寶鋼特鋼發力光熱發電用鎳基合金及不鏽鋼產品，已應用

光熱發電系統的各個環節不可避免要用到各種形式和等級的不鏽鋼產品，而不鏽鋼產品的耐腐蝕效能則是其中關鍵的指標。特別是在以熔鹽為傳熱和儲熱介質的光熱電站中，會使用到大量的熔鹽，由於熔鹽具有一定的腐蝕性，而且還必須在500多度的高溫下執行25-30年，這要求與他們接觸的必須是高效能的不鏽鋼材料。此外，在光熱電站的太陽島部分，聚光器的支架製造也需消耗大量鋼材。因此說，要保障光熱電站的可靠性，好品質的鋼材也非常關鍵。寶鋼特鋼有限公司（下文簡稱“寶鋼特鋼”）的發展一直瞄準國家戰略性新興產業和先進裝備製造業，對於太陽能熱發電這一新生領域，寶鋼特鋼也發力頗早，其不鏽鋼、鎳基合金板管已成功應用於塔式太陽能熱發電系統中。在由國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟發起主辦的第三屆中國太陽能熱發電大會上，寶鋼特鋼高階工程師、寶鋼研究院首席研究員馬天軍對太陽能熱發電裝備用鎳基合金及不鏽鋼產品的研發進行了介紹。相關發言內容整理如下：

圖：馬天軍研究員在第三屆中國太陽能熱發電大會上作報告

一、太陽能熱發電工程應用業績

1、首航節能10 兆瓦塔式熔鹽專案

寶鋼特鋼與首航節能合作開發的SHBG-2鎳基合金板管和TP347H板材應用於首航節能10兆瓦塔式熔鹽專案。

圖：SHBG-2鎳基合金熱軋板（左）和SHBG-2鎳基合金無縫管（右）

2、深圳愛能森宿遷200kW熔鹽塔式專案

寶鋼特鋼UNS N06625合金無縫管應用於愛能森宿遷200kW塔式專案。2016年4月，寶鋼特鋼完成UNS N06625鎳基合金管材試製，效能滿足要求。 2016年12月16日， 深圳愛能森宿遷200kW熔鹽塔式專案發電成功。

3、首航節能100兆瓦塔式熔鹽專案

寶鋼特鋼與首航節能合作開發的SHBG-2和UNS N06230鎳基合金板管將應用於首航節能100兆瓦塔式熔鹽專案中。2016年3月，寶鋼特鋼與首航節能簽署100兆瓦塔式熔鹽專案用SHBG-2和UNSN06230合金板材和管材合同；2016年7月， 寶鋼特鋼已完成部分合同的製造，效能滿足要求。

二、太陽能熱發電裝置用產品製造生產線

1、板材製造產線

我們的板材主要有兩種途徑，鎳基合金主要是第二種，TP347不鏽鋼採用電爐加連鑄工藝。

圖：板材生產線主要裝備

主要裝備有：1）立式連鑄：40噸EAF+LF+AOD+立式連鑄機，年產能30萬噸；2）爐卷熱軋：初軋機及爐卷軋機，年產能28萬噸；3）冷軋：森吉米爾冷軋及二冷精密冷軋，年產能7。5萬噸；4）熱處理、酸洗：線上熱處理及酸洗裝備。

2、管材製造產線

鋼管主要有幾種，一是電爐加連鑄，一種是特種的冶煉，加鍛造；鋼管是用擠壓機來做，更適合高效能的產品，後續有冷拉，冷軋等不同規格的產品。

主要裝備有：1）熱擠壓：2500噸擴孔機，6000噸臥式擠壓機，年產能2萬噸；2）冷軋管：高速冷軋及精密冷軋機組，年產能0。5萬噸；3）核電U型管：精密冷軋、制管及特殊熱處理裝備，年產能0。1萬噸。

圖：管材生產線主要裝備

三、太陽能熱發電裝置用鎳基合金研究進展

1、塔式熔鹽光熱發電裝置用鎳基合金板管研製進展

下面我介紹一下太陽能熱發電的鎳基合金的主要產品，我們有以下幾個牌號，其中SHBG-2是我們和首航節能一起開發的。

在研究進展上，我們透過研究冶煉過程的工藝路徑、脫氧、成分控制、夾雜物控制、偏析控制、澆鑄等工藝技術以開發出了超低氣體含量、超純淨的合金冶煉關鍵技術，確保了產品高的純淨度，突破鎳基合金高純淨化冶煉技術。

