电站锅炉用材.pptx

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电站锅炉用金属材料*锅炉股份有限公司材料研究所*2011.02.28提纲一、燃煤电站锅炉结构简图二、我公司生产的电站锅炉主要部件常用材料牌号及其标准三、锅炉汽水部分管道系统用材料1.水冷壁2.过热器3.再热器4.省煤器5.集箱和蒸汽管道四、锅炉高温工况及材料的性能要求1.锅炉高温工况1.水冷壁工况2.过热器和再热器工况3.省煤器工况4.集箱和蒸汽管道工况2.锅炉用材料的主要性能要求1.室温机械性能2.高温机械性能3.金属的组织稳定性五、钢的热处理简介六、火电厂常见金属事故特征分析七、高参数锅炉用材料的发展方向一、燃煤电站锅炉结构简图一、燃煤电站锅炉结构简图二、我公司生产的电站锅炉主要部件常用材料牌号及其标准管材标准国标（GB5310）美标（ASME）欧标（EN10216）碳素钢：

20G，20MnG,25MnG合金钢：

15CrMoG,12Cr1MoVG,12Cr2MoG,07Cr2MoW2VNbB,10Cr9Mo1VNbN,10Cr9MoW2VNbBN不锈钢：

07Cr19Ni10,10Cr18Ni9NbCu3BN,07Cr25Ni21NbN,07Cr18Ni11Nb,08Cr18Ni11NbFG碳钢：

SA106B,SA106C,SA210C合金钢：

SA213T2,T11,T12,T22,T23,T91,T92SA335P11,P12,P22,P23,P91,P92不锈钢：

SA213TP304H,TP347H,TP347HFG,TP310HCbN（HR3C）,S30432（SUPER304H）碳钢：

P235GH合金钢：

10CrMo9-10,X10CrMoVNb9-1不锈钢：

X7CrNiNb18-10二、我公司生产的电站锅炉主要部件常用材料牌号及其标准板材标准国标（GB713）美标（ASME）其它Q345R，13MnNiMoR,15CrMoR,12Cr1MoVRSA299，压力容器用碳锰硅钢板SA302，压力容器用锰钼和锰钼镍合金钢板SA387，压力容器用铬-钼合金钢板SA515，中高温压力容器用碳钢板SA516，中低温压力容器用碳钢板欧标EN10028P355GH;13MnNiMoNb（BHW35）三、锅炉汽水部分管道系统用材料电厂类型机组容量水冷壁材料超高压10万千瓦以上20G亚临界30万千瓦以上20G，SA210C超临界60万千瓦以上T2（内螺纹管），15CrMoG,T12,T22,12Cr1MoVG超超临界（USC）66万千瓦以上T2（内螺纹管），15CrMoG,T12,T22,12Cr1MoVG1.水冷壁水冷壁是锅炉的水汽转变受热面，即循环水在水冷壁中由液态变成气态水蒸汽。

下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用水冷壁材料的变化情况。

三、锅炉汽水部分管道系统用材料2.过热器过热器是把锅炉蒸汽加热到额定过热温度的受热面。

下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用过热器材料的变化情况。

电厂类型机组容量过热器材料超高压10万千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG亚临界30万千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG,T23,T91,T92超临界60万千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C超超临界（USC）66万千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C三、锅炉汽水部分管道系统用材料3.再热器再热器是对经汽轮机高压缸做功后的过热蒸汽再次加热到额定温度的受热面。

下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用再热器材料的变化情况。

电厂类型机组容量再热器材料超高压10万千瓦以上15CrMoG,12Cr1MoVG亚临界30万千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92超临界60万千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C超超临界（USC）66万千瓦以上12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C三、锅炉汽水部分管道系统用材料4.省煤器省煤器是对锅炉给水进行预热的受热面。

