1、 发电厂的生产过程发电厂的生产过程性能要求：（性能要求：（1）足够持久强度、蠕变极限和持久塑性）足够持久强度、蠕变极限和持久塑性 （2）高的抗氧化性和耐腐蚀性）高的抗氧化性和耐腐蚀性 （3）良好的组织稳定性）良好的组织稳定性 （4）良好的加工工艺性，特别是可焊性）良好的加工工艺性，特别是可焊性 第一节：锅炉受热面管子和蒸汽管道用钢第一节：锅炉受热面管子和蒸汽管道用钢 及事故分析及事故分析小口径钢管：小口径钢管：heating surface tube大口径钢管：大口径钢管：steam tube、header钢管钢管一、锅炉钢管的工作条件及对材料的要求一、锅炉钢管的工作条件及对材料的要求 工作条
2、件：工作条件：（1）高温、应力长期作用下）高温、应力长期作用下 （2）烟气、蒸汽腐蚀介质中）烟气、蒸汽腐蚀介质中选材的依据：选材的依据：1）从成分上保证使用性能）从成分上保证使用性能 2）正火）正火+高温回火，来改善钢的机械性能高温回火，来改善钢的机械性能选材的总原则选材的总原则经济、适用。在满足性能要求前经济、适用。在满足性能要求前提下，尽量选用较低牌号的钢提下，尽量选用较低牌号的钢。二、锅炉钢管用钢二、锅炉钢管用钢 -蒸汽温度蒸汽温度 450C低压锅炉钢管，选用低压锅炉钢管，选用10，20;蒸汽温度蒸汽温度450C的中、高压锅炉，除水的中、高压锅炉，除水冷壁和省煤器管用冷壁和省煤器管用20
3、钢外，其它受热面管子采用钢外，其它受热面管子采用低合金低合金P耐热钢耐热钢、Cr12型型M耐热钢和耐热钢和A耐热钢耐热钢 壁温壁温 500500 C C的受热面管子及壁温的受热面管子及壁温 450450 C C的蒸汽的蒸汽管道管道2020 450 450 C C以下具有足够的强度，以下具有足够的强度，530530 C C以下抗氧以下抗氧化，工艺性好，会发生珠光体的球化和石墨化化，工艺性好，会发生珠光体的球化和石墨化同一牌号的钢的使用温度，大口径管同一牌号的钢的使用温度，大口径管（蒸汽管道类）应比小口径管（受热（蒸汽管道类）应比小口径管（受热面管道类）低面管道类）低30-50 C C按管道壁温选
4、材按管道壁温选材 壁温壁温 550550 C C的受热面管子及壁温的受热面管子及壁温 510510 C C的蒸汽的蒸汽管道管道15CrMo15CrMo、12MnMoV12MnMoV12MnMoV12MnMoV：良好综合机械性能、抗氧化性：良好综合机械性能、抗氧化性 壁温壁温 580580 C C的受热面管子及壁温的受热面管子及壁温 540540 C C的蒸汽管的蒸汽管道道12Cr1MoV12Cr1MoV、10CrMo91010CrMo910、12MoVWBSiRE12MoVWBSiRE 在铬钼钢中，当在铬钼钢中，当Mo=1%Mo=1%、Cr=2.25%Cr=2.25%时具有最佳的热时具有最佳的
5、热强性。强性。10CrMo91010CrMo910的蠕变极限和持久强度比的蠕变极限和持久强度比12Cr1MoV12Cr1MoV钢稍低。在同参数下使用时，壁厚比钢稍低。在同参数下使用时，壁厚比12Cr1MoV12Cr1MoV钢的壁钢的壁厚要厚厚要厚 壁温壁温 600-620600-620 C C的受热面管子及壁温的受热面管子及壁温 550-570 550-570 C C的的蒸汽管道蒸汽管道12Cr2MoWVB（钢（钢102）12Cr3MoVSiTiB（11）多用于壁温多用于壁温600620 C的过热器和再热器管子，很少的过热器和再热器管子，很少用于蒸汽管道。用于蒸汽管道。壁温壁温 600650
6、C受热面管子及壁温受热面管子及壁温 550600 C的蒸的蒸汽管道汽管道F11、F12、铬镍奥氏体耐热钢、铬镍奥氏体耐热钢 我国东方、上海和哈尔滨锅炉厂生产的我国东方、上海和哈尔滨锅炉厂生产的300MW、600MW锅炉都采用了锅炉都采用了TP304H（1Cr19Ni9）和）和TP347H（1Cr19Ni11Nb）奥氏体钢。具有很高的热）奥氏体钢。具有很高的热强性与抗氧化性。但奥氏体钢价格昂贵，导热性低、强性与抗氧化性。但奥氏体钢价格昂贵，导热性低、膨胀系数大，并存在晶间腐蚀及异种焊接等问题膨胀系数大，并存在晶间腐蚀及异种焊接等问题材料是影响蒸汽参数提高的关键问题之一材料是影响蒸汽参数提高的关键
