1、电厂金属材料第一节第一节 锅炉主要设备用钢及事故分析锅炉主要设备用钢及事故分析一、锅炉管道用钢及事故分析一、锅炉管道用钢及事故分析（一）（一）对锅炉管道用钢的要求对锅炉管道用钢的要求锅炉管道包括锅炉管道包括受热面管子受热面管子（过热器、再热器、水冷壁管、省煤器等管子）和（过热器、再热器、水冷壁管、省煤器等管子）和蒸汽管道蒸汽管道（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、蒸汽导管、联箱、连接管等）管道。（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、蒸汽导管、联箱、连接管等）管道。电厂对管路管道用钢有下列要求：电厂对管路管道用钢有下列要求：（1）足够高的蠕变强度、持久强度和良好的持久塑性。）足够高的蠕变强度、持久强度和良好的持久
2、塑性。（2）高的抗氧化性能和耐腐蚀性。）高的抗氧化性能和耐腐蚀性。（3）足够的组织稳定性。）足够的组织稳定性。（4）良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。）良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。电厂金属材料以上三式中：以上三式中：钢在钢在T T温度下的屈服强度；温度下的屈服强度；钢在钢在T T温度下的抗拉强度；温度下的抗拉强度；钢在钢在T T温度下断裂时间为温度下断裂时间为10105 5h h的持久强度；的持久强度；n安全系数安全系数nTsnTbnT105TsTbT105选择锅炉管道用钢，其主要依据是其工作温度。选择锅炉管道用钢，其主要依据是其工作温度。进行强度计算时，必须确定在工作温度进行强度计
3、算时，必须确定在工作温度下的许用应力下的许用应力。根据根据JB2194-77JB2194-77的规定，的规定，对锅炉所用的低碳钢、低锰碳钢及低碳锰钒钢在对锅炉所用的低碳钢、低锰碳钢及低碳锰钒钢在380380以下，其以下，其他低合金耐热钢在他低合金耐热钢在420420以下，以下，许用应力许用应力按下式计算：按下式计算：在在380或或420 以上除按上式计算外，还需按持久强度计算许用应力以上除按上式计算外，还需按持久强度计算许用应力：=或或 =电厂金属材料（二）锅炉管道用钢介绍（二）锅炉管道用钢介绍蒸汽温度在蒸汽温度在450以下的低压锅炉管道主要使用以下的低压锅炉管道主要使用10号、号、20号优质
4、碳素结构号优质碳素结构钢。钢。中、高压机组除水冷壁和省煤器管用中、高压机组除水冷壁和省煤器管用20A碳钢外，其它受热面管子和蒸汽碳钢外，其它受热面管子和蒸汽管道均采用合金钢管。管道均采用合金钢管。常用的锅炉管道用钢其化学成分和应用范围列于表常用的锅炉管道用钢其化学成分和应用范围列于表7l中中.常用的锅炉管道用钢其热处理和机械性能列于表常用的锅炉管道用钢其热处理和机械性能列于表72中。中。下面按锅炉管道的壁温下面按锅炉管道的壁温(工作温度工作温度)介绍一些用钢情况：介绍一些用钢情况：电厂金属材料1 1壁温壁温500500的过热器管子及壁温的过热器管子及壁温450450的蒸汽管道的蒸汽管道一般采用
5、优质碳素结构钢，其含碳量在一般采用优质碳素结构钢，其含碳量在0.10.10.20.2之间，组织为铁素体和之间，组织为铁素体和珠光体。常用的是珠光体。常用的是2020号钢，该钢在号钢，该钢在450450以下具有足够的强度，以下具有足够的强度，530530以下具以下具有抗氧化性能，而且工艺性能良好，价格低廉。碳钢钢管在高温长期运行过有抗氧化性能，而且工艺性能良好，价格低廉。碳钢钢管在高温长期运行过程中，会出现渗碳体球化和石墨化现象，出现了组织的异常情况后，钢的蠕程中，会出现渗碳体球化和石墨化现象，出现了组织的异常情况后，钢的蠕变极限和持久强度会降低。变极限和持久强度会降低。2 2壁温壁温55055
