锅炉用高等级耐热钢管的国产凯时娱乐城化进展

1. 前言
　　随着大容量高参数锅炉机组设计制造技术的引进以及在我国的大力发展，国外相当多优质钢种在我国得到应用。由于市场需求、国外钢种国产化进程以及认识上的原因，这些钢种仍有不少须从国外进口。因此对国外这些钢种进行国产化，是未来一段时间我国必须解决的问题。
　　实际上，在冶金、发电设备制造、电力各行业共同努力下，国外钢种的国产化工作正如火如荼地展开，已取得了相当成果，如T23、T91/P91、T92、S30432在国内有部分厂家可部分供货，P92的国产化也有一定进展。然而，由于市场需求的原因，仍须加快其它钢种的国产化进程，同时应明确对国外钢种国产化的模糊认识。
　　为了进一步推进新型锅炉耐热钢国产化进程，结合我国国产化研究、应用中所遇到的情况，分析探讨了国外锅炉用钢国产化需要澄清的问题，希望有助于推动国外成熟锅炉用高等级耐热钢管的国产化。
2. 我国现行的锅炉用钢系列
　　由于我国高参数锅炉的设计制造技术系引进技术，故现行我国的锅炉用钢系列的钢种级别与国外的比较接近。该系列用钢主要结合了我国的GB5310标准中的钢号，采用ASTM/ASME+GB5310标准的用钢系列，主要有：20G、SA-210C/106C、T2、15CrMoG、T12/P12、12Cr1MoVG、T22/P22等，还使用了较多高等级的国外耐热钢种，如T23/P23、T91/P91、T92/P92、T122/P122、TP304H、TP347H、TP347HFG、S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）等。
3. 国外高等级耐热钢国产化进展
　　据前所述，这类钢种的国产化已取得重要进展，下面简要介绍国产化进展情况。
3.1 T23/P23
　　对T23，国内已经成功开发并实现供货、并在实际中得到应用。P23进展稍迟，这主要是锅炉设计上的材料选择原因造成，目前正在试制过程中。
3.2 T91/P91、T92/P92、T122/P122
　　T91/P91国内已经成功开发，多家钢管厂可以供货，并得到了应用；T92国内也开发成功，宝钢与常宝精特均可生产供货；P92目前只有北方重工具备供货能力，但产能有限；而T122/P122因国内设计时未选择此材料的原因，未进行国产化工作。
3.3 TP347HFG
　　因制造工艺明确，国内目前正在进行试制，持久试验正在进行之中。需要注意的是，由于标准中的成分范围较宽，在冶炼时应对其化学成分（C、Nb和Ni）进行适当调整。
3.4 S30432（SUPER304H）
　　经过多年的摸索，我国现已经对成分进行了优化、制管工艺业已明确。该钢种国内已经有多家钢管厂开发成功，并可以供货，也在实际中得到应用。
3.5 TP310HCbN（HR3C）
　　目前正在加紧进行研究，管坯成分已经参考日本住友的管子进行调整。正对国外实物管进行显微分析，以分析其制造和热处理工艺。钢管厂也进行了试制，持久试验正在进行，但目前除了个别钢管厂家外，多数厂家的试制管在700℃短时高温塑性不太理想，与国外实物管有一定差距。
4. 规程对国外钢种生产与使用规定
　　在锅炉安全技术监察规程（征求意见稿）的材料篇中，对国外钢种的生产与使用有一定要求，主要涉及到以下两个方面：
　　一是生产方面，对材料的生产单位生产国外钢种提出了“材料生产单位生产国外钢号的钢材时，应按照该钢号国外标准的规定进行生产和验收，批量生产前应通过产品鉴定”。这从我国的法规角度给国外钢种的国产化开了绿灯；另外，对ASME牌号的钢种，ASME规范并未有明确规定必须要经过ASME委员会或相应部门授权，这从ASME规范的角度看，我国也可以生产ASME牌号。