7、问题之一提高蒸汽温度，可使机组效率提高，但由于珠光体提高蒸汽温度，可使机组效率提高，但由于珠光体耐热钢满足不了要求而要采用奥氏体钢，价格上高耐热钢满足不了要求而要采用奥氏体钢，价格上高出出1520倍，且存在应力腐蚀及异种钢焊接等问题，倍，且存在应力腐蚀及异种钢焊接等问题，所以蒸汽参数仍稳定在所以蒸汽参数仍稳定在540 C左右。左右。三、锅炉钢管常见事故三、锅炉钢管常见事故blasting 外因：超温、腐蚀、磨损、热疲劳外因：超温、腐蚀、磨损、热疲劳内因：材质不良、结构内因：材质不良、结构爆管原因爆管原因（一）超温爆管（一）超温爆管过热与超温意义相同，超温指运行而言，过热过热与超温意义相同，超温
8、指运行而言，过热则指爆管而言。过热是超温结果，超温是过热则指爆管而言。过热是超温结果，超温是过热原因。原因。超温：金属超过其额定温度运行超温：金属超过其额定温度运行额定温度：钢材在设计寿命下运行的允许最高额定温度：钢材在设计寿命下运行的允许最高 温度，也可指工作时的额定温度温度，也可指工作时的额定温度锅炉钢管超温的原因：锅炉钢管超温的原因：过负荷、汽水循环不良、管内汽水流量分配过负荷、汽水循环不良、管内汽水流量分配不均匀、燃烧中心偏差、内部严重结垢、异不均匀、燃烧中心偏差、内部严重结垢、异物堵塞管子等。物堵塞管子等。-管子长期处于比额定温度高的温度管子长期处于比额定温度高的温度 （低于（低于A
9、c1)下运行而引起的损坏。下运行而引起的损坏。发生于：过热器、再热器、水冷壁的向火侧发生于：过热器、再热器、水冷壁的向火侧 宏观特征：脆性爆口（管径无明显胀粗，管壁宏观特征：脆性爆口（管径无明显胀粗，管壁 几乎不减薄），爆口较小，呈长菱形几乎不减薄），爆口较小，呈长菱形 破口粗糙，爆口周围外壁有纵向裂纹破口粗糙，爆口周围外壁有纵向裂纹 有较厚氧化皮。有较厚氧化皮。爆管原因：组织变化爆管原因：组织变化持久强度持久强度，蠕变加速，蠕变加速 微观特征：有珠光体球化微观特征：有珠光体球化 石墨化、碳化物析出石墨化、碳化物析出1、长时超温爆管、长时超温爆管 宏观特征：塑性爆口（管径胀粗，管壁减薄）宏观特
10、征：塑性爆口（管径胀粗，管壁减薄）爆口较大，呈喇叭状，破口边缘呈爆口较大，呈喇叭状，破口边缘呈 刀刃状，破口附近有时有氧化皮，刀刃状，破口附近有时有氧化皮，有时没有有时没有-管子短时处于比额定温度高的温度下管子短时处于比额定温度高的温度下 （高于（高于Ac1)运行引起的损坏运行引起的损坏 爆管原因：奥氏体化爆管原因：奥氏体化强度强度 塑性变形塑性变形 微观特征：有相变组织微观特征：有相变组织 2、短时超温爆管短时超温爆管 过热器、再热器、水冷壁的向火侧过热器、再热器、水冷壁的向火侧例：主蒸汽管道额定运行温度例：主蒸汽管道额定运行温度540540 C,C,采用采用12Cr1MoV12Cr1MoV
11、，设计运行时间，设计运行时间10105 5小时，若超温小时，若超温1010 C,C,即在即在550550 C C下运行，则其寿命可按拉尔森下运行，则其寿命可按拉尔森米米列尔方程式估算列尔方程式估算T T1 1(c+lgt(c+lgt1 1)=T)=T2 2(c+lgt(c+lgt2 2)T T1 1=540=540 C(813K),tC(813K),t1 1=10=105 5h h；T T2 2=550=550 C(823K)C=20C(823K)C=20，则则t t2 2=4.97=4.97 10104 4h h超温运行就等于缩短工作寿命超温运行就等于缩短工作寿命管道寿命的估算管道寿命的估算
12、 当应力一定时，工作温度当应力一定时，工作温度T T和断裂时间和断裂时间t t之间的之间的关系可用拉尔森关系可用拉尔森米列尔米列尔(Larson(LarsonMiller)Miller)方方程式来描述：程式来描述：T(C+lgt)=T(C+lgt)=常数常数C C为常数，对于许多钢种可取为常数，对于许多钢种可取C=20C=20，这样产生的，这样产生的误差在误差在1010以内。以内。（二）管子的腐蚀损坏（二）管子的腐蚀损坏4高温氧化高温氧化4应力腐蚀应力腐蚀4蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀4烟气腐蚀烟气腐蚀4垢下腐蚀垢下腐蚀4腐蚀疲劳腐蚀疲劳 在高温下（在高温下（400 C）蒸汽与管壁接触时，将）蒸汽与管壁接
13、触时，将发生下列反应：发生下列反应：Fe+H2O Fe3O4+H2 H2+C CH4 H2+Fe3C Fe+CH4 易产生在壁温过高的过热器或出现汽水分层、易产生在壁温过高的过热器或出现汽水分层、蒸汽停滞的水冷壁蒸汽停滞的水冷壁 破坏的特征：破坏的特征：1）脆性破口）脆性破口 2）裂纹中无腐蚀产物，裂纹周围）裂纹中无腐蚀产物，裂纹周围及钢管内表面有明显的脱碳现象及钢管内表面有明显的脱碳现象1、蒸汽腐蚀（氢腐蚀或氢脆）、蒸汽腐蚀（氢腐蚀或氢脆）防止方法：加入钼、钛、铌防止方法：加入钼、钛、铌2、烟气腐蚀、烟气腐蚀 当烟气中含有燃料燃烧生成的硫原子时，与当烟气中含有燃料燃烧生成的硫原子时，与水水冷
