传统的铁素体耐热不锈钢强度可以达到超临界机组的使用要求,但是韧性不好,在使用中事故频发。铁素体不锈钢的开发主要是通过添加Cr、Mo、Mn等合金元素提高不锈钢的高温强度和耐腐蚀性能,降低C含量,改善焊接性能。在实际生产中,通过提高铁水的纯净度,控制热轧过程中钢坯加热温度,应变速率以及冷却速率,得到均匀细小的铁素体组织,保证了材料同时具有较好的强度和韧性。目前,使用较为广泛的T23、T91、T92、T122,表1-1是部分铁素体不锈钢的化学成分。T23是在T22的基础上加入了W和Nb、V元素,增强固溶强化和析出强化作用,同时加入少量的B以改善不锈钢的冲击韧性,600℃时持久强度高出T22不锈钢93%;相比T22,其C含量降低,加工性能和焊接性得到改善,焊前无需预热,焊后不热处理,是电站高温器件的理想耐热材料。
T91不锈钢是在9Cr不锈钢基础上通过降低C、N含量,添加微量Nb、V改进得到的,该不锈钢持久强度高,韧性好,593℃/105h条件下,持久强度可达100MPa,可用于温度不超过600℃的过热器、再热器管壁。但是工作温度超过600℃,保证不了长期运行的安全性。在其基础上,加入1.5%~2.0%W取代部分Mo得到T92不锈钢。与T91不锈钢相比,其600℃下许用应力提高了34%,可与奥氏体不锈钢TP347相当。在600℃/105h工作条件下,T92持久强度可以达到130MPa,一般可用作壁温不高于620℃的主蒸汽管道。E911也是在T91基础上改变成分设计得到的,在T91基础上加入了0.9%~1.1%的元素W,其持久强度比T92稍低。T122[10-11]是日本企业在F12不锈钢(X20CrMoV121)基础上,添加2%的W、1%的Cu和0.07%的Nb并且减少Mo、C含量改良得到的一种新型铁素体耐热不锈钢。加入元素Cu可以增强析出强化效果,同时抑制δ相的生成。T122具有很好的抗蒸汽氧化性和抗烟气腐蚀性,在600℃和650℃时的许用应力更是分别高出F12不锈钢113%和168%,主要用于蒸汽管道的高温段。