電站鍋爐用材

1、金屬材料技術(shù)監(jiān)督檢驗 電站鍋爐用金屬材料提 綱一、一、 燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖二、二、 電站鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)電站鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)三、三、 鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料1. 水冷壁2. 過熱器3. 再熱器4. 省煤器5. 集箱和蒸汽管道四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求1. 鍋爐高溫工況1.1 水冷壁工況1.2 過熱器和再熱器工況1.3 省煤器工況1.4 集箱和蒸汽管道工況2. 鍋爐用材料的主要性能要求2.1 室溫機械性能 2.2 高溫機械性能 2.3 金屬的組織穩(wěn)定性 五、五、 鋼的熱處理

2、簡介鋼的熱處理簡介六、六、 火電廠常見金屬事故特征分析火電廠常見金屬事故特征分析七、七、 高參數(shù)鍋爐用材料的發(fā)展方向高參數(shù)鍋爐用材料的發(fā)展方向一、一、 燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖一、一、 燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖燃煤電站鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖二、電站鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)二、電站鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)管材標(biāo)準(zhǔn)管材標(biāo)準(zhǔn)國標(biāo)國標(biāo)（GB5310）美標(biāo)美標(biāo)（ASME）歐標(biāo)歐標(biāo)（EN10216）碳素鋼：20G，20MnG, 25MnG合金鋼：15CrMoG, 12Cr1MoVG, 12Cr2MoG, 07Cr2MoW2VNbB, 10Cr9Mo1VNbN, 10Cr9MoW2VNbB

3、N不銹鋼：07Cr19Ni10, 10Cr18Ni9NbCu3BN, 07Cr25Ni21NbN, 07Cr18Ni11Nb, 08Cr18Ni11NbFG碳鋼： SA106B,SA106C,SA210C合金鋼：SA213 T2,T11,T12,T22,T23,T91,T92 SA335 P11,P12,P22,P23,P91,P92不銹鋼：SA213 TP304H,TP347H,TP347HFG, TP310HCbN(HR3C),S30432(SUPER304H) 碳鋼： P235GH合金鋼：10CrMo9-10,X10CrMoVNb9-1不銹鋼：X7CrNiNb18-10二、二、 國內(nèi)電站

4、鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)電站鍋爐主要部件常用材料牌號及其標(biāo)準(zhǔn)板材標(biāo)準(zhǔn)板材標(biāo)準(zhǔn)國標(biāo)國標(biāo)（GB713）美標(biāo)美標(biāo)（ASME）其它其它Q345R，13MnNiMoR,15CrMoR,12Cr1MoVRSA299，壓力容器用碳錳硅鋼板SA302，壓力容器用錳鉬和錳鉬鎳合金鋼板SA387，壓力容器用鉻-鉬合金鋼板SA515，中高溫壓力容器用碳鋼板SA516，中低溫壓力容器用碳鋼板歐標(biāo)EN10028 P355GH; 13MnNiMoNb(BHW35)三、三、 鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料電廠類型電廠類型機組容量機組容量水冷壁材料水冷壁材料超高壓10萬千瓦以上20G亞臨界3

5、0萬千瓦以上20G，SA210C超臨界60萬千瓦以上T2（內(nèi)螺紋管），15CrMoG,T12,T22,12Cr1MoVG超超臨界（USC）66萬千瓦以上T2（內(nèi)螺紋管），15CrMoG,T12,T22,12Cr1MoVG1. 水冷壁水冷壁 水冷壁是鍋爐的水汽轉(zhuǎn)變受熱面，即循環(huán)水在水冷壁中由液態(tài)變成氣態(tài)水蒸汽。下表列出了從10萬千瓦的電廠到超(超)臨界壓力電廠所用水冷壁材料的變化情況，鍋規(guī)2.3.2表2-2鍋爐用鋼管材料對其工作壓力和壁溫有適用范圍三、三、 鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料2. 過熱器過熱器 過熱器是把鍋爐蒸汽加熱到額定過熱溫度的受熱面。下表列出了從10萬千瓦

6、的電廠到超(超)臨界壓力電廠所用過熱器材料的變化情況，鍋規(guī)2.3.2表2-2鍋爐用鋼管材料對其工作壓力和壁溫有適用范圍。電廠類型電廠類型機組容量機組容量過熱器材料過熱器材料超高壓10萬千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG 560亞臨界30萬千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG,T23,T91,T92超臨界60萬千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C超超臨界（USC）66萬千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C三、三、 鍋爐汽水部分管道系