14、壁管冷壁管的外表面相作用发生硫腐蚀（高温腐蚀）的外表面相作用发生硫腐蚀（高温腐蚀）煤燃烧后，在烟气中有较多的煤燃烧后，在烟气中有较多的SO2，其中一部分其中一部分进一步氧化为进一步氧化为SO3，当烟气到达锅炉，当烟气到达锅炉尾部受热面尾部受热面(economizer、air preheater)时，烟气的温度降至时，烟气的温度降至露点，烟气中的水凝结为水滴，露点，烟气中的水凝结为水滴，SO2、SO3形成形成H2 SO3、H2 SO4溶液，使尾部受热面遭到腐蚀（溶液，使尾部受热面遭到腐蚀（低温腐蚀）低温腐蚀）防止方法：加入铝或表面渗铝防止方法：加入铝或表面渗铝3、垢下腐蚀、垢下腐蚀 当锅炉给水质
15、量不良或结构上的某些部位防碍当锅炉给水质量不良或结构上的某些部位防碍汽水流通时，管子内壁结垢（氧化铁、氧化汽水流通时，管子内壁结垢（氧化铁、氧化铜），水垢与管子内壁产生电化学腐蚀使阳极铜），水垢与管子内壁产生电化学腐蚀使阳极管壁不断被腐蚀而减薄。此外，水垢导热性差管壁不断被腐蚀而减薄。此外，水垢导热性差且易使管子堵塞，而引起局部过热，进而导致且易使管子堵塞，而引起局部过热，进而导致鼓包或爆破。鼓包或爆破。易发生在过热器、水冷壁向火侧易发生在过热器、水冷壁向火侧 4、应力腐蚀、应力腐蚀 当金属表面的钝化膜未被破坏时，不发生腐蚀当金属表面的钝化膜未被破坏时，不发生腐蚀。在应力作用下，材料因蠕变或塑
16、性变形等原因。在应力作用下，材料因蠕变或塑性变形等原因，撕裂氧化膜，露出活性金属。在介质作用下产，撕裂氧化膜，露出活性金属。在介质作用下产生电化学腐蚀，膜作为阴极，活性金属作为阳极生电化学腐蚀，膜作为阴极，活性金属作为阳极而被溶解，形成微观腐蚀坑，在腐蚀坑的尖端由而被溶解，形成微观腐蚀坑，在腐蚀坑的尖端由于应力的作用继续变形而不断露出活性金属，活于应力的作用继续变形而不断露出活性金属，活性金属不断溶解，最后形成较深的腐蚀裂缝，直性金属不断溶解，最后形成较深的腐蚀裂缝，直至断裂。至断裂。应力腐蚀易发生在汽轮机叶片、叶轮、冷凝器应力腐蚀易发生在汽轮机叶片、叶轮、冷凝器铜管、锅炉管道、螺栓等铜管、锅
17、炉管道、螺栓等-腐蚀介质与应力同时作用下引起的一种腐蚀腐蚀介质与应力同时作用下引起的一种腐蚀-金属在腐蚀介质和交变应力同时作用下产生金属在腐蚀介质和交变应力同时作用下产生 的破坏的破坏 破坏过程：形成表面腐蚀坑破坏过程：形成表面腐蚀坑 疲劳裂纹疲劳裂纹 扩展扩展 破坏破坏5、腐蚀疲劳、腐蚀疲劳 易发生在集气联箱、叶片、汽包、管道结合处易发生在集气联箱、叶片、汽包、管道结合处 提高钢的耐腐蚀性的方法：提高钢的耐腐蚀性的方法：1）钢中加入）钢中加入Cr、Si、Al 2）使钢的基体含）使钢的基体含Cr 11.7%，从而提高钢的，从而提高钢的 电极电位电极电位 3）使钢获得单相固溶体组织）使钢获得单相
18、固溶体组织-指错用钢材或使用有缺陷的钢材造成锅炉管指错用钢材或使用有缺陷的钢材造成锅炉管 道提前损坏。道提前损坏。错用钢材错用钢材：把性能较低的钢材用到高参数的工：把性能较低的钢材用到高参数的工况下，实际是超温运行。爆管同长时超温爆管况下，实际是超温运行。爆管同长时超温爆管例例1：参数为：参数为540 C C的主蒸汽管道，设计材料为的主蒸汽管道，设计材料为12Cr1MoV12Cr1MoV，若错用为，若错用为2020（用于主蒸汽管道时的（用于主蒸汽管道时的允许最高温度允许最高温度450450 C C），则提前爆破。寿命可用），则提前爆破。寿命可用拉尔森拉尔森米列尔方程式估算。米列尔方程式估算。（
19、三）材质不良引起的爆管（三）材质不良引起的爆管例例2：伊川电厂：伊川电厂#1机组（机组（125MW，535 C C）9595年年1212月月1515日投产，日投产，9696年年3 3月月3131日主蒸汽至汽加热管日主蒸汽至汽加热管道突然爆破。原设计材料为道突然爆破。原设计材料为12Cr1MoV12Cr1MoV，安装时，安装时错用为错用为4040。经济损失。经济损失600600多万。多万。使用有严重缺陷的钢材使用有严重缺陷的钢材，如焊接缺陷、严重夹杂、，如焊接缺陷、严重夹杂、折叠、离层等，在高温和应力作用下，缺陷部位会折叠、离层等，在高温和应力作用下，缺陷部位会形成应力集中而产生裂纹使缺陷加深进