下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用省煤器材料的变化情况。

电厂类型机组容量省煤器材料超高压10万千瓦以上20G亚临界30万千瓦以上20G超临界60万千瓦以上20G,SA210C超超临界（USC）66万千瓦以上20G,SA210C三、锅炉汽水部分管道系统用材料5.集箱和蒸汽管道集箱是受热面管与蒸汽管道的过渡部件，而蒸汽管道顾名思义则是蒸汽的传输管，均采用大口径或中口径管制造。

下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用集箱和蒸汽管道材料的变化情况。

电厂类型机组容量省煤器材料超高压10万千瓦以上20G,15CrMoG,12Cr1MoVG亚临界30万千瓦以上20G,15CrMoG,12Cr1MoVG,P12超临界60万千瓦以上12Cr1MoVG,P91,P92超超临界（USC）66万千瓦以上12Cr1MoVG,P91,P92四、锅炉高温工况及材料的性能要求1.锅炉高温工况1.水冷壁工况水冷壁管用于吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使管内介质受热蒸发，并起保护炉墙的作用。

管内会因水质不好而产生垢蚀。

管外会因燃料中含硫量高而受硫腐蚀。

对水冷壁管材料的主要要求有：

水冷壁管金属具有一定强度（以使得管壁厚度不致于过厚，否则会影响加工与传热），传热效率高，有一定的抗腐蚀性能，工艺性能好（如冷弯、焊接等性能）。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求1.2过热器和再热器工况过热器和再热器管均布置在锅炉烟温较高区域，运行中，这两种管子的管壁温度均高于管内介质温度约20%-90%。

长期处于高温应力作用下（即在产生蠕变的条件下）工作。

管子外壁要承受高温烟气的腐蚀和磨损作用。

要求过热器管和再热器管金属有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性，在高温长期运行中组织稳定性好，有良好的工艺性能（特别是要焊接性能好及良好的冷加工性能），抗氧化性能高（通常要求过热器管和再热器管金属在运行温度下的氧化速度应小于0.1mm/年）。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求1.3省煤器工况省煤器管处于锅炉尾部，管子外部与烟气接触，内部是锅炉炉水。

省煤器管工作温度不高，但温度波动较大。

对于有汽包的锅炉，当管内沸腾率达到一定程度时，省煤器出口部分蛇形管容易产生脉动疲劳损坏。

管子外壁在工作时常受到烟气中飞灰颗粒的磨损作用。

对省煤器管金属的主要要求有：

一定的强度，传热效率高，有一定的抗腐蚀性能和良好的工艺性能，还应考虑其热疲劳性能（以使省煤器管金属在激烈的温度波动条件下不至于因热疲劳而过早破坏）。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求1.4集箱和蒸汽管道工况集箱的结构较为复杂，上面有很多插管座，其用钢也由其工作条件决定，基本上与同参数的蒸汽管道一致。

由于集箱和蒸汽管道一旦发生爆炸事故将对人身及设备造成重大危害，因此对同一钢号，用于集箱或蒸汽管道的材料，其允许的最高金属温度比过热器管低30-50。

蒸汽管道外部不受高温烟气的作用，仅受其内部过热蒸汽的温度和压力的作用，因其处于高温应力的条件下，是在产生蠕变的条件下运行。

要求集箱和蒸汽管道金属有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性，在高温长期运行中组织稳定性好，有良好的工艺性能（特别是要焊接性能好），抗氧化性能高（通常要求在运行温度下的氧化速度应小于0.1mm/年）。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求2.锅炉用材料的主要性能要求2.1室温机械性能

（1）弹性：

金属受外力作用产生变形，当外力去掉后变形恢复的性能称为弹性；而随外力而消失的变形称为弹性变形。

2塑性：

金属受外力作用产生变形，当外力去掉后变形不恢复的性能称为塑性；外力消失而不能恢复的变形称为塑性变形。

3强度：

金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的性能，可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度等。

工程上金属材料的主要强度性能指标是屈服极限s和抗拉强度b。

金属材料在超过s的应力下工作，会使零件产生塑性变形；在超过b的应力下工作时，会引起零件的断裂破坏。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求4硬度：

