Super304H奥氏体不锈钢的抗高温氧化性能

Super304H钢和TP304H钢晶间腐蚀敏感性节能和环保是建设节约和谐型社会的一个重要组成部分，要求新建的现代化发电厂在提高生产效率的同时不仅要节约能源，而且还要减少废物产生和限制环境污染，因此，作为世界上最为成熟的洁净煤发电技术之一的超临界(SC)和超超临界(USC)机组成为目前我国火力发电的必然趋势。

Super304H钢正是为满足USC机组用材需求而发展起来的一种新型细晶奥氏体耐热钢，它是在TP304H基础上通过调整化学成分和改进成材工艺使蠕变断裂强度和抗高温蒸汽氧化腐蚀能力大大提高，由于其高温许用应力大，在锅炉上应用时能显著降低锅炉制造成本，因而成为USC锅炉高温锅炉部件的主要首选材料之一。

在USC锅炉中，过热器和再热器受热面均布置在锅炉烟温较高的区域，因此管道在运行中所处环境条件最恶劣，其向火侧因钠钾硫酸盐存在引起严重腐蚀，而钠钾硫酸盐腐蚀性最强的温度在600～750℃。

由于Super304H钢的碳含量比TP304H钢有所提高，且在USC 锅炉中实际使用温度为600～650℃，因此，必须对Super304H钢的抗晶间腐蚀敏感性进行研究。

本文利用电化学动电位再活化法比较了Super304H钢和TP304H钢的晶间腐蚀敏感性，通过研究为Super304H钢的合理利用和国产化提供理论依据。

实验用Super304H钢管规格为Φ45mm×9mm，TP304H钢管的规格为Φ60mm×8mm，采用SPECTROLAB定量光谱仪实测化学成分见表1。

与TP304H钢相比，Super304H钢增加了C含量，降低了Mn含量，同时Super304H钢中新添加了Cu、Nb和N三种元素。

与ASTM 标准成分相比，Super304H钢中存在非标准规定元素Mo，推测是为提高钢的高温强度而加入的，其余元素中除N没检测到外基本都在标准规定的成分内。

表1 Super304H 钢和TP304H 钢的化学成分(质量分数，%)C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Nb NTP304H 0.08 0.48 0.87 0.024 0.005 18.56 9.56 - - - -Super304H 0.10 0.22 0.85 0.033 0.006 18.4 8.56 0.26 2.41 0.48 -采用线切割方法加工试样，按照标准制备试样，Super304H钢和TP304H钢各取3个试样，试样尺寸为1cm×1cm×0.3cm，工作面积为1cm×1cm。

奥氏体耐热钢 Super304H晶间腐蚀的影响摘要：本文针对神华国华寿光发电有限责任公司高温再热器Super304H钢管母材和接头发生晶间腐蚀问题，通过研究不同成分Super304H钢管对晶间腐蚀敏感性的影响规律，以及不同焊接工艺对Super304H钢管接头晶间腐蚀敏感性的影响规律，并对送检的#1锅炉和#2锅炉的焊接接头进行晶间腐蚀裂纹检验。

关键词：奥氏体耐热钢；Super304H；晶间腐蚀；影响分析1 Super304H钢概述日本住友金属株式会社和三菱重工于20世纪80年率先开发了Super304H（18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）奥氏体耐热不锈钢作为超超临界机组过热器和再热器材料。

该材料目前已被纳入日本METI标准，牌号为SUS304JIHTB，同时于2008年被列入ASME SA-213M（2008补遗），对应的牌号为S30432，而该材料在欧洲被命名为DMV304HCu。

2 Super304H钢晶间腐蚀的研究现状Super304H钢在日本应用已超过10多年，而在国内也开始大量使用。

目前国外研究主要集中在Super304H钢的高温力学性能、抗氧化性能等方面，而国内研究主要在制造工艺、元素作用机理尤其是强化机理、焊接性能、时效性能等方面。

同时，由于Super304H钢的服役温度为650℃左右，是M23C6沿晶析出的敏感温度，容易导致晶间腐蚀的发生，并且国内外也出现了有关耐热不锈钢因晶间腐蚀诱发开裂的报道。

3 Super304H钢晶间腐蚀原理目前，晶间腐蚀的机理主要有“贫化理论”和“晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论”。

其中奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界附近贫铬所致，其主要原因是：Cr23C6的沿晶析出消耗了大量的元素，而Cr在奥氏体中扩散速率很慢，导致晶界附近损失的Cr没有得到补充，从而形成贫铬区。