6、0的过热器管子及壁温的过热器管子及壁温510510的蒸汽管道的蒸汽管道15CrMo15CrMo钢是在这个温度范围内应用很广泛的钢种。钢是在这个温度范围内应用很广泛的钢种。15CrMo15CrMo钢的化学成分及热处理工艺在表钢的化学成分及热处理工艺在表7l7l及表及表7272中均已分别作了介绍。中均已分别作了介绍。经热处理后的组织一般是铁素体和珠光体，有些是贝氏体。经热处理后的组织一般是铁素体和珠光体，有些是贝氏体。15CrMo15CrMo钢在钢在500500550550温度范围内有较高的热强性和抗氧化性能，其工艺性能也很好。温度范围内有较高的热强性和抗氧化性能，其工艺性能也很好。15CrMo1
7、5CrMo钢虽无石墨化倾向，但在高温下长期运行过程中会发生渗碳体的球化钢虽无石墨化倾向，但在高温下长期运行过程中会发生渗碳体的球化及固镕体中合金元素贫化的组织变化，从而使热强性降低。当温度超过及固镕体中合金元素贫化的组织变化，从而使热强性降低。当温度超过550550时，持久强度显著下降。时，持久强度显著下降。我国在发展普通低合金钢时，结合我目的资源情况，提出以我国在发展普通低合金钢时，结合我目的资源情况，提出以12MnMoV钢替代钢替代15CrMo钢。钢。电厂金属材料3.壁温壁温580的过热器管子及壁温的过热器管子及壁温540的蒸汽管道的蒸汽管道在这个温度范围内应用最广泛的锅炉管道钢是在这个温
8、度范围内应用最广泛的锅炉管道钢是12Cr1MoV钢及钢及 型型的耐热钢的耐热钢.(1)12CrlMoV钢钢 12CrlMoV钢是在钢是在CrMo钢的基础上，加入钢的基础上，加入02钒的低合宝耐热钢。钒是钒的低合宝耐热钢。钒是强碳化物元素，强碳化物元素，VC细碎而稳定，对钢的弥散硬化效果好。因而，细碎而稳定，对钢的弥散硬化效果好。因而，12Cr1MoV钢的耐热性能钢的耐热性能比铬钼钢高，工艺性能也很好，在国内外均得到广泛应用。比铬钼钢高，工艺性能也很好，在国内外均得到广泛应用。12Cr1MoV钢在高温下长期运行过程中，也会发生渗碳体球化及固镕体中合金元素贫化的钢在高温下长期运行过程中，也会发生渗
9、碳体球化及固镕体中合金元素贫化的现 象，而 使 热 强 性 降 低。若 因 温 工 作，这 种 现 象 更 为 严 重。现 象，而 使 热 强 性 降 低。若 因 温 工 作，这 种 现 象 更 为 严 重。我 国 曾 研 制 了我 国 曾 研 制 了12MoVwWBSiRe（无铬（无铬8号）钢，代替号）钢，代替12Cr1Mov钢用于制造锅炉管道，但是该钢种的生钢用于制造锅炉管道，但是该钢种的生产工艺尚不够成熟，质量也还不稳定。产工艺尚不够成熟，质量也还不稳定。（2）钢钢提高铬钼钢中合金元素的含量，当提高铬钼钢中合金元素的含量，当Cr2.25、Mo1时具有最佳的热强性。时具有最佳的热强性。钢钢
10、是比较成熟的钢种，在美英联邦德国日本等工业发达的国家中应用于锅炉管道已有相当长是比较成熟的钢种，在美英联邦德国日本等工业发达的国家中应用于锅炉管道已有相当长的历史，例如美国的的历史，例如美国的P22，瑞典的，瑞典的HT8、日本的、日本的STBA24，联邦德国的，联邦德国的10CrMo910钢。其钢。其蠕变极限和持久强度比蠕变极限和持久强度比12Cr1MoV钢低，最常用的温度是钢低，最常用的温度是540550。1Mo-Cr4121Mo-Cr4121Mo-Cr412电厂金属材料 4 4 壁温壁温600600620620的过热器管子及壁温的过热器管子及壁温550550570570的蒸汽管道的蒸汽管道
11、多年来国内外均致力于多年来国内外均致力于研究进一步提高合金耐热钢的使用温度，研究进一步提高合金耐热钢的使用温度，使之超过使之超过600600，甚至达到，甚至达到620620，我国研制成功的有，我国研制成功的有12Cr2MoWVB(12Cr2MoWVB(钢钢102)102)和和12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB钢（钢（II11II11）钢；俄罗斯有）钢；俄罗斯有12X2MCP12X2MCP、12X2B12X2B钢；联邦德国钢；联邦德国有有10CrSiMoV10CrSiMoV钢等。这些钢种目前多用于壁温钢等。这些钢种目前多用于壁温600600620620的过热器和再热器的过热器和