7、統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料3. 再熱器再熱器 再熱器是對經(jīng)汽輪機高壓缸做功后的過熱蒸汽再次加熱到額定溫度的受熱面。下表列出了從10萬千瓦的電廠到超(超)臨界壓力電廠所用再熱器材料的變化情況。電廠類型電廠類型機組容量機組容量再熱器材料再熱器材料超高壓10萬千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG亞臨界30萬千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92超臨界60萬千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C超超臨界（USC）66萬千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,S

8、UPER304H,HR3C三、三、 鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料4. 省煤器省煤器 省煤器是對鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱的受熱面。下表列出了從10萬千瓦的電廠到超(超)臨界壓力電廠所用省煤器材料的變化情況。電廠類型電廠類型機組容量機組容量省煤器材料省煤器材料超高壓10萬千瓦以上20G亞臨界30萬千瓦以上20G超臨界60萬千瓦以上20G,SA210C超超臨界（USC）66萬千瓦以上20G,SA210C三、三、 鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料鍋爐汽水部分管道系統(tǒng)用材料5. 集箱和蒸汽管道集箱和蒸汽管道 集箱是受熱面管與蒸汽管道的過渡部件，而蒸汽管道顧名思義則是蒸汽的傳輸管，均采用大口徑或

9、中口徑管制造。下表列出了從10萬千瓦的電廠到超(超)臨界壓力電廠所用集箱和蒸汽管道材料的變化情況。電廠類型電廠類型機組容量機組容量省煤器材料省煤器材料超高壓10萬千瓦以上20G,15CrMoG,12Cr1MoVG亞臨界30萬千瓦以上20G,15CrMoG,12Cr1MoVG,P12超臨界60萬千瓦以上12Cr1MoVG,P91,P92超超臨界（USC）66萬千瓦以上12Cr1MoVG,P91,P92四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求1. 鍋爐高溫工況鍋爐高溫工況 1.1 1.1 水冷壁工況水冷壁工況 水冷壁管用于吸收爐膛中高溫火焰和煙氣的輻射熱量，使管內(nèi)介質(zhì)受熱

10、蒸發(fā)，并起保護(hù)爐墻的作用。 管內(nèi)會因水質(zhì)不好而產(chǎn)生垢蝕。 管外會因燃料中含硫量高而受硫腐蝕。 對水冷壁管材料的主要要求有：水冷壁管金屬具有對水冷壁管材料的主要要求有：水冷壁管金屬具有一定強度（以使得管壁厚度不致于過厚，否則會影一定強度（以使得管壁厚度不致于過厚，否則會影響加工與傳熱），傳熱效率高，有一定的抗腐蝕性響加工與傳熱），傳熱效率高，有一定的抗腐蝕性能，工藝性能好（如冷彎、焊接等性能）。能，工藝性能好（如冷彎、焊接等性能）。 四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求1.2 過熱器和再熱器工況過熱器和再熱器工況 過熱器和再熱器管均布置在鍋爐煙溫較高區(qū)域，運行中，這

11、兩種管子的管壁溫度均高于管內(nèi)介質(zhì)溫度約20%-90%。 長期處于高溫應(yīng)力作用下（即在產(chǎn)生蠕變的條件下）工作。 管子外壁要承受高溫?zé)煔獾母g和磨損作用。 要求過熱器管和再熱器管金屬有足夠高的蠕變強度、持久強要求過熱器管和再熱器管金屬有足夠高的蠕變強度、持久強度和持久塑性，在高溫長期運行中組織穩(wěn)定性好，有良好的工度和持久塑性，在高溫長期運行中組織穩(wěn)定性好，有良好的工藝性能（特別是要焊接性能好及良好的冷加工性能），抗氧化藝性能（特別是要焊接性能好及良好的冷加工性能），抗氧化性能高（通常要求過熱器管和再熱器管金屬在運行溫度下的氧性能高（通常要求過熱器管和再熱器管金屬在運行溫度下的氧化速度應(yīng)小于化速度應(yīng)

