很高,但脆性明显增加。(2)