電力是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。改革開放的20年是中國(guó)電力發(fā)展最快、成就最大的時(shí)期。到2000年底我國(guó)全年發(fā)電總量達(dá)13500億千瓦時(shí),全國(guó)電力裝機(jī)容量達(dá)到3.16億千瓦,全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量和全年發(fā)電量均居世界第二位。
隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展,大容量的高溫高壓機(jī)組、不斷涌現(xiàn),逐步淘汰了中溫中壓機(jī)組。到2000年底全國(guó)擁有1000 MW及以上裝機(jī)容量的火電廠66座,全國(guó)現(xiàn)有火電大機(jī)組容量為200~210 MW的192臺(tái)、250~300MW的180臺(tái)、320~362.5 MW的56臺(tái)、500~660 MW的30臺(tái),800 MW的2臺(tái),大機(jī)組已成為中國(guó)火力發(fā)電的主力機(jī)組。為了進(jìn)一步提高機(jī)組效率、降低煤耗、保護(hù)環(huán)境、減少CO2的排放還有必要提高蒸汽參數(shù)。提高鍋爐蒸汽溫度和壓力參數(shù)是提高火力發(fā)電廠效率最有效的方法之一,特別是溫度對(duì)效率的影響更為顯著。
增大蒸汽壓力要求使用高溫強(qiáng)度更高的鋼材,否則必然使構(gòu)件的壁厚成倍地增大。增加蒸汽溫度則必然要求鋼材能在更高的溫度下保持高的強(qiáng)度??梢婋娏夹g(shù)的發(fā)展在很大程度上依賴于材料技術(shù)的發(fā)展水平。順應(yīng)這一要求,自20世紀(jì)的80年代以來,美、德、法、日等國(guó)開發(fā)出一系列適用于蒸汽參數(shù)達(dá)600℃/610℃、25 MPa的鐵素體熱強(qiáng)鋼和蒸汽溫度達(dá)625℃的奧氏體耐熱不銹鋼(T91/P91,T92/P92,T122/P122,Super304H,T23/P23)。這些鋼是在現(xiàn)代的冶煉、軋制、熱處理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,它們將是我國(guó)今后新建大容量亞臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組時(shí)首選的材料。因此研究和掌握這些材料的焊接工藝 ,研究并充分認(rèn)識(shí)這些材料焊接接頭在高溫下的行為,是當(dāng)前我國(guó)電站焊接工作者面臨的任務(wù)。
1 我國(guó)火電站用鋼的現(xiàn)狀及展望
電站用鋼的開發(fā)需要很長(zhǎng)的周期,建國(guó)以來我國(guó)電站高溫高壓管用鋼材大多沿用國(guó)外成熟鋼種, 國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明12Cr1MoV、2.25Cr-Mo、TP304、TP347等鋼工藝性能良好、運(yùn)行可靠。但為了提高蒸汽溫度和壓力,20世紀(jì)60年代以后各國(guó)(也包括我國(guó))紛紛致力于開發(fā)使用溫度高于580℃低于650℃的鋼種,其成果雖然已有不少應(yīng)用,但都有些缺憾。1983年美國(guó)ORNL在花了8年時(shí)間對(duì)9Cr1Mo鋼進(jìn)行了改進(jìn)后,推出的T91/P91鋼具有優(yōu)良的常溫和610℃以下高溫力學(xué)性能的同時(shí),還具有良好的加工工藝性能。
可以說T91/P91鋼的開發(fā)成功是電站用鋼領(lǐng)域內(nèi)近30年努力的突破。我國(guó)于1987年開始引進(jìn)使用這種鋼,10多年來已有一些單位基本掌握了T91/P91鋼的焊接工藝,同時(shí)也開展了T91與鋼102、12Cr1MoV、TP304鋼異種鋼焊接的研究工作。用T91更換鋼102制成的過熱器和高溫再熱器運(yùn)行的可靠度明顯提高。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地減小,表1比較了在同樣蒸汽參數(shù)下分別使用2.25CrMo鋼和P91鋼時(shí)鋼管的壁厚。壁厚的減小降低了構(gòu)件的重量,減小了結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力,也減小了制造成本和施工難度。