當今世界廣泛開展?jié)崈裘喝紵夹g(shù)的開發(fā)，追求燃煤機組的高效率和低排放。超臨界與超超臨界機組、大型 CFB(循環(huán)流化床鍋爐）、PFBC(增壓流化床燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)）、IGCC(整體煤氣化燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)）、GTCC(燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)）等火力發(fā)電新技術(shù)，因其高效率和優(yōu)越的環(huán)保性能，在世界發(fā)達國家得到了廣泛應(yīng)用。我國也開展了大量的工作，潔凈煤燃燒技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用，成為目前我國火力發(fā)電機組的熱門技術(shù).所有這些新技術(shù)的應(yīng)用都需要性能優(yōu)異的高溫合金材提供保證。
超臨界和超超臨界電站鍋爐用高溫合金
中國是世界上最大的燃煤國，然而，目前火電機組平均單機容量不足100MW,有相當部分為超高壓、高壓蒸汽參數(shù)的機組，亞臨界 300MW 機組占火電總裝機容量不足50%.平均供電煤耗達399g/(kW·h),比國外先進水平高70~80g/(kW·h),高出25%以上，資源浪費太大，廢氣排放嚴重。發(fā)展超臨界和超超臨界機組是提高煤炭利用率，降低環(huán)境污染的有效而經(jīng)濟的途徑之一。隨著蒸汽溫度不斷提高，機組效率不斷增大，供電煤耗不斷降低。2005年，國外超超臨界機組的參數(shù)已達到33.5MPa,610℃/630℃/630℃.預(yù)計到2015年參數(shù)達40MPa,700℃/720℃/720℃.隨著蒸汽參數(shù)進一步的提高，對高溫材料的要求愈來愈高。過熱器與再熱器是鍋爐中工作環(huán)境最為惡劣的部件，承受的壓力最大，溫度最高，因此，要求材料具有良好的抗蠕變性能，同時還要滿足管子對蒸汽側(cè)的抗氧化性能和對煙氣側(cè)的抗腐蝕性能的要求。
亞臨界、超臨界和超超臨界機組的凈效率和供電煤耗蒸汽參數(shù)機組凈效率／％供電煤耗／g(kw-h)117MPa.538/538℃37~38330~34024MPa,538/538℃40~41310~32030MPa.566/566/566℃44-45290~300目前，我國超臨界和超超臨界電站鍋爐所需關(guān)鍵高溫合金材料，主要依靠進口。研制的 GH2984 合金可以推薦用于超超臨界機組鍋爐中過熱器和再熱器管材合金。國內(nèi)外高參數(shù)超超臨界過熱器管材用高溫合金的化學成分見表73-18.這些合金具有良好的蠕變性能和抗氧化腐蝕性能，適于制造過熱器和再熱器管材。表73-18 過熱器管材用高溫合金的化學成分（％）AlloyCCrCoMoNbAlFeMnNiF5GH9840.04~0.0818~20－1.8~2.20.9~1.20.9~1.20.2~0.532~34＜0.5＜0.5BlInconel7400.0624.970.582.010.870.710.470.30Bal08.6169.1Inconel6170.0921.6512.08.72－0.311.162.500.580.54BlNimonic2630.04~0.0819~2119-215.6~6.11.9~2.4≤0.60≤0.700.40.6Bal－Incopel6250.1020~23≤1.08.0/10.0|3.15~4.15＜0.400.40≤5.0≤0.50.5Bal20世紀60年代末，中國科學院金屬研究所開始研制一種適合我國高參數(shù)艦船主鍋爐過熱器管長期使用的新型鐵基高溫合金GH2984.至20世紀70年代研制成功并生產(chǎn)用于新型主鍋爐過熱器管材，裝載艦船并經(jīng)十年海上實際使用考核。全面檢查表明，GH2984管完好無損，還可繼續(xù)使用.GH2984合金是過熱器管的主要用材，其主要性能與美國特殊金屬公司2003年正式公布的鎳基合金 Inconel740 合金處于同一水平，而價格要便宜得多，這為我國超超臨界機組早已作好了過熱器和再熱器材料的技術(shù)儲備。GH2984 合金的主要特點有如下兒方面:
（1)高Fe無Co的化學成分。與類似合金比較，GH2984合金中不含鈷，Inconel740、Inconel617和Nimonic263等合金都含有12%~21%Co.而且GH2984合金含F(xiàn)e達32%~34%,相應(yīng)鎳含量減少，其他合金 Fe均為雜質(zhì)元素，見表73-18.此成分特點將帶來十分可觀的經(jīng)濟效益。
（2)強度優(yōu)異的力學性能。合金室溫至高溫拉伸強度以及650~750℃持久強度非常良好。室溫和 700℃拉伸強度明顯高于常用高性能管材合金 Inconel625 和Nimonic263.持久強度高于Nimonic263,與Inconel625相近。在700℃,30 000h和100000h的持久強度，與Inconel740 合金處于同一水平，同時650℃和750℃的持久強度也基本一樣.