12、再热器管子，很少用于蒸汽管子。管子，很少用于蒸汽管子。微量多元合金化是这类钢种的共同特点，微量多元合金化是这类钢种的共同特点，铬含量在铬含量在2 2左右，其他的元素含左右，其他的元素含量更少量更少 由于多种元素的相互作用，使钢具有更高的化学稳定性和组织稳定由于多种元素的相互作用，使钢具有更高的化学稳定性和组织稳定性，因而耐热性能更好。例如性，因而耐热性能更好。例如12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB钢在钢在600600620620时持久强度时持久强度9494100Mpa100Mpa；620620时抗氧化速度仅为时抗氧化速度仅为0.00873mm/a0.00873mm/a。5 5
13、 壁温壁温600600650650的过热器管子及壁温的过热器管子及壁温550550560560的蒸汽管道的蒸汽管道当锅炉气温达到当锅炉气温达到570570时，高温段过热器管子的壁温可达到时，高温段过热器管子的壁温可达到620620以上。这时，珠光体以上。这时，珠光体型的低合金耐热钢已不能满足要求，需要采用高合金耐热钢。有些还采用奥氏体型耐型的低合金耐热钢已不能满足要求，需要采用高合金耐热钢。有些还采用奥氏体型耐热钢来制造。热钢来制造。电厂金属材料最新进展这几年我国火电厂已向大型机组方向发展，新建或改进的火电厂，均是这几年我国火电厂已向大型机组方向发展，新建或改进的火电厂，均是3030万、万、6
14、060万，甚至已引进了万，甚至已引进了9090万的大机组。这些机组均是亚临界、超临界的万的大机组。这些机组均是亚临界、超临界的参数，对锅炉受热面管道用的材料性能要求更高。参数，对锅炉受热面管道用的材料性能要求更高。目前这些高参数大机组锅炉受热面管道均采用含铬量较高的耐热钢来制造，目前这些高参数大机组锅炉受热面管道均采用含铬量较高的耐热钢来制造，最常用的最常用的9Cr9Cr1Mo1Mo型马氏体型耐热钢。型马氏体型耐热钢。属于这一类型的在我国属于这一类型的在我国3030万以上大万以上大机组上应用的钢种有美国的机组上应用的钢种有美国的T9T9和和P9P9钢，日本的钢，日本的STBA26STBA26和
15、和STPA26STPA26钢，德国的钢，德国的X12CrMo91X12CrMo91钢以及瑞典的钢以及瑞典的H17H17钢等。钢等。为了进一步提高钢的热强性，又为了进一步提高钢的热强性，又添加了添加了2 2MoMo的的9Cr9Cr2Mo2Mo钢钢，即日本的，即日本的HCM9MHCM9M钢。加入了合金元素钢。加入了合金元素V V和和NbNb，控制微量加入的，控制微量加入的AlAl和和N N的含量，使钢具的含量，使钢具有了更高的热强性和抗高温氧化性能，还具有良好的冲击韧性和稳定的持有了更高的热强性和抗高温氧化性能，还具有良好的冲击韧性和稳定的持久塑性。久塑性。这类钢目前主要用于制造亚临界、超临界锅炉
16、壁温这类钢目前主要用于制造亚临界、超临界锅炉壁温625625的高的高温过热器、壁温温过热器、壁温650650的高温再热器管道以及壁温的高温再热器管道以及壁温600600的高温集箱和的高温集箱和蒸汽管道，也可用于核电设备的热交换器。蒸汽管道，也可用于核电设备的热交换器。这类马氏体型的耐热钢，我国这类马氏体型的耐热钢，我国也已研制成功，牌号为也已研制成功，牌号为10Cr9Mo1VNb10Cr9Mo1VNb钢；引进的材料有：美国的钢；引进的材料有：美国的T91T91和和P91P91，日本的火日本的火STBA28STBA28、火、火STPA28STPA28，俄罗斯的，俄罗斯的10X9M-III10X9
17、M-III钢，法国的钢，法国的TUZ10CDTUZ10CDVnbO9.01VnbO9.01钢等。钢等。电厂金属材料Cr12Cr12马氏体型耐热型钢马氏体型耐热型钢主要是依靠铬，钼，钨等元素在钢中起固溶强主要是依靠铬，钼，钨等元素在钢中起固溶强化的作用来提高热强性；有些加入钒铌等元素来起弥散硬化，加入硼，化的作用来提高热强性；有些加入钒铌等元素来起弥散硬化，加入硼，稀土等元素来加强晶界，从而进一步提高蠕变极限和持久强度，在高温稀土等元素来加强晶界，从而进一步提高蠕变极限和持久强度，在高温下持久运行过程中此类钢不会断析出下持久运行过程中此类钢不会断析出Fe3MoFe3Mo、FeFe2 2W W等金
