鍋爐用高等級耐熱鋼管的國產(chǎn)凱時娛樂城化進展
1. 前言
隨著大容量高參數(shù)鍋爐機組設(shè)計制造技術(shù)的引進以及在我國的大力發(fā)展，國外相當(dāng)多優(yōu)質(zhì)鋼種在我國得到應(yīng)用。由于市場需求、國外鋼種國產(chǎn)化進程以及認(rèn)識上的原因，這些鋼種仍有不少須從國外進口。因此對國外這些鋼種進行國產(chǎn)化，是未來一段時間我國必須解決的問題。
實際上，在冶金、發(fā)電設(shè)備制造、電力各行業(yè)共同努力下，國外鋼種的國產(chǎn)化工作正如火如荼地展開，已取得了相當(dāng)成果，如T23、T91/P91、T92、S30432在國內(nèi)有部分廠家可部分供貨，P92的國產(chǎn)化也有一定進展。然而，由于市場需求的原因，仍須加快其它鋼種的國產(chǎn)化進程，同時應(yīng)明確對國外鋼種國產(chǎn)化的模糊認(rèn)識。
為了進一步推進新型鍋爐耐熱鋼國產(chǎn)化進程，結(jié)合我國國產(chǎn)化研究、應(yīng)用中所遇到的情況，分析探討了國外鍋爐用鋼國產(chǎn)化需要澄清的問題，希望有助于推動國外成熟鍋爐用高等級耐熱鋼管的國產(chǎn)化。
2. 我國現(xiàn)行的鍋爐用鋼系列
由于我國高參數(shù)鍋爐的設(shè)計制造技術(shù)系引進技術(shù)，故現(xiàn)行我國的鍋爐用鋼系列的鋼種級別與國外的比較接近。該系列用鋼主要結(jié)合了我國的GB5310標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號，采用ASTM/ASME+GB5310標(biāo)準(zhǔn)的用鋼系列，主要有：20G、SA-210C/106C、T2、15CrMoG、T12/P12、12Cr1MoVG、T22/P22等，還使用了較多高等級的國外耐熱鋼種，如T23/P23、T91/P91、T92/P92、T122/P122、TP304H、TP347H、TP347HFG、S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）等。
3. 國外高等級耐熱鋼國產(chǎn)化進展
據(jù)前所述，這類鋼種的國產(chǎn)化已取得重要進展，下面簡要介紹國產(chǎn)化進展情況。
3.1 T23/P23
對T23，國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)并實現(xiàn)供貨、并在實際中得到應(yīng)用。P23進展稍遲，這主要是鍋爐設(shè)計上的材料選擇原因造成，目前正在試制過程中。
3.2 T91/P91、T92/P92、T122/P122
T91/P91國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)，多家鋼管廠可以供貨，并得到了應(yīng)用；T92國內(nèi)也開發(fā)成功，寶鋼與常寶精特均可生產(chǎn)供貨；P92目前只有北方重工具備供貨能力，但產(chǎn)能有限；而T122/P122因國內(nèi)設(shè)計時未選擇此材料的原因，未進行國產(chǎn)化工作。
3.3 TP347HFG
因制造工藝明確，國內(nèi)目前正在進行試制，持久試驗正在進行之中。需要注意的是，由于標(biāo)準(zhǔn)中的成分范圍較寬，在冶煉時應(yīng)對其化學(xué)成分（C、Nb和Ni）進行適當(dāng)調(diào)整。
3.4 S30432（SUPER304H）
經(jīng)過多年的摸索，我國現(xiàn)已經(jīng)對成分進行了優(yōu)化、制管工藝業(yè)已明確。該鋼種國內(nèi)已經(jīng)有多家鋼管廠開發(fā)成功，并可以供貨，也在實際中得到應(yīng)用。
3.5 TP310HCbN（HR3C）