金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力。

常用的硬度测定方法有布氏硬度法（HB）、洛氏硬度法（HRC）和维氏硬度法（HV）。

5冲击韧性：

金属材料抵抗瞬间冲击载荷的能力，一般用摆锤弯曲冲击试验来确定。

6疲劳强度：

长期承受交变载荷作用的零件，在发生断裂时的应力，远低于材料的屈服强度，这种现象叫疲劳损坏。

金属材料在无数次交变载荷作用下，不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求2.2高温机械性能1蠕变：

在一定温度和应力作用下，随时间增加发生缓慢的塑性变形的现象。

2持久强度：

在高温和应力长期作用下抵抗断裂的能力，是指在一定温度和规定持续时间内引起断裂的最大应力值。

电站锅炉用管材必须通过持久强度试验检验。

3应力松驰：

零件在高温和应力长期作用下，若维持总变形不变，零件的应力将随时间延长而逐渐降低的现象，它是弹性变形自动转成塑性变形的结果。

对紧固件用钢来说，其抗松驰性能是一个重要的高温性能指标。

4热疲劳：

金属材料经受多次周期性热应力作用而破坏的现象。

因为在冷热变化过程中，零件表面和内部存在温度差，使表面和内部的胀缩在时间上不同步，从而产生内应力。

热疲劳裂纹常出现在零件的表面，成龟裂状。

5热脆性：

指钢在某一温度区间长期加热会导致其冲击韧性显著降低的现象。

如热处理时可能发生的第一类回火脆和第二类回火脆性，其可能的原因是在高温下沿原奥氏体晶界析出了一层碳化物或氮化物脆性网。

四、锅炉高温工况及材料的性能要求2.3金属的稳定性1钢的化学稳定性）钢A在高温下的氧化）钢B的氢腐蚀或蒸汽腐蚀）钢C的烟气低温腐蚀）钢D的应力腐蚀）钢E的腐蚀疲劳2耐热钢的组织稳定性）珠A光体组织球化和碳化物聚集）石B墨化）合C金元素在固溶体和碳化物之间重新分配）时D效和新相的形成五、钢的热处理简介热处理过程一般均分为加热、保温、冷却三个步骤。

由于加热温度保温时间和冷却速度不同，可使钢产生不同的组织转变。

将钢加热到临界温度以上的奥氏体区域，其组织就转变成奥氏体。

1淬火（Quenching）：

就是把钢件加热到Ac3和Ac1线以上30-50，经过保温后，在水或油中快速冷却，使奥氏体转变成马氏体组织的热处理工艺。

2回火（Tempering）：

就是把淬火后的钢重新加热到A1线以下某一温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的热处理工艺。

3退火（Annealing）：

就是把钢件加热到高于或低于钢的临界温度，保温一定时间，然后随炉或埋入导热性差的介质中冷却，以获得接近于平衡状态组织的一种热处理工艺。

4正火（Normalizing）：

就是把钢件加热到Ac3和Accm线以上30-50，经过保温后，然后出炉在空气中冷却至室温的热处理工艺。

六、火电厂常见金属事故特征分析

（1）长时超温爆管管子在高温下运行时所受的应力主要是由过热蒸汽内压力造成的对管子的切向应力，在这种应力下，管径发生胀粗；长时超温的管子钢由于原子扩散加剧，导致其组织变化，使蠕变速度相应加快，持久强度降低；因而管子达不到设计寿命就提前破坏。

其宏观特征为：

呈粗糙不平整的脆性断口、无明显塑性变形、管壁减薄不多、管径胀粗不明显、破口较小、边缘粗钝、外形呈狭长菱形；破口附近管子内外壁有较厚的氧化皮；破口附近管子外壁有较多纵生（平等于破口）的短小蠕变裂纹或应力腐蚀裂纹；向火侧的管壁减薄程度较背火侧的要多一些。

