隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的發(fā)電技術和裝備正在高速發(fā)展。截至2015年底，我國電力裝機規(guī)模達15.3億千瓦。就我國電力結(jié)構(gòu)看，煤電裝機占比高達60%，而核電裝機占比僅為1.8%，電力結(jié)構(gòu)存在著較大的調(diào)整空間。

此外，我國已向國際社會承諾，2020年非化石能源消費比重達到15%左右。為此，發(fā)展大容量、高參數(shù)、高效率的超超臨界（USC）發(fā)電技術，降低火電機組供電煤耗，控制火電裝機規(guī)模，擴大核電等清潔能源的裝機規(guī)模，已成為我國電力裝備發(fā)展的方向。

隨著發(fā)電技術的發(fā)展，機組關鍵部件的性能和質(zhì)量要求也越來越高。作為火電站和核電站建設的關鍵部件之一，不銹鋼無縫管的性能和質(zhì)量直接影響著火電發(fā)電效率和核電安全。

本文將對USC火電站和核電站用不銹鋼無縫管的現(xiàn)狀作簡要闡述。

2 USC火電站用不銹鋼無縫管

2.1 市場需求

2016年，國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020）》。根據(jù)《規(guī)劃》，預計2020年全國電力裝機容量達20億千瓦。其中，煤電裝機容量占比仍將達到55%左右。這意味著，“十三五”期間，煤電仍是我國電力供應的主體。

此外，《規(guī)劃》布置了“全面掌握擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的超超臨界機組的設計、制造技術；以高溫材料為重點，加快攻關700℃超超臨界發(fā)電技術；研究開展中間參數(shù)等級示范，實現(xiàn)發(fā)電效率突破50%。推進自主產(chǎn)權(quán)的60萬千瓦級超超臨界CFB發(fā)電技術示范。”的重點任務。

目前，我國第一臺31MPa/600℃/620℃/620℃二次再熱機組已于2015年在華能安源電廠投運。高參數(shù)超超臨界機組的建設和現(xiàn)役機組的參數(shù)改造勢必將帶來對高性能不銹鋼管的巨大需求。

2.2 性能要求

鍋爐是火電機組三大主機之一，其過熱器和再熱器是承受工作環(huán)境最為惡劣的部件，面臨高溫、高壓、蒸汽氧化以及煙氣腐蝕的考驗，是材料要求最高的部件，需同時具備以下條件：

1） 常溫力學性能：高的抗拉強度和屈服強度，良好的沖擊韌性；

2） 高溫性能：優(yōu)異的高溫持久強度，抗蠕變性能，良好的高溫組織穩(wěn)定性；

3） 化學性能：良好的高溫抗氧化性能，抗煙氣腐蝕性能；

4） 工藝性能：優(yōu)良的熱加工性能、焊接性能及熱彎曲性能；

5） 物理性能：低的熱膨脹系數(shù)和良好的導熱性；

6） 良好的經(jīng)濟性：選擇高性價比的材料。

奧氏體不銹鋼的Cr、Ni含量較高，具有較高的蠕變強度、良好的組織穩(wěn)定性、優(yōu)良的抗煙氣腐蝕和蒸汽氧化性能以及良好的焊接性，在高溫、高壓、對煙氣腐蝕和蒸汽氧化有較高要求的鍋爐受熱部件上應用十分廣泛。過熱器和再熱器用管一般也采用奧氏體不銹鋼制造。

2.3 USC火電站用不銹鋼無縫管產(chǎn)品標準

歐、美、日等全球不銹鋼老牌生產(chǎn)國家和地區(qū)，早在20世紀90年代，已建立了較為完善的標準體系。其中，美國在這一領域一直保持著領先地位。電站鍋爐用奧氏體無縫管的常用標準見表1。

我國標準水平與美標存在著較大差距，尤其在鋼種數(shù)量上差距明顯。ASME SA213/SA213M-2015含鋼74種，奧氏體鋼56種，而GB 13296-2013僅含鋼29種，奧氏體鋼26種。此外，美標修訂十分頻繁，而我國標準已多年未更新修訂。

目前，我國超超臨界發(fā)電技術已經(jīng)達到世界先進水平，材料問題已經(jīng)成為其發(fā)展的瓶頸問題。為適應我國超超臨界技術的發(fā)展，新鋼種的研發(fā)已迫在眉睫，加速其評審納標以及相關標準的制修訂，也是十分必要的工作。

2.4 USC機組過熱器及再熱器管道材料

20世紀初，18Cr-8Ni和（15%-20%）Cr-（20%-40%）Ni系不銹鋼的開發(fā)，為后續(xù)一系列鉻鎳系耐熱鋼的發(fā)展奠定了基礎。隨著超臨界機組、超超臨界機組的發(fā)展，國內(nèi)外學者一直致力于開發(fā)適應火力發(fā)電機組需求的新型奧氏體不銹鋼管材料，如TP304H、TP316H、TP321H、TP347H/HFG、Super304H、HR3C等。

目前，我國已經(jīng)運行或正在建設的超超臨界機組的蒸汽溫度已達到600℃，從性能和成本考慮，現(xiàn)役超超臨界機組過熱器和再熱器管道主要采用TP347H，Super304H 和HR3C 三種，特別是Super304H和HR3C應用最為廣泛。