18、属化合物，可以抵等金属化合物，可以抵消因固溶体中合金元素贫化（贫钼或钨）而削弱固容强化的现象；同时消因固溶体中合金元素贫化（贫钼或钨）而削弱固容强化的现象；同时有由于固容体中保持高浓度的铬，使其具有高的抗腐蚀能力和抗氧化性。有由于固容体中保持高浓度的铬，使其具有高的抗腐蚀能力和抗氧化性。我国在我国在300300机组中采用机组中采用F11F11或或F12F12钢做再热器管子及出口联箱。钢做再热器管子及出口联箱。Cr12Cr12钢含铬钢含铬量高，高温加热后在空气中冷却即可获得马氏体组织，所以焊接性能较量高，高温加热后在空气中冷却即可获得马氏体组织，所以焊接性能较差。差。过热器管子壁温超过过热器管子
19、壁温超过650650，蒸汽管道壁温超过，蒸汽管道壁温超过600600后需要使用奥氏体后需要使用奥氏体耐热钢，耐热钢，奥氏体耐热钢具有较高的高温强度和耐腐蚀性能，最高使用温奥氏体耐热钢具有较高的高温强度和耐腐蚀性能，最高使用温度可达到度可达到700700左右。目前应用的有左右。目前应用的有0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr19Ni91Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti和和1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等钢种。等钢种。电厂金属材料（三）锅炉受热面管子常见受热面事故的分析（三）锅炉受热面管子常见受热面事故的分析锅炉受热面管子常见
20、事故锅炉受热面管子常见事故主要有长时超温爆管，短时超温爆管，材质不良主要有长时超温爆管，短时超温爆管，材质不良爆管及腐蚀性热疲劳裂纹损坏爆管及腐蚀性热疲劳裂纹损坏等。等。1.1.长时超温爆管长时超温爆管如果锅炉受热面管子在运行过程中，因某些原因使管壁温度超过设计温度，在高温长如果锅炉受热面管子在运行过程中，因某些原因使管壁温度超过设计温度，在高温长时间作用下，导致钢材组织结构的变化，蠕动速度加快，持久强度下降，使用寿命达时间作用下，导致钢材组织结构的变化，蠕动速度加快，持久强度下降，使用寿命达不到设计要求而提早爆破损坏，称为不到设计要求而提早爆破损坏，称为长时超温爆管长时超温爆管，也有叫做长期
21、过热爆管或一段性，也有叫做长期过热爆管或一段性过热损坏，过热损坏，长时超温爆管由于管壁温度还没达到临界点温度，爆管时虽然有介质的激长时超温爆管由于管壁温度还没达到临界点温度，爆管时虽然有介质的激冷作用，还不会发生相变。冷作用，还不会发生相变。长时超温爆管一般发生在高温过热器出口段的外圈向火侧据近几年来对过热器管子爆长时超温爆管一般发生在高温过热器出口段的外圈向火侧据近几年来对过热器管子爆破事故的分析破事故的分析7070是由于长时超温而引起的。是由于长时超温而引起的。长时超温爆管的破口呈粗糙脆性断口，管壁减薄不多，管子胀粗也不很显著，爆破口长时超温爆管的破口呈粗糙脆性断口，管壁减薄不多，管子胀粗
22、也不很显著，爆破口附近往往有较厚的氧化铁层，附近往往有较厚的氧化铁层，如图如图7 71 1所示。所示。长时超温爆管的显微组织虽无相变但却有炭化物析出并聚集长大甚至有些还会出现石长时超温爆管的显微组织虽无相变但却有炭化物析出并聚集长大甚至有些还会出现石墨化等组织变化，墨化等组织变化，如图如图7 72 2所示。所示。电厂金属材料 图图7-1 207-1 20钢过热器管长时超温爆管的宏观形貌钢过热器管长时超温爆管的宏观形貌 7 72 202 20钢过热器管长时超温爆管的微观组织钢过热器管长时超温爆管的微观组织 电厂金属材料1.短时超温爆管短时超温爆管锅炉受热面管子在运行过程中，由于冷却条件的恶化，使