此外，含稳定化元素的不锈钢中游离的Cr沿晶析出型MC碳化物也会导致晶界附近贫铬。

晶界区杂质或第二相选择性溶解理论认为，当非敏化不锈钢晶界析出了σ相（FeCr金属间化合物）或是有杂质如（如P、Si）偏析时，在强氧化性介质中便会发生选择性溶解，从而导致晶间腐蚀。

sus304h化学成分标准国标SUS304H是一种标准的不锈钢材料，它符合国家标准。

在写这个材料的化学成分标准之前，我们先了解一下不锈钢的基本概念。

不锈钢是一种合金，主要由铁、铬、镍和其他元素组成。

它的名称“不锈钢”是因为它具有抗氧化、耐腐蚀的特性，不易生锈。

不锈钢具有很高的强度和耐久性，广泛应用于制造业，包括建筑、汽车、家电等领域。

SUS304H是一种高层次的不锈钢材料，它具有较高的抗拉强度、硬度和耐高温性能。

下面是它的化学成分标准：1.碳（C）含量：不超过0.04%碳是不锈钢中的主要合金元素之一，它可以增加不锈钢的硬度和强度。

但是，在SUS304H中，碳的含量被控制在较低水平，以确保不锈钢仍然具有良好的耐腐蚀性能。

2.硅（Si）含量：不超过1.00%硅是一种常见的合金元素，它在不锈钢中具有增强杂质元素的作用。

在SUS304H中，硅的含量被限制在较低水平，以确保不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和高温强度。

3.锰（Mn）含量：不超过2.00%锰是一种强化元素，可以增加不锈钢的强度和硬度。

在SUS304H 中，锰的含量较低，以确保不锈钢具有良好的抗氧化性能和高温强度。

4.磷（P）和硫（S）含量：不超过0.045%磷和硫是常见的杂质元素，在不锈钢中对耐腐蚀和耐高温性能有负面影响。

因此，在SUS304H中，磷和硫的含量被严格控制在较低水平。

5.铬（Cr）含量：18.0-20.0%铬是不锈钢中最重要的合金元素之一，它赋予不锈钢优良的耐腐蚀性能。

在SUS304H中，铬的含量被控制在18-20%之间，以保证不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。

6.镍（Ni）含量：8.0-10.5%镍是另一个常见的合金元素，它可以提高不锈钢的硬度和耐腐蚀性能。

在SUS304H中，镍的含量被限制在8-10.5%之间。

总的来说，SUS304H不锈钢材料的化学成分标准是碳含量不超过0.04%，硅含量不超过1.00%，锰含量不超过2.00%，磷和硫的含量不超过0.045%，铬含量在18.0-20.0%之间，镍含量在8.0-10.5%之间。

国产Super304H钢高温持久后微观组织与性能田晓;秦承鹏;徐慧;李益民;杨百勋;肖国华【摘要】为促进国产Super304H钢的推广应用,采用硬度测试、金相组织分析、透射电镜(TEM)分析、扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)分析等对国产Super304H钢在600、650、700℃高温持久后的微观组织及性能进行了试验研究结果表明:在高温持久过程中,国产Super304H钢基体组织稳定,晶粒无明显变化,其硬度的升高主要与第二相的析出有关,析出相主要为ε-Cu、二次Nb(C,N)和M23C6,细小弥散的ε-Cu、二次Nb(C,N)使Super304H具有较高的强度.Super304H钢在高温持久过程中的组织老化主要表现为M23C6在晶界聚集、沿晶界呈链状分布,以及颗粒尺寸粗化.国产Super304H钢持久10 000h后,其强度、硬度仍处于较高水平,组织状态良好.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2015(048)009【总页数】7页(P49-55)【关键词】超临界机组;国产Super304H;高温持久;析出相;硬度;组织老化【作者】田晓;秦承鹏;徐慧;李益民;杨百勋;肖国华【作者单位】西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710032【正文语种】中文【中图分类】TG142;TK223Super304H钢是日本住友金属株式会社和三菱重工在TP304H钢的基础上，通过降低Mn含量，加入Cu、Nb和微量N开发的钢种，具有较高的许用应力和良好的抗腐蚀、抗氧化性能，被广泛用于超（超）临界锅炉受热面高温部件。

自2003年始，国内的特钢企业、研究院所与锅炉制造厂协作开展Super304H钢的国产化研制，2004年宝钢特钢分公司及太原不锈钢公司先后熔炼出Super304H钢锭，随后部分不锈钢制管企业开始进行Super304H钢管的试制，逐步实现了Super304H钢管的国产化［1］。