12、小于0.1mm/0.1mm/年）。年）。四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求1.3 省煤器工況省煤器工況 省煤器管處于鍋爐尾部，管子外部與煙氣接觸，內(nèi)部是鍋爐爐水。省煤器管工作溫度不高，但溫度波動較大。 對于有汽包的鍋爐，當(dāng)管內(nèi)沸騰率達(dá)到一定程度時，省煤器出口部分蛇形管容易產(chǎn)生脈動疲勞損壞。 管子外壁在工作時常受到煙氣中飛灰顆粒的磨損作用。 對省煤器管金屬的主要要求有：一定的強度，傳熱效率高，對省煤器管金屬的主要要求有：一定的強度，傳熱效率高，有一定的抗腐蝕性能和良好的工藝性能，還應(yīng)考慮其熱疲勞性有一定的抗腐蝕性能和良好的工藝性能，還應(yīng)考慮其熱疲勞性能（以使省煤器

13、管金屬在激烈的溫度波動條件下不至于因熱疲能（以使省煤器管金屬在激烈的溫度波動條件下不至于因熱疲勞而過早破壞）。勞而過早破壞）。四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求1.4 集箱和蒸汽管道工況集箱和蒸汽管道工況 集箱的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，上面有很多插管座，其用鋼也由其工作條件決定，基本上與同參數(shù)的蒸汽管道一致 。由于集箱和蒸汽管道一旦發(fā)生爆炸事故將對人身及設(shè)備造成重大危害，因此對同一鋼號，用于集箱或蒸汽管道的材料，其允許的最高金屬溫度比過熱器管低30-50。 蒸汽管道外部不受高溫?zé)煔獾淖饔?，僅受其內(nèi)部過熱蒸汽的溫度和壓力的作用，因其處于高溫應(yīng)力的條件下，是在產(chǎn)生蠕變的條件下

14、運行 。 要求集箱和蒸汽管道金屬有足夠高的蠕變強度、持久強度和持久要求集箱和蒸汽管道金屬有足夠高的蠕變強度、持久強度和持久塑性，在高溫長期運行中組織穩(wěn)定性好，有良好的工藝性能（特別塑性，在高溫長期運行中組織穩(wěn)定性好，有良好的工藝性能（特別是要焊接性能好），抗氧化性能高（通常要求在運行溫度下的氧化是要焊接性能好），抗氧化性能高（通常要求在運行溫度下的氧化速度應(yīng)小于速度應(yīng)小于0.1mm/年）。年）。 四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求2. 鍋爐用材料的主要性能要求鍋爐用材料的主要性能要求 2.1 室溫機械性能室溫機械性能（1）彈性彈性：金屬受外力作用產(chǎn)生變形，當(dāng)外力

15、去掉后變形恢復(fù)的性能稱為彈性；而隨外力而消失的變形稱為彈性變形。（2）塑性塑性：金屬受外力作用產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后變形不恢復(fù)的性能稱為塑性；外力消失而不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。（3）強度強度：金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的性能，可分為抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度和抗扭強度等。工程上金屬材料的主要強度性能指標(biāo)是屈服極限s和抗拉強度b。金屬材料在超過s的應(yīng)力下工作，會使零件產(chǎn)生塑性變形；在超過b的應(yīng)力下工作時，會引起零件的斷裂破壞。四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求（4）硬度硬度：金屬材料抵抗更硬物體壓入其內(nèi)的能力。常用的硬度測定方法有布氏硬度法（HB）、

16、洛氏硬度法（HRC）和維氏硬度法（HV）。（5）沖擊韌性沖擊韌性：金屬材料抵抗瞬間沖擊載荷的能力，一般用擺錘彎曲沖擊試驗來確定。（6）疲勞強度疲勞強度：長期承受交變載荷作用的零件，在發(fā)生斷裂時的應(yīng)力，遠(yuǎn)低于材料的屈服強度，這種現(xiàn)象叫疲勞損壞。金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下，不致引起斷裂的最大應(yīng)力叫做疲勞強度。四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求2.2 高溫機械性能高溫機械性能（1）蠕變?nèi)渥儯涸谝欢囟群蛻?yīng)力作用下，隨時間增加發(fā)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象。（2）持久強度持久強度：在高溫和應(yīng)力長期作用下抵抗斷裂的能力，是指在一定溫度和規(guī)定持續(xù)時間內(nèi)引起斷裂的最大應(yīng)力值。電