（3)耐蝕性良好的化學性能。由于合金的Cr含量達18%~20%,可以形成致密而牢固的 Cr2O3為主的氧化膜，所以抗氧化性和抗熱腐蝕性良好。另外，合金抗晶間腐蝕性能優(yōu)異，在各種不同熱處理狀態(tài)或焊接后都不發(fā)生晶界腐蝕。
（4)較為穩(wěn)定的顯微組織。合金經(jīng)700℃x(1000~18000)h長期時效后的組織和力學性能研究結(jié)果表明，合金組織和性能比較穩(wěn)定，滿足大型艦船及超超臨界電站鍋爐長期使用的需要。
（5)易于成形的工藝性能。合金冷熱壓力加工性能好，特別是管材成形性能優(yōu)異。
煤的氣化與液化用高溫合金
整體煤氣化燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC)技術(shù)，是目前世界上最先進、效率高的燃煤發(fā)電方式之一，而且被公認為清潔煤燃燒先進技術(shù)。世界上從1972年第一臺IGCC電站運行至今已先后有9臺機組投入運行。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的主要優(yōu)點為:
1.燃料適應(yīng)性廣可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤。對燃料的適應(yīng)性主要取決于所采用的氣化爐形式及給料的方式，對于干粉加料系統(tǒng)，可以適合從無煙煤到褐煤的所有煤種；對于濕法加料的氣化工藝，則適合于灰分較低和固有水分較低的煤；對于高灰熔點的煤種，應(yīng)加入助溶劑（如石灰石）；
2. 熱效率高若同時采用高溫凈化技術(shù)（熱量損失減少），IGCC的熱效率將可望達到52%;3.環(huán)保性能優(yōu)良與同容量的燃煤電站相比，SO2的排放量減少90%以上，CO2排放量也相應(yīng)減少，基本不排放粉塵；4.節(jié)約水資源耗水量只有常規(guī)火電廠的一半左右。美國金屬性能學會（AMPS),工藝研究院（TRI)等單位對許多鐵、鎳、鈷基高溫合金在煤氣化氣氛中進行了耐腐蝕性的評價［13961767712].試驗氣氛24%H2、18%CO、12%CO2、39%H2O、5%CH4、0.5-1%H2S,氣體壓力為68大氣壓，溫度900-982℃,最長時間為700~10000h.結(jié)果表明，幾乎所有合金開始時表面都形成保護性氧化膜，繼續(xù)試驗，氧化膜破壞，在表面和內(nèi)表面形成硫化物。金屬總腐蝕由兩部分數(shù)據(jù)構(gòu)成，即氧化層厚度與硫化物穿透深度之和。根據(jù) 10000h 實測和長時試驗的外推數(shù)據(jù)，許多合金10000h后總腐蝕深度小于5.08x10 m.在982℃,0.5%H2S或900℃,1%H2S的煤氣中或類似條件下長期工作是有希望的。按照上述腐蝕速度（＜500μm/a)考慮，在煤氣化中或類似氣氛中使用的高溫合金有：鈷基合金：Haynes188,Stellite6B,X-40,Co-Cr-W-1鎳基合金：IN617,IN657,IN738,IN739,Nimonic80A鐵基合金：N155,RA330,RA333,IN800,T63WC,310不銹鋼，F(xiàn)e-18Cr-SAI-Mo-Hf,Fe-18Cr-5Al-Y,MA956E(Fe-19Cr-5A1-0.45Y2O3)美國長時試驗結(jié)果認為：鎳基、鈷基合金長時間暴露時顯示出更好的抗腐蝕性能。在高溫982℃、高硫1%H2S的煤氣中，高鉻不含鐵的鎳、鈷基合金比含鐵高的合金好。Dapkunas 等人認為，870~982℃的煤氣化環(huán)境中，合金要有較好的抗腐蝕性能，鉻含量至少為20%,長時間使用最好是25%.310不銹鋼和Ni-30Cr合金中加鈦、鋁、鉬、錳、硅等，結(jié)果指出：加2%~3%Ti的合金提高膜的粘附性。加入適量鋁有相似的效果，但氧化膜在冷卻過程中易剝落；錳是有害的，錳容易穿透鉻的氧化膜很快擴散到金屬表面形成MnS層，從而加速腐蝕。