23、锅炉受热面管子在运行过程中，由于冷却条件的恶化，使管壁温度在短时间管壁温度在短时间内突然上升，达到临界点以上温度。内突然上升，达到临界点以上温度。在这样高的温度下钢的抗拉强度急剧下在这样高的温度下钢的抗拉强度急剧下降，在介质压力作用下温度最高的向火侧首先发生塑性形变，管径张粗，管降，在介质压力作用下温度最高的向火侧首先发生塑性形变，管径张粗，管壁减薄，随后发生剪切断裂而爆破。爆破时，由于介质对炽热的管壁产生激壁减薄，随后发生剪切断裂而爆破。爆破时，由于介质对炽热的管壁产生激冷作用，在爆破口往往有相变的组织结构，这种爆管就成为短时超温爆管，冷作用，在爆破口往往有相变的组织结构，这种爆管就成为短时
24、超温爆管，也有叫做短时过热爆管或加速蠕变爆管。也有叫做短时过热爆管或加速蠕变爆管。短时超温爆管大多数发生在水冷壁管、凝渣管上，特别是水冷壁管热负荷最短时超温爆管大多数发生在水冷壁管、凝渣管上，特别是水冷壁管热负荷最高的地方，如燃烧带附近及明喷燃器附近的向火侧。高的地方，如燃烧带附近及明喷燃器附近的向火侧。短时超温爆破口一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，短时超温爆破口一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征。其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征。爆破口附近有时有氧化铁层，有时没爆破口附近有时有氧化铁层，有时没有。爆破口的这些特征是与超
25、温爆管时产生了较大的塑性变形，使管缝减薄，有。爆破口的这些特征是与超温爆管时产生了较大的塑性变形，使管缝减薄，因而承受不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。因而承受不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。短时超温爆管的过程类似作高温短时拉伸试验，在应力的作用下，先引起塑短时超温爆管的过程类似作高温短时拉伸试验，在应力的作用下，先引起塑性变形，后在局部地区出现收缩现象，最后形成剪切裂纹而产生韧性断裂。性变形，后在局部地区出现收缩现象，最后形成剪切裂纹而产生韧性断裂。电厂金属材料爆破口附近的氧化铁层厚度爆破口附近的氧化铁层厚度，可从运行情况来分析。如果管子一直是在设计，可从运行情况来分析。如果管
26、子一直是在设计湿度下运行的至化铁层就范，甚至没有；如果曾经在超温情况下运行过一湿度下运行的至化铁层就范，甚至没有；如果曾经在超温情况下运行过一段时间后再发生短时超温爆管则氧化铁层就较厚，而且爆破口的背部段时间后再发生短时超温爆管则氧化铁层就较厚，而且爆破口的背部(即即背火侧背火侧)还会出现碳化物球化等组织变化。还会出现碳化物球化等组织变化。组织变化后，机械性能也会发生改变。如对爆破口断面进行硬度测定，可发组织变化后，机械性能也会发生改变。如对爆破口断面进行硬度测定，可发现爆破口周向断面上各点的硬度差异很大，爆破口的硬度明显增高。现爆破口周向断面上各点的硬度差异很大，爆破口的硬度明显增高。图5-
27、5 20钢水冷壁管短时超温爆管的宏观及微观组织 电厂金属材料3材质不良引起的爆管材质不良引起的爆管材质不良爆管是指错用钢材或使用有缺陷的钢材造成锅炉管道提早损坏。材质不良爆管是指错用钢材或使用有缺陷的钢材造成锅炉管道提早损坏。错用钢材往往是指把性能比较低的钢材用到高参数的工况下，实际上是一错用钢材往往是指把性能比较低的钢材用到高参数的工况下，实际上是一种超温运行。种超温运行。一旦发生爆管事故，是属于长时超温爆管，其爆破口的宏观一旦发生爆管事故，是属于长时超温爆管，其爆破口的宏观特征和微观组织的变化基本上与长时超温爆管相同。特征和微观组织的变化基本上与长时超温爆管相同。在制造、安装和检修在制造、
28、安装和检修时，未经计算就选用了低一级的钢管，即认为是错用钢材。时，未经计算就选用了低一级的钢管，即认为是错用钢材。例如蒸汽参数例如蒸汽参数为为535、l0MPa的主蒸汽管道，正常使用的钢材应为的主蒸汽管道，正常使用的钢材应为22Cr1MoV钢，若钢，若误用了误用了20钢，由于该钢用于主蒸汽管道的允许温度是钢，由于该钢用于主蒸汽管道的允许温度是450，因此只要运，因此只要运行几干小时就会发生爆破。行几干小时就会发生爆破。使用了大于壁厚负偏差的拆叠、结疤、离层、发纹和大于壁厚使用了大于壁厚负偏差的拆叠、结疤、离层、发纹和大于壁厚5的横向的横向发裂以及严重夹杂、脱碳的管子称为使用有缺陷的钢材。发裂以