17、站鍋爐用管材必須通過持久強度試驗檢驗。（3）應(yīng)力松馳應(yīng)力松馳：零件在高溫和應(yīng)力長期作用下，若維持總變形不變，零件的應(yīng)力將隨時間延長而逐漸降低的現(xiàn)象，它是彈性變形自動轉(zhuǎn)成塑性變形的結(jié)果。對緊固件用鋼來說，其抗松馳性能是一個重要的高溫性能指標(biāo)。（4）熱疲勞熱疲勞：金屬材料經(jīng)受多次周期性熱應(yīng)力作用而破壞的現(xiàn)象。因為在冷熱變化過程中，零件表面和內(nèi)部存在溫度差，使表面和內(nèi)部的脹縮在時間上不同步，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。熱疲勞裂紋常出現(xiàn)在零件的表面，成龜裂狀。（5）熱脆性熱脆性：指鋼在某一溫度區(qū)間長期加熱會導(dǎo)致其沖擊韌性顯著降低的現(xiàn)象。如熱處理時可能發(fā)生的第一類回火脆和第二類回火脆性，其可能的原因是在高溫下沿原奧

18、氏體晶界析出了一層碳化物或氮化物脆性網(wǎng) 。四、四、 鍋爐高溫工況及材料的性能要求鍋爐高溫工況及材料的性能要求2.3 金屬的穩(wěn)定性金屬的穩(wěn)定性（1）鋼的化學(xué)穩(wěn)定性鋼的化學(xué)穩(wěn)定性 A）鋼在高溫下的氧化 B）鋼的氫腐蝕或蒸汽腐蝕 C）鋼的煙氣低溫腐蝕 D）鋼的應(yīng)力腐蝕 E）鋼的腐蝕疲勞（2）耐熱鋼的組織穩(wěn)定性耐熱鋼的組織穩(wěn)定性 A）珠光體組織球化和碳化物聚集 B）石墨化 C）合金元素在固溶體和碳化物之間重新分配 D）時效和新相的形成五、五、 鋼的熱處理簡介鋼的熱處理簡介 熱處理過程一般均分為加熱、保溫、冷卻三個步驟。由于加熱溫度保溫時間和冷卻熱處理過程一般均分為加熱、保溫、冷卻三個步驟。由于加熱溫度

19、保溫時間和冷卻速度不同，可使鋼產(chǎn)生不同的組織轉(zhuǎn)變。速度不同，可使鋼產(chǎn)生不同的組織轉(zhuǎn)變。 將鋼加熱到臨界溫度以上的奧氏體區(qū)域，其組織就轉(zhuǎn)變成奧氏體。將鋼加熱到臨界溫度以上的奧氏體區(qū)域，其組織就轉(zhuǎn)變成奧氏體。 1）淬火淬火( Quenching) ：就是把鋼件加熱到Ac3和Ac1線以上30-50，經(jīng)過保溫后，在水或油中快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體組織的熱處理工藝。 2）回火回火(Tempering)：就是把淬火后的鋼重新加熱到A1線以下某一溫度，保溫一段時間，然后置于空氣或水中冷卻的熱處理工藝。 3）退火退火(Annealing)：就是把鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界溫度，保溫一定時間，然后隨爐或

20、埋入導(dǎo)熱性差的介質(zhì)中冷卻，以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。 4）正火正火(Normalizing)：就是把鋼件加熱到Ac3和Accm線以上30-50，經(jīng)過保溫后，然后出爐在空氣中冷卻至室溫的熱處理工藝。六、六、 火電廠常見金屬事故特征分析火電廠常見金屬事故特征分析（1） 長時超溫爆管長時超溫爆管 管子在高溫下運行時所受的應(yīng)力主要是由過熱蒸汽內(nèi)壓力造成的對管子的切向應(yīng)力，在這種應(yīng)力下，管徑發(fā)生脹粗；長時超溫的管子鋼由于原子擴散加劇，導(dǎo)致其組織變化，使蠕變速度相應(yīng)加快，持久強度降低；因而管子達(dá)不到設(shè)計壽命就提前破壞。 其宏觀特征為：呈粗糙不平整的脆性斷口、無明顯塑性變形、管壁減薄不多、管