高温再热器Super304H与T91异种钢接头开裂失效分析蔡志强;林雪松;邓永龙;落志祯【摘要】对国内首台600 MW循环流化床锅炉外置床内的高温再热器Super304H与T91异种钢接头开裂进行了失效分析.分析结果表明开裂原因为结构设计不当,该管段不能自由膨胀;加上该焊接接头熔合区存在界面突变,容易引起应力集中,在高温环境下长期运行后,抗高温蠕变性能较差T91侧出现蠕变孔洞,在熔合区形成蠕变裂纹:因此最终发展为宏观裂纹而失效.根据分析结果,提出将该异种钢接头布置在密封盒上方,且增加接头至联箱之间管程弯头数量的整改方案.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2016(039)002【总页数】3页(P88-90)【关键词】循环流化床;异种钢接头;失效分析;设计不当;蠕变孔洞;应力集中【作者】蔡志强;林雪松;邓永龙;落志祯【作者单位】四川省电力工业调整试验所,四川成都610072;四川省电力工业调整试验所,四川成都610072;四川省电力工业调整试验所,四川成都610072;四川省电力工业调整试验所,四川成都610072【正文语种】中文【中图分类】TK223.3随着火力发电站向超超临界机组发展，由于温度和压力等高参数的影响，锅炉受热面管对材质的要求越来越高，具有高热强性和高抗氧化性的铬镍奥氏体不锈钢(Super304H)及马氏体耐热钢(T91)便大量出现在锅炉受热面的高温高压段，因此就难免出现该两类钢种的异种焊接问题[1-2]。

但由于这两类钢的化学成份、金相组织、机械性能及热膨胀系数存在较大差异，焊材的选择又通常是采用低匹配原则，容易导致在焊接接头两侧的熔合区产生较为复杂的金相组织及化学成分的不均匀性，使焊接接头在使用过程产生过早失效[3]。

国内首台600 MW超超临界循环流化床机组自2013年4月168 h试运行通过后至今，两侧外置床内靠近高温再热器出口联箱的高温再热器出口管段管屏发生3次多处异种钢接头开裂，开裂的接头位于密封盒内，接头距离上部高温再热器出口联箱管程大约为1.5 m，且仅设计了一处145°弯头作为膨胀伸缩量。

火电厂锅炉用耐高温强度经济型18-8系不锈钢（Super304H）开发Yoshiatsu SawaragiKazuhiro OgawaShinichiro KatoAtsushi NatoriSusumu Hirano住友金属工业公司大阪&东京,日本火电厂锅炉用耐高温强度经济型18-8系不锈钢（Super304H）开发摘要火电厂锅炉过热器用管要求使用具有耐高温强度的经济型奥氏体材料。

基于这种要求，这种新型钢（超级304H）被开发出来。

与ASME SA-213 TP347H相比，这种钢在600-700℃的许用应力要高20％。

其卓越的蠕变持久强度是在富Cr相、NbCrN、Nb（C，N）和M23C6的沉淀强化作用下得到的。

超级304H具有稳定的微观结构，充分的抗蒸汽氧化性，抗高温腐蚀性和可焊性。

基于这些优异的性能，我们可以得出结论：出于经济和实用考虑，超级304H 用作锅炉管，其前景是广阔的。

1.前言对应用在火电厂超超临界锅炉过热器和再热器领域中具有高强度、抗腐蚀性能良好的奥氏体合金的研究已经有很多了。

针对这些应用，我们已经开发了HR3C （25Cr-20Ni-Nb-N）和HR6W（23Cr-43Ni-6W）管。

同时即便在诸如SUS321HTB，SUS347HTB 18-8型奥氏体不锈钢仍在广泛使用的情况下，为了通过减薄钢管的壁厚达到降低成本的目的，对惯用于蒸汽条件下的具有高强度的奥氏体不锈钢的研究是经常性的。

诸如17-14CuMo，15-15N，AN31，Esshete1250，12R72都是高强度的奥氏体不锈钢。

这些钢具有通常的15Cr-15Ni的化学成分，但由于Cr含量相对降低，这些钢与18-8不锈钢相比其抗腐蚀性能要差一些。

超级304H （0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）是一种高强度的18-8型不锈钢，它是一种经济型钢，不含有昂贵的合金元素，如Mo，W等。