　　二是使用方面，对国内的锅炉制造单位在制造受压件采用国外钢种提出了要求，应符合：A）钢号应是国外锅炉用钢标准所列的钢号或者化学成分、力学性能、焊接性能与国内允许用于锅炉的钢材相类似，并列入钢材标准的钢号或成熟的锅炉用钢钢号。B）应按订货合同规定的技术标准和技术条件进行验收。对照国内锅炉钢标准如缺少检验项目，必要时应补做所缺项目的检验，合格后才能使用。C）首次使用前，应进行焊接工艺评定和成型工艺试验，满足技术要求后才能使用。D）锅炉强度计算应采用该钢材的技术标准或技术条件所规定的性能数据进行。F）用钢板焊制的钢管，应满足相应标准的规定。
　　这种规定表明，我国法规允许在锅炉中使用国外钢种的材料。
5. 国外钢种国产化存在的问题探讨
　　虽然有法规的许可，且国产化也取得了相当大的进展，但由于不同行业对法规和国产化仍有不同的解读，故仍有不少问题需要澄清。
①对国外钢种国产化的认识
　　值得注意的是，国内部分单位对国外钢种的国产化认识较为模糊，认为国外钢种国产化也属于研制新材料。这从法规角度看即是错误的。
　　因为，新研制的材料属于以前国内外从未研究、也未使用过的材料，钢材制造厂必须对此新材料的试验工作进行技术评定，评定内容较多，如化学成分、力学性能和组织稳定性、抗氧化性、物理性能、焊接性能、钢材的冷热加工性能、钢材制造工艺等全套数据（国外的新材料研制也是如此）。而国外钢种的国产化指的是仿制国外已经列入钢材标准的钢号或成熟的锅炉用钢钢号，这些钢种在国外研究很多、并已经广泛使用，在我国的国产化生产仅属于仿制，对其性能的考察主要以验证其重要的技术性能指标为主，其它的则可利用国外已有的数据作为参考。
　　在实际操作中，对国外成熟的受热面与管道用钢等在蠕变温度范围工作的材料，由于其工作部位的重要性，国内锅炉行业在其国产化问题上仍较为谨慎，至少要求进行“高温持久强度”性能试验，以确保最终使用的安全性；而对于抗氧化、抗腐蚀性、时效特性，一般并没有强制去要求试验，这是因为这些性能主要与成分、制造工艺与热处理相关；在成分、热处理与持久性能满足标准要求的前提下，可以借鉴国外已有的试验研究与实际运行数据。当然，经过进一步的试验，可以逐步积累更多的数据。
②持久试验验证方式
　　在我国，对持久强度的外推一般依据国家标准GB/T2339-1997《金属拉伸蠕变及持久强度试验方法》进行10倍时间的外推，以得出其10万小时的持久强度，但这需要较多的试验数据、且有较长的试验数据作为基础。该标准建议，要进行外推持久强度，至少应有三个应力水平每组做出三个数据，在单对数或双对数坐标用作图法或最小二乘法，绘制出应力-断裂时间曲线来进行计算外推。
　　目前，由于国外高等级的耐热钢种进入中国的时间并不长，国产化的试验数据积累并不多，一般是行业在钢管实际运行的最高温度或以下的某一温度进行试验，得出有限数据来进行外推验证。
　　由于持久试验的数据本身具有一定分散性的特点，因而冶金行业、锅炉行业与电力行业在国外钢种国产化后的使用上存在一定分歧。电力部门提出的分歧点主要有：国内提供的持久试验数据点少、时间较短，事实也的确如此。
　　但是，正如前面已述，由于国外已经有相当多的技术数据，国产化主要是以验证为主，验证应当如何进行却值得探讨。
　　在高温蠕变温度区间工作的钢材，其持久强度十分重要，因而国内对这类钢种均采用了进行持久验证方式，加上其它项目的配合验证。考虑到国内持久试验数据不多以及持久试验的数据有分散性的特点，为了更加准确地判断国内所仿制材料的性能是否满足标准要求或达到国外实物水平，认为除了将相关数据进行外推外、还应将国内有限的试验数据点与国外开发时的数据点所制的分散带比较；从数据外推与分散带的比较两个方面来印证国内生产的国外钢材是否满足要求，这样似乎更为合理。