20、而导致破坏形成应力集中而产生裂纹使缺陷加深进而导致破坏。主要是由于在安装、制造和检修时管理不严造成。主要是由于在安装、制造和检修时管理不严造成的。爆破时，爆破口往往沿缺陷豁开，裂纹较直。的。爆破时，爆破口往往沿缺陷豁开，裂纹较直。首阳山电厂首阳山电厂#2炉高温过热器表层非金属夹杂炉高温过热器表层非金属夹杂物引起表面裂纹，最终爆管物引起表面裂纹，最终爆管（四）结构因素引起的爆管（四）结构因素引起的爆管 例例：首电首电 3机组机组(300MW、过热蒸汽、过热蒸汽541 C，高温，高温再热器出口温度再热器出口温度541 C）。）。高温再热器高温再热器64排，每排，每排排14根，每排在顶棚以焊接方式固
21、定在一体。高根，每排在顶棚以焊接方式固定在一体。高再规格：再规格：60 4mm、60 8.5mm（内圈下弯头）（内圈下弯头）结构设计不合理，不仅会产生附加的应力集中，结构设计不合理，不仅会产生附加的应力集中，促进了缺陷和裂纹的扩展，而且会引起管道局部促进了缺陷和裂纹的扩展，而且会引起管道局部超温，最终导致爆漏事故的发生。超温，最终导致爆漏事故的发生。1995年年10月月22日发生爆管，爆管前锅炉共启停日发生爆管，爆管前锅炉共启停40多多次；随后又于次；随后又于1月月4日、日、1月月30日、日、8月月26日爆管。爆日爆管。爆口均位于第口均位于第7根内圈根内圈SA213TP347H与钢与钢102异
22、种钢异种钢接头钢接头钢102侧的焊缝热影响区侧的焊缝热影响区 检查结果：有焊接缺陷（检查结果：有焊接缺陷（未焊透、焊瘤、未熔合）未焊透、焊瘤、未熔合）结构不合理。结构不合理。结构不合理处在于：结构不合理处在于：1）高温再热器内圈下弯头弯曲半径太小）高温再热器内圈下弯头弯曲半径太小 2）厚壁弯头变径处未采用圆滑过渡）厚壁弯头变径处未采用圆滑过渡 钢钢102与钢与钢SA213TP347H的蠕变强度相差较大，线的蠕变强度相差较大，线膨胀系数也相差较大（膨胀系数也相差较大（20 C600 C奥氏体钢的线膨胀奥氏体钢的线膨胀系数为系数为18.2 107/C，钢，钢102线膨胀系数线膨胀系数13.7107
23、/C），粗略估算），粗略估算SA213TP347H与钢与钢102两种管材膨胀差近两种管材膨胀差近20mm，而管排在顶棚处用焊接方法，而管排在顶棚处用焊接方法固定死，上方无法吸收膨胀应力，下部弯头弯曲半径固定死，上方无法吸收膨胀应力，下部弯头弯曲半径又较小，因此，结构将对异种钢接头产生很大的膨胀又较小，因此，结构将对异种钢接头产生很大的膨胀应力，应力，内圈下弯头为内圈下弯头为8.5mm厚的厚壁弯头，在变径处未采用厚的厚壁弯头，在变径处未采用圆滑过渡方式，使此部位易产生应力集中，尤其是进圆滑过渡方式，使此部位易产生应力集中，尤其是进汽侧截面突然减小汽侧截面突然减小，产生较大阻力，该阻力对距台阶，产
24、生较大阻力，该阻力对距台阶只有约只有约300mm的异种钢接头将产生很大的影响，使异的异种钢接头将产生很大的影响，使异种钢接头存在较高的应力集中种钢接头存在较高的应力集中通过分析可知，在通过分析可知，在SA213TP347H与钢与钢102异质异质接头中存在焊接缺陷产生的残余应力以及结构应接头中存在焊接缺陷产生的残余应力以及结构应力、膨胀应力，这些应力促进了裂纹的产生与扩力、膨胀应力，这些应力促进了裂纹的产生与扩展而导致爆管事故的发生。展而导致爆管事故的发生。第二节：锅炉汽包用钢第二节：锅炉汽包用钢 1、汽包的工作条件及对材料的要求、汽包的工作条件及对材料的要求 工作条件：（工作条件：（1）中温、
25、高压状态下）中温、高压状态下 （2）蒸汽介质中）蒸汽介质中 （3）热应力）热应力 性能要求：性能要求：（1）较高的常温、中温强度）较高的常温、中温强度 （2）良好的塑性、韧性和冷弯性能）良好的塑性、韧性和冷弯性能 （3）较低的缺口敏感性）较低的缺口敏感性 （4）良好冶金质量，不允许有白点和裂纹）良好冶金质量，不允许有白点和裂纹 （5）良好的焊接性能）良好的焊接性能 2、汽包用钢的选择、汽包用钢的选择两大类两大类 High quality carbon steel（20、22钢）：用于钢）：用于 低、中压锅炉低、中压锅炉Low alloy Structural steel：用于高压、超高压：用于
