主蒸汽管道材料12Cr1MoVG與ASME SA-335 P22的對比

榮坤鵬

（中國電力工程有限公司，北京 100048）

0 引言

博茨瓦納Morupule B 4×150MW電站是由一家中國公司總承包的EPC項(xiàng)目,項(xiàng)目業(yè)主是博茨瓦納電力公司。電廠共有4臺循環(huán)流化床鍋爐, 每臺鍋爐左右側(cè)各配置了水冷包墻的外置式過熱器和再熱器。主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力為13.9MPa，540℃，過熱蒸汽流量520 t/h，再熱蒸汽出口壓力2.47MPa，再熱蒸汽出口溫度540℃。

主蒸汽管路材料鍋爐側(cè)使用SA-235 P91材料，汽機(jī)側(cè)使用12Cr1MoVG。業(yè)主認(rèn)為12Cr1MoVG材料為非ASME或歐標(biāo)材料，認(rèn)為12Cr1MoV性能低于ASME SA-335 P22，甚至質(zhì)疑設(shè)計(jì)選型不合格。就此,本文從材料應(yīng)用、化特性和化學(xué)成分特點(diǎn)闡述解釋了該設(shè)計(jì)選型的材料是能滿足性能要求的[1]。

1 關(guān)于12Cr1MoVG材料和應(yīng)用

12Cr1MoVG是中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的低合金耐熱鋼鋼管，是我國用于高壓鍋爐上的過熱器管和蒸汽管的主要鋼種。我國是50年代末60年代初根據(jù)前蘇聯(lián)12×1Mф鋼引用過來的（前蘇聯(lián)鋼號中化學(xué)元素代表：X-鉻、M-鉬、ф-釩），經(jīng)過上海成套院（前身為上海汽輪機(jī)鍋爐研究所）、哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠、上海材料研究所、首都鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司等單位多年來的試驗(yàn)研究、生產(chǎn)應(yīng)用及鍋爐運(yùn)行考驗(yàn)，已積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明該鋼是一個(gè)成熟的鋼種。同時(shí)，12Cr1MoVG材料也已經(jīng)在國內(nèi)外很多電廠主蒸汽管道設(shè)計(jì)選型中被廣泛采用。

1.1 12Cr1MoVG的特性

該鋼具有較高的熱強(qiáng)性和持久塑性，生產(chǎn)制造工藝簡單、安全可靠。國內(nèi)有不少電廠的蒸汽管道遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過105小時(shí)的設(shè)計(jì)使用壽命，并仍在持續(xù)運(yùn)行。國內(nèi)的超超臨界機(jī)組用12Cr1MoVG鋼管做集箱體（中溫段）替代SA-335 P22鋼管（上海鍋爐廠已用，并取得了良好的效果）。

該鋼的合金元素總含量雖然在2%以下，但在580 oC的105小時(shí)的持久強(qiáng)度比12Cr2MoG（相當(dāng)于SA-335 P22，詳見附錄A中“表1本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼牌號與其他相近鋼牌號對照表”，GB5310-2008）高很多。

表1 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼牌號與其他相近牌號的對照表

1.2 12Cr1MoVG（GB5310）和其它材料化學(xué)成分的比較

從表2可以看出，12Cr2MoG跟SA-335 P22含有相似的化學(xué)成分，含有SA-335 P22中所有的化學(xué)成分。在SA-335 P22所含所有化學(xué)成分之外，12Cr1MoVG還含有更少的Cr和Mo，同時(shí)還含有0.15～0.30的V。

表2 12Cr1MoVG 與其它材料的化學(xué)成分比較表

1.3 12Cr1MoVG與SA-335 P22機(jī)械性能比較

從表3中可見，12Cr2MoG與SA-335 P22的高溫屈服是相同的，但12Cr1MoVG由于鋼中增加V，高溫屈服強(qiáng)度較高[2]。

表3 12Cr1MoVG與12Cr2MoG、SA-335 P22高溫屈服值對比

1.4 主要合金元素Cr、Mo、V對于合金耐熱鋼的作用

Cr的主要作用是提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕能力,Mo通過固溶強(qiáng)化來提高鋼的熱強(qiáng)性,V是強(qiáng)烈形成碳化物元素，形成比Cr的碳化物更穩(wěn)定的V4C3或VC碳化物，起到沉淀強(qiáng)化的作用，V同時(shí)能通過細(xì)化晶粒提高鋼的強(qiáng)度和韌性。

下表列出一些耐熱鋼中V的含量，從表中可見，高等級的耐熱鋼中均含有與12Cr1MoVG含量相近的V，而SA-335 P22及以下較低等級的鋼中則未含有V。從上看出，P91與P9含有相似的化學(xué)成分。除V外，12Cr1MoVG與P22擁有相似的化學(xué)成分，但是他們的機(jī)械性能卻顯著不同，這是因?yàn)楹蠽成分在高溫時(shí)候體現(xiàn)的顯著作用。這意味著12Cr1MoVG或P91中的V的作用不可忽略。鋼在550℃以上時(shí)，除了固溶強(qiáng)化外，還要靠沉淀強(qiáng)化，因?yàn)楦邷叵耉的碳化物具有更好的穩(wěn)定性，要高于起固溶強(qiáng)化作用的其它元素的碳化物。所以，V的含量雖然不高，但對于提高材料的高溫性能具有非常重要的作用，絕不能忽略。另外，由于12Cr1MoVG總的合金元素含量更低，所以，具有更好的焊接性能[3-4]。

表4 V含量比較表

1.5 根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)、ASME和EN標(biāo)準(zhǔn)，12Cr1MoVG和SA-335 P22/P91的熱處理要求對比

從表5看出，12Cr1MoVG的最終熱處理溫度是720℃～760℃，SA-335 P91是730℃～800℃，二者的熱處理要求條件一致。

表5 材料熱處理要求

2 結(jié)語

綜上，我們得到這樣結(jié)論，首先12Cr1MoVG是一種成熟的材料，并被電力行業(yè)廣泛應(yīng)用。其次，12Cr1MoVG是種低合金鋼，其機(jī)械性能等于或略高于P22，尤其是使用在高溫工作條件下，這是因?yàn)槲⒘吭豓起到的作用。還有，P91和12Cr1MoVG有一樣的熱處理要求條件,二者焊接后的熱處理不存在問題[5]。

最終，經(jīng)過上述詳細(xì)論證，博茨瓦納項(xiàng)目業(yè)主打消了疑慮，接受了我們的論證結(jié)果。