　　图1是国产S30432样管在700℃下的持久数据点（外推持久强度均处于ASME Code case 2328-1的分散带内），与住友持久数据点的95%置信区间（700℃）比较。
　　从图中可以看出，这些数据均处于住友管的试验数据的95%的置信区间，说明国内试制的管子的持久性能满足标准的要求并达到国外实物管水平。
③不锈耐热钢的内壁喷丸
　　对锅炉用高温奥氏体不锈耐热钢管来说，采用对管子内壁喷丸，主要是为了提高其在高温下抗水蒸汽氧化性能。但对不同的奥氏体不锈耐热钢，是否必须如此，却有争议。
　　喷丸提高抗氧化性的原理是：内表面经喷丸后，在管子内表面形成具有一定深度的、大量晶体缺陷的形变层，为高温下工作的不锈钢管中的Cr元素提供快捷扩散途径，在运行早期就可在内壁次表面形成富Cr的、致密的氧化膜，作为保护膜防止了氧化的进一步进行，从而提高了钢管的抗氧化性。然而，细晶处理也能提高奥氏体不锈耐热钢管的抗蒸汽氧化性能，与喷丸处理的原理类似。
　　目前我国锅炉的设计制造技术来源是世界上主要的火力发电设备生产企业，如BHK、三菱重工和ALSTOM等；其设计所采用的新型高等级奥氏体耐热钢基本上均为S30432（SUPER304H）、TP310HCbN（HR3C）钢管。这几家公司对S30432的处理有所不同：有的用户要求对S30432管子进行喷丸，而三菱未对S30432钢管是否喷丸提出要求。
　　这三家公司作为世界著名的发电设备制造企业，生产了相当数量的超超临界锅炉且已经运行之中；在目前看来，并没有出现特别的、因S30432管子未喷丸造成了氧化而失效的严重现象。
④不锈耐热钢的晶间腐蚀
　　不锈耐热钢的晶间腐蚀与成分有关，锅炉用管在实际运行工况下并没有晶间腐蚀环境，不必强求钢种必须通过晶间腐蚀试验。因而，在国产化时，对不锈耐热钢的要求，首先其成分和高温性能等应满足规范的要求，之后才考虑其它性能。作为制管、生产、运输、储存等过程，均不能排除类似环境的可能性。因而，钢管制造厂应尽可能采取措施，弱化钢管的晶间腐蚀倾向，为后期部件的生产、制作、运输、储存等提供方便。
⑤产品鉴定与技术评定的差异认知
　　在发电设备用钢行业，技术评定一般称为技术评审，是指对比较重要的国外钢种国产化、或在研制新钢种时，钢厂试制出的钢材并试验评定得到认可后、小批量生产前的一个评审工作；而产品鉴定则是对新钢种或国产化钢号进行鉴定，应在应用后进行。在国内实际操作过程有所不同，并且有产品鉴定与技术评定（技术评审）混淆的现象，值得国内考虑如何改进。
⑥特种设备制造许可证
　　在锅炉规程（征求意见稿）的材料篇中，增加了钢材生产单位的资格证的要求，即“锅炉用钢板、钢管的生产单位应当取得相应的特种设备制造许可证”。这表明从法规层面，对钢材的制造商有要求。
6. 结语
　　随着我国对高效洁净能源的要求日益增长，火电超超临界机组会越来越多，随之对高等级材料需求也会越来越大。而国外的产能有限，导致从国外采购成本高昂、交货期长，要解决这一难题，国产化是唯一的途径。国内经过前期的艰辛努力，目前这些材料的国产化工作已经取得了一定进展，但限于基础研究不足、国内对这些钢种的国产化认识存在问题，在一定程度上延缓了国产化及应用进程。
　　期望法规制定部门、冶金行业、锅炉行业与电力行业加强沟通和合作，共同面对和解决材料国产化中的困难，消除模糊认识，为民族工业的发展做出自己的努力。