26、高压、超高压 锅炉锅炉20g 22g 具有一定的强度，良好的塑性、韧性和焊接性具有一定的强度，良好的塑性、韧性和焊接性 245 MPa 450 C低、中压锅炉低、中压锅炉16Mng 343 MPa 450 C低、中压锅炉低、中压锅炉15MnVg 392 MPa 450 C低、中压锅炉低、中压锅炉14MnMoVg 490 MPa 500 C高压锅炉高压锅炉18MnMoNbg 490 MPa 520 C高压锅炉高压锅炉 世界上锅炉汽包用特厚钢板分为两大类：世界上锅炉汽包用特厚钢板分为两大类：1）美国和日本用碳素钢或碳锰钢）美国和日本用碳素钢或碳锰钢 如美国钢号：如美国钢号：SA299钢（钢（碳锰钢
27、）碳锰钢）(16Mn g,C=0.3%)，与低合，与低合金结构钢相比，焊接性好，塑性、韧性也较好，金结构钢相比，焊接性好，塑性、韧性也较好，脆性转变温度低。脆性转变温度低。2）西德、法国、英国用低合金高强钢）西德、法国、英国用低合金高强钢 如西如西德钢号：德钢号：BHW35（13MnNiMoNb），具有良好），具有良好的综合机械性能与工艺性能，低周疲劳损伤小的综合机械性能与工艺性能，低周疲劳损伤小1、叶片的工作条件及对材料性能的要求：、叶片的工作条件及对材料性能的要求：工作条件：工作条件：（1）每级叶片的工作温度不同）每级叶片的工作温度不同（2）叶片在运动着的蒸汽介质）叶片在运动着的蒸汽介质（
28、过热蒸汽、潮湿（过热蒸汽、潮湿 蒸汽）中工作。蒸汽）中工作。（3）拉应力、扭应力、弯曲应力、周期性激振力）拉应力、扭应力、弯曲应力、周期性激振力第三节：汽轮机叶片用钢及事故分析第三节：汽轮机叶片用钢及事故分析（1）足够的常温、高温机械性能（低、中压汽）足够的常温、高温机械性能（低、中压汽轮机叶片轮机叶片400 C，以高温机械性能为主），以高温机械性能为主）（2）良好的耐蚀性）良好的耐蚀性（3）良好的减振性（金属材料通过内摩擦吸收）良好的减振性（金属材料通过内摩擦吸收振动能并把它转变为热能而使振动衰减的能力）振动能并把它转变为热能而使振动衰减的能力）（4）一定的耐磨性）一定的耐磨性（5）良好的工
29、艺性和经济性）良好的工艺性和经济性性能要求性能要求 2、叶片用钢、叶片用钢-马氏体耐热钢马氏体耐热钢Cr13 型型M耐热钢（铬不锈钢）耐热钢（铬不锈钢）：1Cr13,2Cr13 性能：是目前减振性最好的叶片用钢，有高抗蚀性能：是目前减振性最好的叶片用钢，有高抗蚀 性、良好综合机械性能，良好工艺性和焊性、良好综合机械性能，良好工艺性和焊 接性接性 用途：用途：1Cr13主要用于主要用于480C的前几级叶片的前几级叶片 2Cr13主要用于工作主要用于工作T450C的后几级叶片的后几级叶片Cr12型型M耐热钢（强化型铬不锈钢）耐热钢（强化型铬不锈钢）：1Cr11MoV 用于用于540C的高压汽轮机前
30、几级叶片的高压汽轮机前几级叶片 1Cr12WMoV 用于用于580C的大功率汽轮机的前的大功率汽轮机的前 几级叶片。几级叶片。2Cr12WMoVNbB 用于用于600 C叶片）叶片）1Mn18Cr10MoVB 620 C C叶片叶片 Cr14Ni18W2NbBCe 680 C C叶片叶片低合金耐热钢低合金耐热钢-耐蚀性、减振性不如耐蚀性、减振性不如Cr13 型钢型钢 20CrMo 代替代替1Cr13用于过热蒸汽区叶片用于过热蒸汽区叶片 24CrMoV 用于用于500 C以下过热蒸汽区叶片以下过热蒸汽区叶片欧美国家高中压汽轮机叶片用欧美国家高中压汽轮机叶片用C422（2Cr12NiMoWV)(6
31、49 C)和和403(1Cr13)1）长期疲劳（高周疲劳）损坏长期疲劳（高周疲劳）损坏：叶片承受低于叶：叶片承受低于叶片原始疲劳极限的应力，应力循环次数远大于片原始疲劳极限的应力，应力循环次数远大于107次所发生的一种机械疲劳损坏。次所发生的一种机械疲劳损坏。原因：叶片或叶片组共振；叶片表面有缺陷原因：叶片或叶片组共振；叶片表面有缺陷（夹杂、腐蚀点坑、划痕等）；运行不正常（如超（夹杂、腐蚀点坑、划痕等）；运行不正常（如超负荷、低负荷运行）负荷、低负荷运行）断口：平整，断面细瓷状，有典型贝壳状花样。断口：平整，断面细瓷状，有典型贝壳状花样。3、叶片常见事故、叶片常见事故2）短期疲劳（低周疲劳）损