29、及严重夹杂、脱碳的管子称为使用有缺陷的钢材。这些缺陷的存在这些缺陷的存在严重地削弱了管壁强度，在高温和应力的长时间作用下，缺陷部位容易形严重地削弱了管壁强度，在高温和应力的长时间作用下，缺陷部位容易形成应力集中现象，产生裂纹使缺陷加深，腐蚀介质也可能侵入缺陷区域使成应力集中现象，产生裂纹使缺陷加深，腐蚀介质也可能侵入缺陷区域使腐蚀速度加快，使受热面管子承受不了介质的压力而爆破。腐蚀速度加快，使受热面管子承受不了介质的压力而爆破。有缺陷管子爆破时，爆破口往往是沿缺陷豁开，裂纹较直。爆破口边缘一有缺陷管子爆破时，爆破口往往是沿缺陷豁开，裂纹较直。爆破口边缘一般有两部分，有缺陷的部分边缘粗糙呈脆性断
30、面；没有缺陷的部分则呈韧般有两部分，有缺陷的部分边缘粗糙呈脆性断面；没有缺陷的部分则呈韧性断面。性断面。电厂金属材料二、锅炉汽包及其它部件用钢二、锅炉汽包及其它部件用钢(一一)锅炉汽包的工作条什及对材料的要求锅炉汽包的工作条什及对材料的要求锅炉汽包钢材处于中温锅炉汽包钢材处于中温(350(350以下以下)高压状态下工作，它除承受较高的内压以外，还高压状态下工作，它除承受较高的内压以外，还会受到冲击、疲劳载荷及水和蒸汽介质的腐蚀作用。会受到冲击、疲劳载荷及水和蒸汽介质的腐蚀作用。对锅炉汽包提出的要求：对锅炉汽包提出的要求：(1)(1)较高的强度，包括常温和中温强度。较高的强度，包括常温和中温强度
31、。在设计时，屈服极限和抗拉强度都作为钢材在设计时，屈服极限和抗拉强度都作为钢材许用应力的计算依据。许用应力的计算依据。(2)(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)(3)较低的缺口敏感性。较低的缺口敏感性。在制造锅炉时，要在锅炉钢板上开孔和焊接管子接头，往会在制造锅炉时，要在锅炉钢板上开孔和焊接管子接头，往会造成应力集中，因此要求钢材有较低的缺口敏感性。造成应力集中，因此要求钢材有较低的缺口敏感性。(4)(4)要求分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能少。不允许有白点及裂纹。要求分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能少。不允许有白点及裂纹。(5)(5)如果工
32、作温度超过如果工作温度超过400400，则必须有更高的耐热性能。，则必须有更高的耐热性能。(6)(6)良好的焊接性能等加工工艺性能。良好的焊接性能等加工工艺性能。电厂金属材料(二二)汽包用钢介绍汽包用钢介绍 常用的锅炉汽包用钢的化学成分、强度级别及应用范围见表常用的锅炉汽包用钢的化学成分、强度级别及应用范围见表7373所示。所示。过去生产的中、低压锅炉汽包均用过去生产的中、低压锅炉汽包均用20g20g或或228228钢板来制造。由于大量地发展了钢板来制造。由于大量地发展了低合金高强度钢，低合金高强度钢，现在已逐步地采用现在已逐步地采用12Mng12Mng、16Mng16Mng、l5Mnv8l5
33、Mnv8等普通低合金钢等普通低合金钢板，板，这些钢板的综合机械性能均比碳钢高，可以减轻锅炉汽包的重量，节省这些钢板的综合机械性能均比碳钢高，可以减轻锅炉汽包的重量，节省大量钢材。大量钢材。16Mng16Mng钢是结合我国资源生产的屈服极限为钢是结合我国资源生产的屈服极限为350MPa350MPa级的普通低合金钢，是我级的普通低合金钢，是我国应用得最早、最广泛的普通低合金钢种之一。国应用得最早、最广泛的普通低合金钢种之一。推荐应用的范围为推荐应用的范围为4040450450，采用，采用16Mng16Mng钢代替钢代替2020钢后，钢材可节省钢后，钢材可节省20203030。16Mng16Mng钢