圖：寶鋼鎳基合金（625）

透過研究對加熱工藝、變形工藝、變形方式、鍛造火次、終鍛溫度、道次壓下量、鍛造比等的研究，大錠型產品變形均勻、無內部缺陷，表面質量好，尺寸精度高。鎳基合金鍛棒最大規格近Φ600mm，產品效能優異，UT合格。突破鎳基合金無缺陷管坯鍛造工藝技術。

綜上所述，我們鎳基合金板管研製進展有：1）透過熱加工效能研究，實現了難變形合金長扁坯鍛造，熱軋鋼捲成功率提升，及寬幅超長薄鋼板熱軋生產。2）透過冷加工效能研究，實現了難變形合金冷軋卷板形的控制，超薄（0。4mm）帶材首次試製成功。3）透過效能控制技術研究：掌握了不同厚度對熱處理工藝的影響規律；熱處理對晶粒組織的影響規律和組織對常、高溫效能的影響規律。

圖：鎳基合金板管研製引數

我們研究了難變形鎳基合金熱變形行為、熱擠壓加熱溫度、擠壓速度和潤滑工藝，掌握了合理的熱變形工藝溫度視窗和熱擠壓工藝，實現了難變形鎳基合金管材的批次試製。

此外，我們在熱軋板和冷軋全流程的工藝上也有所突破，在10年前，中國還不能做這種產品的中板，還有鋼卷，到現在國內625鋼卷只有我們一臺爐卷軋機能夠成卷，這是小眾產品，國際上只有幾家在做。我們已經開發出SHBG-2、625和6230鎳基合金系列板管產品。

圖： 大口徑UNS N06625合金管材

圖：鎳基合金板

除了光熱發電領域的技術突破，寶鋼特鋼這幾年還在核電，航空航天等領域投入非常大。如今，我們的鎳基合金板可應用於塔式熔鹽發電吸熱器製造、高溫氣冷堆核電蒸發器、煤化工等行業。

2、塔式熔鹽光熱發電裝置用鎳基合金板管產品關鍵效能

圖：UNS N06625、UNS N06230化學成分特點

625符號是什麼產品呢？大家可以看一下，這個產品鐵是小於5%，真正的合金，它的硌20%左右，鎳60%，9%的鉬，3。5%的鈮。它是一種Mo含量較高的Ni-Cr-Mo-Nb固溶強化耐蝕合金，固溶態具有典型的純奧氏體組織；該合金不僅含有較高的Cr、Ni元素而且有較高的Mo和Nb元素，具有優異的疲勞強度和抗氯離子應力腐蝕開裂能力。

6230合金是一種W含量較高的Ni-Cr-Mo—W固溶強化耐蝕合金，固溶態具有典型的純奧氏體組織；該合金加入W元素，提高了該合金的高溫強度和抗疲勞效能。

圖：SHBG-2、UNS N06625、UNS N06230合金高溫效能

除了做產品，這些年我們也在轉型，研發部門關鍵要做應用，包括這個產品有什麼效能，應用在哪些工況上。像625應用的腐蝕環境是很多的，因此在研究方面，我們也比較重視腐蝕，腐蝕是比較複雜的。我們也組建了一些腐蝕的團隊。對比發現，SHBG-2在硝酸類耐腐蝕是最好的。

圖：UNS N06625、UNS N06230合金模擬600℃ 熔鹽的腐蝕效能

（引自文獻《Materials Corrosion of High Temperature Alloys Immersed in 600℃ Binary Nitrate Salt 》）

這是模擬在高溫下的腐蝕情況，腐蝕座標是越小腐蝕資料越低，625是比較好的。這塊是比較重要的。我看這幾天報告大家集中在各種鹽，但是實際上這個鹽的變化以後，除了裝鹽的容器，管道能不能承受這種腐蝕也需要考慮。這種腐蝕研究比較重要，國內現在能夠做的也不多，我們正在跟復旦大學做這塊的研究，一些相關的鹽對這個材料的腐蝕效能的研究。

另外，熱發電用的材料，尤其是吸熱器，受熱不均勻，會有冷熱交替迴圈等情況。溫度提高對疲勞的影響是很大的。我們以前做過航空發動機上用的疲勞測試，600度冷到20度的時候，和700度、800度、900度，它的疲勞性，就是裂紋擴充套件速率，迴圈的次數差別非常大。