32、坏短期疲劳（低周疲劳）损坏：叶片承受较大的叶片承受较大的 应力、应力循环次数小于应力、应力循环次数小于107次所发次所发 生的一种机械疲劳损坏。生的一种机械疲劳损坏。原因：疏水系统发生故障，水进入原因：疏水系统发生故障，水进入 汽轮机内，叶片遭受水的冲汽轮机内，叶片遭受水的冲 击而引起水击损坏；设计不击而引起水击损坏；设计不 良或安装不好，存在较大的良或安装不好，存在较大的 低频激振力引起共振低频激振力引起共振 断口：表面粗糙，断口周围有明显的塑性变形，断口：表面粗糙，断口周围有明显的塑性变形，疲劳贝壳纹不明显。疲劳贝壳纹不明显。断口：呈颗粒状、为沿晶裂纹、有小腐蚀坑断口：呈颗粒状、为沿晶裂纹
33、、有小腐蚀坑4）腐蚀疲劳腐蚀疲劳：叶片在腐蚀介质里受交变应力作用：叶片在腐蚀介质里受交变应力作用 而产生的疲劳破坏而产生的疲劳破坏 原因：存在共振，有腐蚀性介质浓缩原因：存在共振，有腐蚀性介质浓缩 断口：在叶片断裂区表面存在腐蚀坑，断口上有断口：在叶片断裂区表面存在腐蚀坑，断口上有 腐蚀性的沉积物腐蚀性的沉积物 预防：提高叶片的耐蚀性、减小交变应力、提高汽预防：提高叶片的耐蚀性、减小交变应力、提高汽 水品质等可防止腐蚀疲劳损坏。水品质等可防止腐蚀疲劳损坏。3）应力腐蚀应力腐蚀 原因：在晶界析出碳化物，使晶界贫铬，晶界与原因：在晶界析出碳化物，使晶界贫铬，晶界与晶内有电位差，产生电化学腐蚀；存在
34、应力。晶内有电位差，产生电化学腐蚀；存在应力。在湿蒸汽区出现的微小水珠不断凝结在静叶的在湿蒸汽区出现的微小水珠不断凝结在静叶的表面形成水膜。水膜不断增厚，因汽流的作用表面形成水膜。水膜不断增厚，因汽流的作用水膜再分裂成较大的水滴，从静叶上部飞出，水膜再分裂成较大的水滴，从静叶上部飞出，冲击动叶片进汽侧背弧的上部，造成叶片的水冲击动叶片进汽侧背弧的上部，造成叶片的水冲蚀。冲蚀。5）水冲蚀水冲蚀 防止措施：除改善汽轮机静叶结构外，在动叶防止措施：除改善汽轮机静叶结构外，在动叶 片进汽侧背弧钎焊硬质合金或其它片进汽侧背弧钎焊硬质合金或其它 表面强化措施表面强化措施转子制造方法：小功率机组，主轴与叶轮
35、分开制转子制造方法：小功率机组，主轴与叶轮分开制造，而后用热套法整装成转子；大功率机组，高造，而后用热套法整装成转子；大功率机组，高压转子为整体锻造，低压转子焊接而成；中等功压转子为整体锻造，低压转子焊接而成；中等功率机组，转子采用一部分叶轮与主轴锻成一个整率机组，转子采用一部分叶轮与主轴锻成一个整体（一般是高压段），另一部分叶轮采用热套法体（一般是高压段），另一部分叶轮采用热套法整装整装第四节：汽轮机转子材料的选择及事故分析第四节：汽轮机转子材料的选择及事故分析1、转子的工作条件及对材料性能的要求、转子的工作条件及对材料性能的要求工作条件：工作条件：1）主轴）主轴扭转应力（蒸汽喷射到叶片，转
36、扭转应力（蒸汽喷射到叶片，转动力矩经叶轮传到主轴引起）、弯曲应力（自动力矩经叶轮传到主轴引起）、弯曲应力（自重引起）热应力、振动附加应力（振动产生的重引起）热应力、振动附加应力（振动产生的附加应力）；当机组甩负荷和发电机短路时产附加应力）；当机组甩负荷和发电机短路时产生的巨大扭转应力及冲击载荷的作用。生的巨大扭转应力及冲击载荷的作用。2）叶轮）叶轮径向应力、切向应力、热应力、径向应力、切向应力、热应力、振动附加应力振动附加应力 3）蒸汽介质中）蒸汽介质中1）良好的综合机械性能）良好的综合机械性能 即高的强度与良好的即高的强度与良好的 塑性、韧性和抗疲劳性能的匹配。塑性、韧性和抗疲劳性能的匹配。
37、2）高温段材料还要求具有良好的组织稳定性及）高温段材料还要求具有良好的组织稳定性及 足够的蠕变极限、持久强度和持久塑性。足够的蠕变极限、持久强度和持久塑性。3）足够的抗热疲劳性能（特别是调峰机组的转）足够的抗热疲劳性能（特别是调峰机组的转 子）及尽可能低的脆性转变温度子）及尽可能低的脆性转变温度4）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力。）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力。5）良好的淬透性、焊接性能（焊接转子）及加）良好的淬透性、焊接性能（焊接转子）及加 工工艺性能。工工艺性能。6）整个锻件材质均匀，不许有白点、缩孔、夹杂）整个锻件材质均匀，不许有白点、缩孔、夹杂 物物性能要求性能要求35(40、45)
38、强度较低，有良好的塑性与韧性强度较低，有良好的塑性与韧性 400 C转子。转子。34CrMo 480 C以下的汽机主轴、叶轮。以下的汽机主轴、叶轮。35CrMoV 500520 C以下的转子、叶轮以下的转子、叶轮34CrNi3Mo 在在34CrMo钢的基础上加入钢的基础上加入3%镍构镍构 成。属于这类钢的还有成。属于这类钢的还有34CrNi1Mo 34CrNi2Mo钢，有时也用钢，有时也用 18CrMnMoB、33Cr3MoWV作代作代 用钢。用钢。400 C，2.5、5、10、20万万 KW汽轮机末级叶轮和低压转子。汽轮机末级叶轮和低压转子。中碳钢、中碳钢、中碳珠光体耐热钢中碳珠光体耐热钢、