34、具有良钢具有良好的综合机械性能、焊接性能以及低温冲击韧性；但是缺口敏感性比碳钢大。好的综合机械性能、焊接性能以及低温冲击韧性；但是缺口敏感性比碳钢大。15MnVg15MnVg钢强度比钢强度比16Mng16Mng钢高，也具有良好的综合机械性能及焊接性能。钢高，也具有良好的综合机械性能及焊接性能。用于用于制造中、高压锅炉汽包。制造中、高压锅炉汽包。15MnVg15MnVg钢板也有较大的缺口敏感性，板材中硫化物钢板也有较大的缺口敏感性，板材中硫化物夹杂的存在会增加材料的缺口敏感性。夹杂的存在会增加材料的缺口敏感性。电厂金属材料14MnMoVg14MnMoVg钢是屈服极限为钢是屈服极限为500MPa5
35、00MPa级的普通低合金钢。级的普通低合金钢。钢中由于加入了钢中由于加入了0 05 5MoMo，提高了钢的屈服强度及中温机械性能，特别适合生产厚度为，提高了钢的屈服强度及中温机械性能，特别适合生产厚度为60mm60mm以上的厚钢板，以满足制造高压锅炉汽包的需要。以上的厚钢板，以满足制造高压锅炉汽包的需要。14MnMoVBReg14MnMoVBReg钢是钢是500MPa500MPa级的多元低碳贝氏体钢，屈服极限比碳钢高一倍，级的多元低碳贝氏体钢，屈服极限比碳钢高一倍，有良好的综合机械性能。有良好的综合机械性能。由于加入了适量的硼、稀土，所以钢的强度更由于加入了适量的硼、稀土，所以钢的强度更高了，
36、符合我国资源情况。高了，符合我国资源情况。18MnMoNbg18MnMoNbg钢也是钢也是500MPa500MPa级的低合金钢，不仅有较高的屈服极限，而且耐级的低合金钢，不仅有较高的屈服极限，而且耐热性能也较高。热性能也较高。14CrMn MoVBg14CrMn MoVBg钢的屈服极限很高，钢的屈服极限很高，s s650650一一700MPa700MPa。该钢又加入强化。该钢又加入强化元素铬，也是微量多元低合金钢，不仅强度高，塑性、韧性也较好，焊元素铬，也是微量多元低合金钢，不仅强度高，塑性、韧性也较好，焊接性能也好，并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。接性能也好，并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。
37、电厂金属材料(三三)吹灰器工作特点及用钢吹灰器工作特点及用钢工作特点：工作特点：锅炉设备中的燃烧室、水冷壁管、过热器、省煤器、空气预热器等部件中锅炉设备中的燃烧室、水冷壁管、过热器、省煤器、空气预热器等部件中均有吹灰装置，又称吹灰器，均有吹灰装置，又称吹灰器，定期吹落敷浮在这些设备上的烟灰渣子。定期吹落敷浮在这些设备上的烟灰渣子。吹灰器工作的时间很短，但是工作温度却很高。吹灰器工作的时间很短，但是工作温度却很高。吹灰管应能保证用到五年吹灰管应能保证用到五年以上，喷头应保证能用到二年左右。所以要用具有高的抗氧化性能和较高以上，喷头应保证能用到二年左右。所以要用具有高的抗氧化性能和较高的高温强度的
38、材料来制造。的高温强度的材料来制造。燃烧室的吹灰器，燃烧室的吹灰器，其工作温度约为其工作温度约为9001000，工作，工作35min，又放回，又放回到原来的到原来的250400的炉墙处。高温过热器区的吹灰器工作温度约的炉墙处。高温过热器区的吹灰器工作温度约800900；高温省煤器和高温空气预热器区的吹灰器工作温度高温省煤器和高温空气预热器区的吹灰器工作温度约约500550；低温省煤器和低温空气预热器区的吹灰器工作温度小于低温省煤器和低温空气预热器区的吹灰器工作温度小于450。由于布置在不同部位的吹灰器工作温度不同，因而所用的材料有奥氏体耐由于布置在不同部位的吹灰器工作温度不同，因而所用的材料有