目前正在加緊進行研究，管坯成分已經(jīng)參考日本住友的管子進行調(diào)整。正對國外實物管進行顯微分析，以分析其制造和熱處理工藝。鋼管廠也進行了試制，持久試驗正在進行，但目前除了個別鋼管廠家外，多數(shù)廠家的試制管在700℃短時高溫塑性不太理想，與國外實物管有一定差距。
4. 規(guī)程對國外鋼種生產(chǎn)與使用規(guī)定
在鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（征求意見稿）的材料篇中，對國外鋼種的生產(chǎn)與使用有一定要求，主要涉及到以下兩個方面：
一是生產(chǎn)方面，對材料的生產(chǎn)單位生產(chǎn)國外鋼種提出了“材料生產(chǎn)單位生產(chǎn)國外鋼號的鋼材時，應(yīng)按照該鋼號國外標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行生產(chǎn)和驗收，批量生產(chǎn)前應(yīng)通過產(chǎn)品鑒定”。這從我國的法規(guī)角度給國外鋼種的國產(chǎn)化開了綠燈；另外，對ASME牌號的鋼種，ASME規(guī)范并未有明確規(guī)定必須要經(jīng)過ASME委員會或相應(yīng)部門授權(quán)，這從ASME規(guī)范的角度看，我國也可以生產(chǎn)ASME牌號。
二是使用方面，對國內(nèi)的鍋爐制造單位在制造受壓件采用國外鋼種提出了要求，應(yīng)符合：A）鋼號應(yīng)是國外鍋爐用鋼標(biāo)準(zhǔn)所列的鋼號或者化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能與國內(nèi)允許用于鍋爐的鋼材相類似，并列入鋼材標(biāo)準(zhǔn)的鋼號或成熟的鍋爐用鋼鋼號。B）應(yīng)按訂貨合同規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件進行驗收。對照國內(nèi)鍋爐鋼標(biāo)準(zhǔn)如缺少檢驗項目，必要時應(yīng)補做所缺項目的檢驗，合格后才能使用。C）首次使用前，應(yīng)進行焊接工藝評定和成型工藝試驗，滿足技術(shù)要求后才能使用。D）鍋爐強度計算應(yīng)采用該鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件所規(guī)定的性能數(shù)據(jù)進行。F）用鋼板焊制的鋼管，應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
這種規(guī)定表明，我國法規(guī)允許在鍋爐中使用國外鋼種的材料。
5. 國外鋼種國產(chǎn)化存在的問題探討
雖然有法規(guī)的許可，且國產(chǎn)化也取得了相當(dāng)大的進展，但由于不同行業(yè)對法規(guī)和國產(chǎn)化仍有不同的解讀，故仍有不少問題需要澄清。
①對國外鋼種國產(chǎn)化的認(rèn)識
值得注意的是，國內(nèi)部分單位對國外鋼種的國產(chǎn)化認(rèn)識較為模糊，認(rèn)為國外鋼種國產(chǎn)化也屬于研制新材料。這從法規(guī)角度看即是錯誤的。
因為，新研制的材料屬于以前國內(nèi)外從未研究、也未使用過的材料，鋼材制造廠必須對此新材料的試驗工作進行技術(shù)評定，評定內(nèi)容較多，如化學(xué)成分、力學(xué)性能和組織穩(wěn)定性、抗氧化性、物理性能、焊接性能、鋼材的冷熱加工性能、鋼材制造工藝等全套數(shù)據(jù)（國外的新材料研制也是如此）。而國外鋼種的國產(chǎn)化指的是仿制國外已經(jīng)列入鋼材標(biāo)準(zhǔn)的鋼號或成熟的鍋爐用鋼鋼號，這些鋼種在國外研究很多、并已經(jīng)廣泛使用，在我國的國產(chǎn)化生產(chǎn)僅屬于仿制，對其性能的考察主要以驗證其重要的技術(shù)性能指標(biāo)為主，其它的則可利用國外已有的數(shù)據(jù)作為參考。