21、徑脹粗不明顯、破口較小、邊緣粗鈍、外形呈狹長菱形；破口附近管子內(nèi)外壁有較厚的氧化皮；破口附近管子外壁有較多縱生（平等于破口）的短小蠕變裂紋或應(yīng)力腐蝕裂紋；向火側(cè)的管壁減薄程度較背火側(cè)的要多一些。 其顯微特征為：組織為鐵素體加碳化物。出現(xiàn)珠光體球化、石墨化、碳化物析出并聚集長大等組織變化，一般向火側(cè)較為嚴(yán)重；有明顯的蠕變裂紋，裂紋內(nèi)部有較厚的氧化層。 其力學(xué)性能特點：爆管破口處附近材料的強度、硬度較同類新鋼管顯著降低；向火側(cè)的強度和硬度較背火側(cè)更低。 鍋爐受熱面管子是在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長期工作的，當(dāng)管子鋼材鍋爐受熱面管子是在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長期工作的，當(dāng)管子鋼材承受不了其工作

22、負(fù)荷時，就會發(fā)生不同形式的損壞事故。火電廠鍋爐受熱面管承受不了其工作負(fù)荷時，就會發(fā)生不同形式的損壞事故?；痣姀S鍋爐受熱面管子的常見事故主要有以下幾種類型：子的常見事故主要有以下幾種類型：六、六、 火電廠常見金屬事故特征分析火電廠常見金屬事故特征分析（2） 短時超溫爆管短時超溫爆管 鍋爐受熱面管子在運行中冷卻條件惡化、干燒，使管壁溫度短期內(nèi)突然上升，達(dá)到鋼的臨界點AC1以上，其抗拉強度急劇下降，管子應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生塑性變形、管徑脹大、管壁減薄，產(chǎn)生剪切斷裂而爆管的現(xiàn)象。 其常見宏觀特征為：產(chǎn)生較大塑性變形、管壁減薄較多、脹粗明顯、爆破口較大（呈尖銳喇叭形）、邊緣薄而鋒利；破口附近管子內(nèi)外壁

23、的氧化皮較薄，有時沒有，無明顯腐蝕跡象。在水冷壁管的短期過熱爆管破口內(nèi)壁由于爆管時管內(nèi)汽水混合物急速沖擊，而顯得十分光潔。且短期過熱爆管的管子外壁一般呈藍(lán)黑色，破口附近沒有眾多的平等于破口的縱向裂紋。 其顯微特征為：有相變發(fā)生，能觀察到不同程度的相變組織，如淬火或回火組織：低碳馬氏體、屈氏體、貝氏體以及被拉長的珠光體和鐵素體；有時有一定程度的珠光體球化現(xiàn)象。 力學(xué)性能特征：視超溫溫度是否超過AC1或AC3，若是，則破口周圍的管材硬度較原始管材的更高。六、六、 火電廠常見金屬事故特征分析火電廠常見金屬事故特征分析（3） 材質(zhì)不良引起的爆管材質(zhì)不良引起的爆管 材質(zhì)不良的爆管是指錯用鋼材或錯用了有缺

24、陷的鋼材造成管子提早破壞。 （4） 腐蝕性熱疲勞裂紋損壞腐蝕性熱疲勞裂紋損壞 鍋爐受熱面管子的汽水分層、省煤器管汽塞、過熱器帶水、減溫減壓閥門間隙性開啟等，都有會引起溫度波動，造成交變熱應(yīng)力，產(chǎn)生熱疲勞裂紋。并且在腐蝕介質(zhì)作用之下，這些管子上的疲勞裂紋特別容易產(chǎn)生在表面粗糙、劃痕、腐蝕坑等速度較大的有缺口區(qū)域，所以稱之為腐蝕性熱疲勞裂紋。 （5） 其余失效其余失效 A）硫腐蝕 B）氫腐蝕 C）應(yīng)力腐蝕 D）苛性脆化 七、七、 高參數(shù)鍋爐用材料的發(fā)展方向高參數(shù)鍋爐用材料的發(fā)展方向 世界各國對鍋爐機組的過熱器和再熱器用鋼（特別是鎳世界各國對鍋爐機組的過熱器和再熱器用鋼（特別是鎳- -鉻奧氏鉻奧氏體的代用鋼、具有良好高溫耐蝕性性能以及能防止晶間腐蝕的鋼）體的代用鋼、具有良好高溫耐蝕性性能以及能防止晶間腐蝕的鋼）的研究、生產(chǎn)和制造工藝都給予特殊的重視，以期能提