其显微特征为：

组织为铁素体加碳化物。

出现珠光体球化、石墨化、碳化物析出并聚集长大等组织变化，一般向火侧较为严重；有明显的蠕变裂纹，裂纹内部有较厚的氧化层。

其力学性能特点：

爆管破口处附近材料的强度、硬度较同类新钢管显著降低；向火侧的强度和硬度较背火侧更低。

锅炉受热面管子是在高温、应力和腐蚀介质作用下长期工作的，当管子钢材承受不了其工作负荷时，就会发生不同形式的损坏事故。

火电厂锅炉受热面管子的常见事故主要有以下几种类型：

六、火电厂常见金属事故特征分析

（2）短时超温爆管锅炉受热面管子在运行中冷却条件恶化、干烧，使管壁温度短期内突然上升，达到钢的临界点AC1以上，其抗拉强度急剧下降，管子应力超过屈服极限，产生塑性变形、管径胀大、管壁减薄，产生剪切断裂而爆管的现象。

其常见宏观特征为：

产生较大塑性变形、管壁减薄较多、胀粗明显、爆破口较大（呈尖锐喇叭形）、边缘薄而锋利；破口附近管子内外壁的氧化皮较薄，有时没有，无明显腐蚀迹象。

在水冷壁管的短期过热爆管破口内壁由于爆管时管内汽水混合物急速冲击，而显得十分光洁。

且短期过热爆管的管子外壁一般呈蓝黑色，破口附近没有众多的平等于破口的纵向裂纹。

其显微特征为：

有相变发生，能观察到不同程度的相变组织，如淬火或回火组织：

低碳马氏体、屈氏体、贝氏体以及被拉长的珠光体和铁素体；有时有一定程度的珠光体球化现象。

力学性能特征：

视超温温度是否超过AC1或AC3，若是，则破口周围的管材硬度较原始管材的更高。

六、火电厂常见金属事故特征分析3材质不良引起的爆管材质不良的爆管是指错用钢材或错用了有缺陷的钢材造成管子提早破坏。

4腐蚀性热疲劳裂纹损坏锅炉受热面管子的汽水分层、省煤器管汽塞、过热器带水、减温减压阀门间隙性开启等，都有会引起温度波动，造成交变热应力，产生热疲劳裂纹。

并且在腐蚀介质作用之下，这些管子上的疲劳裂纹特别容易产生在表面粗糙、划痕、腐蚀坑等速度较大的有缺口区域，所以称之为腐蚀性热疲劳裂纹。

5其余失效）硫A腐蚀）氢B腐蚀）应C力腐蚀）苛D性脆化七、高参数锅炉用材料的发展方向世界各国对锅炉机组的过热器和再热器用钢（特别是镍-铬奥氏体的代用钢、具有良好高温耐蚀性性能以及能防止晶间腐蚀的钢）的研究、生产和制造工艺都给予特殊的重视，以期能提高强度、减少材料用量，进而减薄管子壁厚、改善锅炉传热状况。

由于日本具有强大的钢铁工业基础，故其在锅炉用钢管子上的开发、研制工作做得较多，新开发出的钢管种类也比较多，其中相当一部分已经得到ASME的批准和确认，并在世界范围内得到广泛应用，如日本的一些钢种在ASME中分别是：

HCM2S命名为T23、NF616称为T92、HCM12A称为T122、细晶粒的TP347H称为TP347HFG，SUPER304H在ASME标准中的UNS号为S30432、火SUS310JITB（即HR3C）在ASME标准中的钢号为TP310HCbN，还有日本新日铁开发的超超临界机组锅炉用钢25Ni-20Cr-Mo-Nb-Ti（NF709）。

以上所提及的都是现在已经实现并投入应用的新钢种，而未来的电站锅炉将向更高参数方向发现，以期达到节能、环保的目的，材料也将采用镍基、镍铁基合金等来替换现在的铁基材料。

谢谢大家！