39、低碳珠光体耐热钢、低碳珠光体耐热钢2、转子用钢、转子用钢17CrMo1V 有较高的热强性和低的冷脆转变温度，有较高的热强性和低的冷脆转变温度，综合机械性能较好综合机械性能较好 520 C的焊接转子的焊接转子30Cr1Mo1V 国外大型机组汽轮机高中压转子材料国外大型机组汽轮机高中压转子材料 用于大机组高中压转子用于大机组高中压转子 目前国外大型汽轮机组采用的低压转子用钢为目前国外大型汽轮机组采用的低压转子用钢为3.5NiCrMoV钢（钢（30Cr2Ni4MoV），该钢强度高、冲），该钢强度高、冲击韧性好、击韧性好、FATT值很低，且淬透性很好，还具有较高值很低，且淬透性很好，还具有较高的蠕变极
40、限和持久强度。该钢在我国也被广泛用作的蠕变极限和持久强度。该钢在我国也被广泛用作300MW机组的低压转子材料机组的低压转子材料。3、转子事故、转子事故1）主轴（转子）的变形）主轴（转子）的变形 原因原因：出厂时残余应力较大；运输安装不当；出厂时残余应力较大；运输安装不当；运行不良（例如动、静部件单侧摩擦运行不良（例如动、静部件单侧摩擦 所造成的局部膨胀）等。所造成的局部膨胀）等。2）高周疲劳）高周疲劳 原因：交变弯曲或扭转应力大；轴的装配不良原因：交变弯曲或扭转应力大；轴的装配不良 产生高的附加应力、异常振动等产生高的附加应力、异常振动等 特征：在轴的外表面产生裂纹，交变弯曲应力特征：在轴的外
41、表面产生裂纹，交变弯曲应力 为主时，裂纹走向垂直于轴向；交变扭为主时，裂纹走向垂直于轴向；交变扭 转应力为主时，裂纹走向与轴成转应力为主时，裂纹走向与轴成45 交角交角 3）低周疲劳）低周疲劳 易产生在高压转子的第一级和高压前汽封处的轴段，易产生在高压转子的第一级和高压前汽封处的轴段，再热机组的中压转子第一级和前汽封处的轴段。再热机组的中压转子第一级和前汽封处的轴段。原因：在较快的启停过程中，汽流对这些部位的急剧原因：在较快的启停过程中，汽流对这些部位的急剧 加热或冷却，产生极大的热应力或运行工况的加热或冷却，产生极大的热应力或运行工况的 大幅度变化产生热应力。大幅度变化产生热应力。4）应力腐
42、蚀断裂）应力腐蚀断裂 产生在套装叶轮的轴向键槽的园角处，键槽处富集产生在套装叶轮的轴向键槽的园角处，键槽处富集 NaCl或或NaOH等腐蚀介质。等腐蚀介质。原因：在这些部位运行时的切向应力接近或超过屈服原因：在这些部位运行时的切向应力接近或超过屈服 极限，加之汽水中的杂质在键槽处浓集而造成极限，加之汽水中的杂质在键槽处浓集而造成 应力腐蚀。应力腐蚀。5）腐蚀疲劳）腐蚀疲劳 易发生在低压转子主轴易发生在低压转子主轴 原因：局部区域的应力集中和腐蚀作用使裂纹原因：局部区域的应力集中和腐蚀作用使裂纹 萌生，在弯曲应力作用下裂纹不断扩展。萌生，在弯曲应力作用下裂纹不断扩展。6）脆性断裂）脆性断裂 原因
43、：冶炼和浇注时氢进入金属，凝固后，氢原因：冶炼和浇注时氢进入金属，凝固后，氢 聚合成氢分子，产生巨大的内压，形成聚合成氢分子，产生巨大的内压，形成 白点（内裂纹）；铸锭的缩孔和夹杂物白点（内裂纹）；铸锭的缩孔和夹杂物 多，加工时未能有效去除，残留在中心多，加工时未能有效去除，残留在中心 孔附近，在运行时新生的裂纹把这些缺孔附近，在运行时新生的裂纹把这些缺 陷串起来，当裂纹达到一定尺寸时就会陷串起来，当裂纹达到一定尺寸时就会 发生脆性飞裂。发生脆性飞裂。1、静子的工作条件和对材料性能的要求、静子的工作条件和对材料性能的要求 工作条件：工作条件：高温高压或一定的温差、压力差作用下工作高温高压或一定
44、的温差、压力差作用下工作 汽缸：温差、压力差作用下汽缸：温差、压力差作用下 蒸汽室、喷嘴室：高温、高压蒸汽中蒸汽室、喷嘴室：高温、高压蒸汽中 隔板：承受相邻两级蒸汽压差产生的压力且各隔板：承受相邻两级蒸汽压差产生的压力且各 级隔板处在不同温度下。级隔板处在不同温度下。第五节：汽轮机静子用钢的选择及事故分析第五节：汽轮机静子用钢的选择及事故分析 （汽缸、隔板、蒸汽室、喷嘴室等）（汽缸、隔板、蒸汽室、喷嘴室等）性能要求性能要求 1、具有足够常温机械性能和较好高温机械性能。、具有足够常温机械性能和较好高温机械性能。2、在长期运行中组织稳定。、在长期运行中组织稳定。3、良好的抗热疲劳性能和一定的抗氧化