在實際操作中，對國外成熟的受熱面與管道用鋼等在蠕變溫度范圍工作的材料，由于其工作部位的重要性，國內(nèi)鍋爐行業(yè)在其國產(chǎn)化問題上仍較為謹(jǐn)慎，至少要求進行“高溫持久強度”性能試驗，以確保最終使用的安全性；而對于抗氧化、抗腐蝕性、時效特性，一般并沒有強制去要求試驗，這是因為這些性能主要與成分、制造工藝與熱處理相關(guān)；在成分、熱處理與持久性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，可以借鑒國外已有的試驗研究與實際運行數(shù)據(jù)。當(dāng)然，經(jīng)過進一步的試驗，可以逐步積累更多的數(shù)據(jù)。
②持久試驗驗證方式
在我國，對持久強度的外推一般依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2339-1997《金屬拉伸蠕變及持久強度試驗方法》進行10倍時間的外推，以得出其10萬小時的持久強度，但這需要較多的試驗數(shù)據(jù)、且有較長的試驗數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)建議，要進行外推持久強度，至少應(yīng)有三個應(yīng)力水平每組做出三個數(shù)據(jù)，在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標(biāo)用作圖法或最小二乘法，繪制出應(yīng)力-斷裂時間曲線來進行計算外推。
目前，由于國外高等級的耐熱鋼種進入中國的時間并不長，國產(chǎn)化的試驗數(shù)據(jù)積累并不多，一般是行業(yè)在鋼管實際運行的最高溫度或以下的某一溫度進行試驗，得出有限數(shù)據(jù)來進行外推驗證。
由于持久試驗的數(shù)據(jù)本身具有一定分散性的特點，因而冶金行業(yè)、鍋爐行業(yè)與電力行業(yè)在國外鋼種國產(chǎn)化后的使用上存在一定分歧。電力部門提出的分歧點主要有：國內(nèi)提供的持久試驗數(shù)據(jù)點少、時間較短，事實也的確如此。
但是，正如前面已述，由于國外已經(jīng)有相當(dāng)多的技術(shù)數(shù)據(jù)，國產(chǎn)化主要是以驗證為主，驗證應(yīng)當(dāng)如何進行卻值得探討。
在高溫蠕變溫度區(qū)間工作的鋼材，其持久強度十分重要，因而國內(nèi)對這類鋼種均采用了進行持久驗證方式，加上其它項目的配合驗證。考慮到國內(nèi)持久試驗數(shù)據(jù)不多以及持久試驗的數(shù)據(jù)有分散性的特點，為了更加準(zhǔn)確地判斷國內(nèi)所仿制材料的性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或達到國外實物水平，認(rèn)為除了將相關(guān)數(shù)據(jù)進行外推外、還應(yīng)將國內(nèi)有限的試驗數(shù)據(jù)點與國外開發(fā)時的數(shù)據(jù)點所制的分散帶比較；從數(shù)據(jù)外推與分散帶的比較兩個方面來印證國內(nèi)生產(chǎn)的國外鋼材是否滿足要求，這樣似乎更為合理。
圖1是國產(chǎn)S30432樣管在700℃下的持久數(shù)據(jù)點（外推持久強度均處于ASME Code case 2328-1的分散帶內(nèi)），與住友持久數(shù)據(jù)點的95%置信區(qū)間（700℃）比較。
從圖中可以看出，這些數(shù)據(jù)均處于住友管的試驗數(shù)據(jù)的95%的置信區(qū)間，說明國內(nèi)試制的管子的持久性能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求并達到國外實物管水平。
③不銹耐熱鋼的內(nèi)壁噴丸
對鍋爐用高溫奧氏體不銹耐熱鋼管來說，采用對管子內(nèi)壁噴丸，主要是為了提高其在高溫下抗水蒸汽氧化性能。但對不同的奧氏體不銹耐熱鋼，是否必須如此，卻有爭議。