圖：UNS N06230和UNS N06625合金冷熱疲勞擴充套件速率比較

實際上金屬組織情況對效能影響非常大，特別是長期使用的效能，我們可以看，625的組織可以控制比較大，細小的綜合疲勞這種效能，我們可以透過熱處理，還有一些雜質工藝來調整組織情況，所以我們要知道工況怎麼用這個材料，這個材料將來應用會更好。

下面的圖是我們在高溫氣冷堆上做的，這個曲線也是煤電電站做評價一張很重要的圖。一般是用1萬小時推算10萬小時，得到一個應力，這個應力作為設計管道壓力的基礎，所以，我們為什麼這種產品特別難，我們研發，除了核心化成本高以外，還有個時間成本，一般是1萬小時推10萬，還有2萬小時，3萬小時推30萬，你要用30年，10年它的時間成本特別長，因為這個材料並不是說在700度，600度組織會有一些變化，還有一些吸儲物，在組織過程中會變性，隨著時間的增加，它的持久強度一直在下降。這套資料不能用理論推算。

圖：UNS N06625合金高溫永續性能

總結來說，我們在鎳基合金板管新技術突破主要包括：突破太陽島集熱塔用鎳基合金薄壁、超長管材的製造技術；鎳基合金軋製複合板試製成功，並實現商業應用；鎳基合金配套焊接材料研製成功，並已應用推廣。

四、太陽能熱發電裝置用耐熱不鏽研究進展

1、寶鋼特鋼耐熱鋼研發生產概述

1）長期為亞臨界電站研發生產的主要耐熱鋼材料：TP304H、TP321H、TP347H、T/P91、R102……

2）長期為600℃超（超）臨界電站研發生產的主要耐熱鋼材料：TP347H、 TP347HFG、S30432（Super 304H）、S31042（HR3C）、T/P91、T/P92；

3）為620℃以上高參數超（超）臨界電站研發的主要耐熱鋼材料：G115、S30432（Super 304H）、 S31042（HR3C）、C-HRA-1（類似740H）、C-HRA-3（類似617M）、C-HRA-5（類似Sanicro25）、GH984G、HT700；

4）耐熱鋼材料生產情況：近十多年來為電站建造供應各種耐熱鋼材料超過50萬噸，其中TP347H（FG）各種型材10。8萬噸（含鋼管5000餘噸）。隨著2009年特鋼板帶生產線的投產，於2012年開始研發347H板材，2014年開始供應市場，至今已累計供應市場347H板材約2000噸。700℃電站關鍵材料驗證平臺建設所用關鍵材料80%以上來自於寶鋼特鋼。

5）目前已開發生產的耐熱鋼板牌號：S34700、S34709、S34700、S30815、SA387-Cr91、SA387-Cr92、S30908、S31008、16Cr25Ni20Si2Mod、2Cr25Ni13Si2MoN。

2、347H物理效能

我們的TP347H板材已經在首航節能10兆瓦塔式熔鹽專案進行了應用。我重點介紹這個產品的效能。

按國標規定的檢測方法，我們對其密度、真比、導熱係數、導溫係數、楊氏模量、剪下模量及泊松比進行了測試，測試結果如下。密度測試結果為：7。98g/cm3。

我們還對其高溫短時力學效能、高溫永續性能、焊接效能都進行了測試。測試已經進行了近兩年，現在還在進行。另外，我們也在一些其他地方有一些突破，特別像將來太陽島集熱管用的超長的管子我們取得了突破，還有開發了雜質複合板，一些焊絲焊帶等焊接材料。

從600、620、650，永續性能下降很大，為什麼火電也好，核電也好，增加30度、50度非常難，實際也是這個材料造成的原因。它提高以後，效能馬上會下降很大。

還有焊接效能，這是不同材料的，異種的、同種的，在工廠內也有一些區別。還有一些彎曲，正彎、背彎。焊縫的持久不能低於母材的，長期持久1萬小時的也要考慮。

經過10多年的裝備改造和產品研發，寶鋼特鋼實現了中國急需的高階材料國產化。緊跟聚焦太陽能光熱發電產業發展的腳步，寶鋼特鋼開發了裝備用鎳基合金及耐熱不鏽鋼鋼管及板帶材產品，並在示範工程中實現了應用。寶鋼未來在鎳基合金製造新技術上將不斷投入，為未來太陽能光熱發電專案發展的提供材料保障。（董清風 整理編輯）