45、、抗蒸汽、良好的抗热疲劳性能和一定的抗氧化、抗蒸汽 腐蚀的能力。腐蚀的能力。4、尽可能好的铸造性能及良好的焊接性。、尽可能好的铸造性能及良好的焊接性。静子所处的温度和应力水平不同，因此对材料静子所处的温度和应力水平不同，因此对材料的耐热性和强度要求不同。可选用各种的耐热性和强度要求不同。可选用各种铸铁铸铁（灰（灰口铸铁、耐热合金铸铁，多用于低中参数汽轮机口铸铁、耐热合金铸铁，多用于低中参数汽轮机的低压缸和隔板）、的低压缸和隔板）、碳钢碳钢（用于工作温度在（用于工作温度在425 C以下的汽轮机静子）和以下的汽轮机静子）和低合金耐热钢低合金耐热钢2、静子用材的选择、静子用材的选择ZG25 400-
46、450 400-450 C ZG35 室温室温ZG22Mn 450450 C ZG20CrMo 500-510 500-510 C ZG20CrMoV540540 C ZG15Cr1 Mo1V 570570 C ZG15CrMoVTiB 570570 C ZG1Cr18Ni9Ti610610 C 近年来我国在标准钢号中增加了：近年来我国在标准钢号中增加了：ZG15Cr1Mo：较好塑性和韧性，铸造裂纹倾向较低，较好塑性和韧性，铸造裂纹倾向较低，强度和热强性能满足在强度和热强性能满足在540540 C C以下长期以下长期 工作，用于工作，用于540540 C C下的高中压汽缸；下的高中压汽缸；ZG
47、15Cr2Mo1：良好综合机械性能和工艺性能，用于良好综合机械性能和工艺性能，用于 560 560 C C以下的高中压内外缸以下的高中压内外缸 1 1）汽缸的变形汽缸的变形 原因：汽缸铸造时的残余应力过大；原因：汽缸铸造时的残余应力过大；不均匀的蠕变变形导致汽缸的变形；不均匀的蠕变变形导致汽缸的变形；汽轮机基础不良，造成各部分受力不同而汽轮机基础不良，造成各部分受力不同而 产生汽缸变形。产生汽缸变形。2 2）汽缸的开裂汽缸的开裂 发生在汽缸的进汽区。主要是热应力引起。发生在汽缸的进汽区。主要是热应力引起。原因：蠕变与疲劳的交互作用；原因：蠕变与疲劳的交互作用；长期在高温运行后材料的持久塑性降低
48、；长期在高温运行后材料的持久塑性降低；铸造缺陷（如气孔、夹渣、砂眼和裂纹）铸造缺陷（如气孔、夹渣、砂眼和裂纹）结构设计不良。结构设计不良。3 3、静子常见事故分析、静子常见事故分析第六节：螺栓用钢及事故分析第六节：螺栓用钢及事故分析 一、螺栓的工作条件及对材料的要求一、螺栓的工作条件及对材料的要求 工作条件：工作条件：1、拉应力、温度应力、弯曲应力、拉应力、温度应力、弯曲应力 2、在应力松弛条件下工作、在应力松弛条件下工作 性能要求：（性能要求：（1）高的抗松弛性）高的抗松弛性 （2）高的屈服极限）高的屈服极限 （3）一定的持久强度、蠕变极限，高）一定的持久强度、蠕变极限，高 的持久塑性，的持
49、久塑性，（4）小的缺口敏感性）小的缺口敏感性 （5）一定抗氧化性，）一定抗氧化性，以防止螺栓与螺以防止螺栓与螺帽之间咬死。为避免咬死现象发生，螺帽材料一般帽之间咬死。为避免咬死现象发生，螺帽材料一般比螺栓材料低一级，一般螺柱硬度比螺母硬度高比螺栓材料低一级，一般螺柱硬度比螺母硬度高HB50HB50二、螺栓用钢的选择二、螺栓用钢的选择总原则：总原则：400 C 35 35、4545；430 C 珠光体耐热钢珠光体耐热钢、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢3535 425 425 C 4545 400 400 C 35SiMn35SiMn 430 430 C 35CrMo35CrMo 480480 C25
50、Cr2MoV25Cr2MoV 510 510 C 25Cr2Mo1V25Cr2Mo1V 550550 C 20Cr1Mo1V120Cr1Mo1V1 550550 C 2Ocr1Mo1VNbTiB(12Ocr1Mo1VNbTiB(1号螺栓钢号螺栓钢)570570 C 20Cr1Mo1VTiB(220Cr1Mo1VTiB(2号螺栓钢号螺栓钢)570570 C 2Cr12WMoVNbB 2Cr12WMoVNbB 570570 C 2Cr12NiMoWV(C-4222Cr12NiMoWV(C-422)570570 C Refractaloy(R-26Refractaloy(R-26)570 570 C