噴丸提高抗氧化性的原理是：內(nèi)表面經(jīng)噴丸后，在管子內(nèi)表面形成具有一定深度的、大量晶體缺陷的形變層，為高溫下工作的不銹鋼管中的Cr元素提供快捷擴散途徑，在運行早期就可在內(nèi)壁次表面形成富Cr的、致密的氧化膜，作為保護膜防止了氧化的進一步進行，從而提高了鋼管的抗氧化性。然而，細(xì)晶處理也能提高奧氏體不銹耐熱鋼管的抗蒸汽氧化性能，與噴丸處理的原理類似。
目前我國鍋爐的設(shè)計制造技術(shù)來源是世界上主要的火力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，如BHK、三菱重工和ALSTOM等；其設(shè)計所采用的新型高等級奧氏體耐熱鋼基本上均為S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）鋼管。這幾家公司對S30432的處理有所不同：有的用戶要求對S30432管子進行噴丸，而三菱未對S30432鋼管是否噴丸提出要求。
這三家公司作為世界著名的發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)，生產(chǎn)了相當(dāng)數(shù)量的超超臨界鍋爐且已經(jīng)運行之中；在目前看來，并沒有出現(xiàn)特別的、因S30432管子未噴丸造成了氧化而失效的嚴(yán)重現(xiàn)象。
④不銹耐熱鋼的晶間腐蝕
不銹耐熱鋼的晶間腐蝕與成分有關(guān)，鍋爐用管在實際運行工況下并沒有晶間腐蝕環(huán)境，不必強求鋼種必須通過晶間腐蝕試驗。因而，在國產(chǎn)化時，對不銹耐熱鋼的要求，首先其成分和高溫性能等應(yīng)滿足規(guī)范的要求，之后才考慮其它性能。作為制管、生產(chǎn)、運輸、儲存等過程，均不能排除類似環(huán)境的可能性。因而，鋼管制造廠應(yīng)盡可能采取措施，弱化鋼管的晶間腐蝕傾向，為后期部件的生產(chǎn)、制作、運輸、儲存等提供方便。
⑤產(chǎn)品鑒定與技術(shù)評定的差異認(rèn)知
在發(fā)電設(shè)備用鋼行業(yè)，技術(shù)評定一般稱為技術(shù)評審，是指對比較重要的國外鋼種國產(chǎn)化、或在研制新鋼種時，鋼廠試制出的鋼材并試驗評定得到認(rèn)可后、小批量生產(chǎn)前的一個評審工作；而產(chǎn)品鑒定則是對新鋼種或國產(chǎn)化鋼號進行鑒定，應(yīng)在應(yīng)用后進行。在國內(nèi)實際操作過程有所不同，并且有產(chǎn)品鑒定與技術(shù)評定（技術(shù)評審）混淆的現(xiàn)象，值得國內(nèi)考慮如何改進。
⑥特種設(shè)備制造許可證
在鍋爐規(guī)程（征求意見稿）的材料篇中，增加了鋼材生產(chǎn)單位的資格證的要求，即“鍋爐用鋼板、鋼管的生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)取得相應(yīng)的特種設(shè)備制造許可證”。這表明從法規(guī)層面，對鋼材的制造商有要求。
6. 結(jié)語
隨著我國對高效潔凈能源的要求日益增長，火電超超臨界機組會越來越多，隨之對高等級材料需求也會越來越大。而國外的產(chǎn)能有限，導(dǎo)致從國外采購成本高昂、交貨期長，要解決這一難題，國產(chǎn)化是唯一的途徑。國內(nèi)經(jīng)過前期的艱辛努力，目前這些材料的國產(chǎn)化工作已經(jīng)取得了一定進展，但限于基礎(chǔ)研究不足、國內(nèi)對這些鋼種的國產(chǎn)化認(rèn)識存在問題，在一定程度上延緩了國產(chǎn)化及應(yīng)用進程。
期望法規(guī)制定部門、冶金行業(yè)、鍋爐行業(yè)與電力行業(yè)加強溝通和合作，共同面對和解決材料國產(chǎn)化中的困難，消除模糊認(rèn)識，為民族工業(yè)的發(fā)展做出自己的努力。