由于细晶粒度，因此超级304H具有良好的抗蒸汽氧化性，另外，还具有良好的可焊性。

超级304H钢在矿物燃料锅炉中需要有经济性和高温性能好的奥氏体耐热钢不锈钢材料制造过热器，为此日本住友公司开发了超级304H。

超级304H是在TP304H不锈钢基础上成功开发的01C-1 8Cr-9Ni-3Cu-Nb经济型奥氏体不锈钢。

其优越的高温蠕变强度不是靠贵重的合金元素W、Mo的强化获得，而是通过廉价的Cu、Nb、N，由富Cu相的Cu、Nb、N（C、N）M23C 3质点的弥散强化获得。

超级304H在成份上较大的特点是：为提高高温蠕变强度添加了3%左右的Cu，并通过复合添加的Nb和N，力求获得高强度化和高韧性化。

试验证明3%的C u和0.45%的Nb为最佳匹配。

此时，能获得高温强度、韧性和耐腐蚀性均良好的新型奥氏体不锈钢。

这种由富Cu相质点的弥散强化的新型奥氏体不锈钢，650-700℃的高温蠕变强度是通常TP304H奥氏体不锈钢的1.7-1.9倍，是通常TP347H奥氏体不锈钢的1.3-1.5倍。

其650℃的许用应力比TP304H提高90%，比TP347H提高31%，700℃的许用应力比T P304H提高90%，比TP347H提高49%。

该钢种耐高温腐蚀特性和耐蒸汽氧化特性都比T P304H、TP347H有所改善，其焊接性和经济性比TP347H优越。

日本有关公司将Super304H钢管进行长期实际锅炉挂管试验，将Super304H钢管插入到过热器上段。

两年半的实际锅炉工况运行后，取出试样管进行各种试验。

对外径和壁厚进行测量没有发现时效变化，内壁表面酸洗后没有观察到高温腐蚀的桔皮状缺陷；显微组织没有发现产生脆化重要原因的σ相金属化合物析出；试样的冲击值几乎没有降低；强度有所上升；延伸率有所降低。

其性能与TP347H相当。

试样在600℃的蠕变断裂强度比原材料有所提高，原因是有Cu的富集相析出。

因此Super304H在使用运行后不会导致强度降低。

S uper304H钢在日本的超临界、超超临界锅炉中已经应用。

新型奥氏体耐热不锈钢Super304H焊接工艺浅析发布时间：2022-01-20T05:03:05.065Z 来源：《新型城镇化》2021年24期作者：刘云春周石鸿[导读] 希望能为相关专业人员及相同类型材料焊接提供一定的参考和借签。

中国电建集团贵州工程有限公司贵州贵阳 550003摘要：本文针对公司在超超临界机组建设施工中，由于Super304H不锈钢焊接工艺在公司内尚属空白，因而有必要对新型奥氏体耐热不锈钢Super304H的焊接工艺进行探讨及分析，希望能为相关专业人员及相同类型材料焊接提供一定的参考和借签。

关键词：超超临界机组，新型奥氏体耐热不锈钢，焊接工艺1 前言为满足国民经济需求和环境保护的需要，国内新建的大型机组广泛选用了大容量、高参数的超超临界机组。

由于超超临界机组的蒸汽温度高达570～649℃，对锅炉机组蒸汽管道材质的机械性能提出跟高的要求，新型奥氏体不锈钢具有较高的蠕变断裂强度, 在高温下具有优良的机械性能和抗蒸汽氧化和耐热腐蚀的性能，故新型奥氏体不锈钢广泛应用于锅炉机组的过热器、再热器蒸汽管道制造方面。

2 Super304H钢的发展Super304H钢是TP304H钢的改进型，是在TP304H钢的基础上添加3%的Cu和0.4%的Nb,以及微量的B、N。

以下为Super304H钢和TP304H 钢化学成分表表1：Super304H钢和TP304H钢化学成分表/%从上表可以看到，Super304H钢与TP304H钢相比，Super304H钢的碳含量稍有增加，而Si、Mn、Cr、Ni含量都有一定程度的降低，添加了Cu、Nb、B、N元素。

钢中加入Ｎｂ、Ｍｏ等碳化物形成元素，能够在时效过程中析出稳定的碳化物，不仅可以提高抗晶问腐蚀能力，而且还可以提高强度；利用Ｎ在奥氏体中的溶解度比Ｃ高，加入Ｎ一方面可以稳定奥氏体相，另一方面可以起到固溶强化和析出强化效应；而加入Ｃｕ因析出细小的沉淀相起到极强的强化作用。