然而，服役過程中，Super304H和HR3C的不足之處也逐漸暴露出來。Super304H雖具有較高的高溫持久強度，但由于Cr含量僅為18wt%，其抗高溫氧化/煙氣腐蝕能力不足。服役過程中，Super304H將產(chǎn)生大量氧化鐵皮，給機組維護工作帶來極大困難。HR3C的抗高溫氧化/煙氣腐蝕性能優(yōu)異，但高溫持久強度偏低，且服役過程中沖擊韌性惡化嚴重。

Super304H和HR3C均不能滿足我國超超臨界機組向700℃或中間參數(shù)等級發(fā)展的需求。

Sanicro25是由瑞典SANDVIK公司開發(fā)的一種高溫性能極佳的新型奧氏體耐熱鋼，其650℃/105h持久強度可達165MPa，遠高于其他鋼種。但是，Sanicro25合金化程度也明顯高于其他鋼種，Co和W的添加也將大大增加煉鋼和制管難度，預計其成品價格也將遠高于現(xiàn)役材料。目前，Sanicro25尚未在我國超超臨界機組中獲得應用。

SP2215是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、經(jīng)濟型奧氏體耐熱鋼。SP2215是在深入研究TP347H/HFG、Super304H、HR3C等材料合金化本質(zhì)及強化機理后，采用多相復合強化機制（MX+Cu-rich+NbCrN）而開發(fā)出來的，兼具了Super304H的高持久強度和HR3C的抗高溫氧化能力。

目前，SP2215已經(jīng)完成煉鋼和制管工作，性能測試及評審鑒定工作正在有序推進。650℃/105h高溫持久試驗已進行約10000h，依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)外推的持久強度不低于130MPa，高于Super304H和HR3C；650℃抗蒸汽氧化試驗已超過2000h，其抗蒸汽氧化性能優(yōu)于Super304H，預計與HR3C相當。此外，SP2215的Cr+Ni含量僅為37%，采用的煉鋼及制管工藝與Super304H和HR3C無異，性價比優(yōu)勢十分明顯。SP2215有望成為HR3C和Super304H的替代材料，以及中間參數(shù)等級超超臨界示范機組過熱器和再熱器的候選材料。

3 核電用不銹鋼無縫管

目前，我國核電工業(yè)正處在高速發(fā)展期，完成了三代AP1000 技術引進消化吸收，并形成了自主品牌的CAP1400和華龍一號三代壓水堆技術。

“十三五”期間，全國核電投產(chǎn)約3000萬千瓦、開工3000萬千瓦以上，2020年裝機達到5800萬千瓦。截至 2016 年1月，我國大陸運行的核電機組30臺，總裝機容量2831萬千瓦，在建的核電機組24臺，總裝機容量2672萬千瓦。其中，在建的核電機組數(shù)居********，在建以及運行機組總數(shù)位居世界第三。隨著核電工業(yè)的高速發(fā)展，核電站用不銹鋼管的需求也將顯著增加。

目前， 我國在建和籌建的核電站均以技術性和安全性十分成熟的壓水堆核電站為主。在壓水堆核電站建設和機械設備制造中使用的無縫鋼管可分為四大類， 即碳素鋼/碳錳鋼/低合金鋼類、鉻鉬鋼類、不銹鋼類和鎳基合金類。其中，不銹鋼無縫管在核電站（冷卻劑）主管道、冷卻劑相關一回路管道、蒸汽發(fā)生器的傳熱管以及蒸汽疏水管線等關鍵部件均有應用。

然而，我國的核電建設起步較晚，核電站設計及設備制造長期依賴國外技術，核電管材料采用國外標準和國外牌號鋼種，給國內(nèi)采購和生產(chǎn)帶來很多問題。直至2009年，GB 24512.1—2009《核電站用無縫鋼管第1部分：碳素鋼無縫鋼管》和GB 24512.2—2009《核電站用無縫鋼管第2部分：合金鋼無縫鋼管》兩項國家標準發(fā)布；2014年，GB 24512.3—2014《核電站用無縫鋼管 第3部分:不銹鋼無縫鋼管》發(fā)布。這3項標準的頒布實施將有力推動我國核電用無縫鋼管性能和質(zhì)量的提高，并為我國核電用無縫鋼管標準體系的建設奠定基礎。

4 總結(jié)

我國火力發(fā)電技術已達到世界先進水平，發(fā)電機組正在向大容量、高參數(shù)、高效環(huán)保的方向發(fā)展。適應USC技術發(fā)展的高性能奧氏體不銹鋼無縫管的研發(fā)已迫在眉睫。

具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、經(jīng)濟型奧氏體耐熱鋼SP2215有望成為HR3C和Super304H的替代材料，以及中間參數(shù)等級超超臨界示范機組過熱器和再熱器管道的候選材料。

我國核電工業(yè)正處在高速發(fā)展期，核電站用不銹鋼管需求量大。核電站用不銹鋼無縫管標準也已頒布實施，為我國核電用不銹鋼無縫管性能和質(zhì)量的提高以及核電用無縫管標準體系的建設奠定了基礎。