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超超临界发电技术高效节能环保的特点,是解决火力发电高排放、低燃煤利用率的重要技术途径。据统计,蒸汽温度增加每提高10℃,热效率提升0.5%。目前我国已经开始建设630℃示范电站,面临的最大问题在于热端部件的选材与工程化应用,汽轮机转子材料尤为突出。FB2钢虽然广泛应用于制造620℃电站汽轮机转子,但其无法满足630℃及以上温度参数电站的高温性能要求。针对630～650℃机组,日本与欧洲均研发了多个体系的钢种,如:TOS110、HR1200、MARBN、FB2-3Ta,但上述钢种都缺乏实际应用经验,且从部分钢种的长时性能数据看,能否用于630℃电站还存在疑问。本文在FB2耐热钢的基础上,参照TOS110、MARBN、HR1200等合金的强化思路设计成分,设计不同的N含量、Ni含量、W、Mo含量实验钢,结合室、高温力学性能与微观组织分析,研究不同合金元素的强韧化机制,探讨强化元素对高温性能的提升作用,初步筛选N、Ni和W、Mo元素的成分范围,为630℃超超临界机组汽轮机转子用钢的选材做前期预研与准备工作。对于N含量的研究结果表明,随着N含量的提高,促进MX相的析出提高了沉淀强化效果,实验钢强度上升,韧性下降。N含量的提高使得实验钢中出现大颗粒的BN夹杂物倾向升高,使钢中的N的强化效果下降明显。W、Mo当量对9%Cr钢的力学性能影响较大,Mo当量增加,强度上升,但δ-Fe的析出倾向提高,同时韧性损失严重,Mo当量为1.5时具有良好的强韧性匹配。相同Mo当量下,W代Mo固溶强化作用更明显,W含量为3%的实验钢可通过热处理的调控得到良好的塑韧性匹配。Ni元素的添加对实验钢室温强度无明显影响,能改善实验钢的冲击韧性。实验钢中Ni含量由0升至0.15%时对残余奥氏体含量无明显影响,少量添加Ni元素即可保证实验钢的冲击韧性。通过实验和热力学计算结果分析,建议钢中N含量选取0.015%～0.020%间最为合适,W、Mo组合选取Mo当量为1.5且以W代Mo拥有良好的综合力学性能,Ni元素的添加量应小于0.15%。