39、奥氏体耐热钢、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。热钢、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。电厂金属材料用钢：用钢：燃烧室、高温过热器区所用的吹灰器材料是：燃烧室、高温过热器区所用的吹灰器材料是：Cr25TiCr25Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr131Cr13等钢种。等钢种。Cr25TiCr25Ti钢具有很高的抗氧化性能及抗晶间腐蚀的能力，在钢具有很高的抗氧化性能及抗晶间腐蚀的能力，在10001000左右耐热不起皮，左右耐热不起皮，但是强度较低，焊接性能也不好，承受的力不能过大。但是强度较低，焊接性能也不好，承受的力不能过大。lCr18Ni9TilCr1
40、8Ni9Ti钢及钢及1Cr131Cr13钢则相钢则相反，具有较好的热强性和其它机械性能，但抗氧化性能比反，具有较好的热强性和其它机械性能，但抗氧化性能比Cr25TiCr25Ti钢差。钢差。当温度小于当温度小于450450时应尽量采用低合金钢、碳钢和耐热铸铁。时应尽量采用低合金钢、碳钢和耐热铸铁。如如2020钢表面渗铝或渗铬钢表面渗铝或渗铬后可具有较好的抗氧化性能，能满足在这个温度范围内使用。后可具有较好的抗氧化性能，能满足在这个温度范围内使用。电厂金属材料(四四)锅炉固定零件用钢锅炉固定零件用钢锅炉设备中的固定零件主要是指管子夹马、定位板、吊架、支座等。锅炉设备中的固定零件主要是指管子夹马、定
41、位板、吊架、支座等。炉膛和前部烟道的吊架和夹马，工作温度约为炉膛和前部烟道的吊架和夹马，工作温度约为1000因此需要选用因此需要选用Cr20Ni14Si2和和Cr25Nil2高高铬镍奥氏体钢。对流加热面部分的固定件，工作温度低于铬镍奥氏体钢。对流加热面部分的固定件，工作温度低于750，最合适而经济的材料是，最合适而经济的材料是Cr6SiMo钢。钢。这些零件也是处在较高的烟气温度下工作的，而且不象受热面管子那样有介质冷却，因这些零件也是处在较高的烟气温度下工作的，而且不象受热面管子那样有介质冷却，因此也要求具备较高的抗氧化腐蚀能力和高温强度。由于固定件工作的部位不同，应用的此也要求具备较高的抗氧
42、化腐蚀能力和高温强度。由于固定件工作的部位不同，应用的材料也不同。材料也不同。Cr20Ni14Si2钢虽有很高的抗氧化性能，但是含铬量钢虽有很高的抗氧化性能，但是含铬量20左右，含镍量左右，含镍量14左右，不左右，不符合我国资源情况。符合我国资源情况。我国研制我国研制Cr18Mn11Si2N(D1)钢和钢和Cr20Mn9Ni2Si2N(钢钢101)钢来代替昂贵的高铬镍奥钢来代替昂贵的高铬镍奥氏体钢作高温马夹和吊架。氏体钢作高温马夹和吊架。Dl钢是钢是CrMnN型奥氏体耐热不锈钢。该钢不含镍，符合我国的资源情况，用作工型奥氏体耐热不锈钢。该钢不含镍，符合我国的资源情况，用作工作温度在作温度在90
43、0以下的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中耐热构件。以下的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中耐热构件。钢钢10l是是CrMnNiN型奥氏体耐热不锈钢，钢中含镍量较少，工艺性能和高温性型奥氏体耐热不锈钢，钢中含镍量较少，工艺性能和高温性能良好，可用作工作温度在能良好，可用作工作温度在850 1100的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中的耐热的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中的耐热构件。构件。电厂金属材料第二节第二节 汽轮机主要零部件用钢及事故分析汽轮机主要零部件用钢及事故分析一、汽轮机叶片用钢及事故分析一、汽轮机叶片用钢及事故分析（一）汽轮机叶片的工作条件及对材料的要求（一）汽轮机叶片的工作条件及对材料的要求
44、 叶片的工作条件：叶片的工作条件：叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的极其重要的部件。按照工作条件叶片分叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的极其重要的部件。按照工作条件叶片分为与转子相连接并一起转动的为与转子相连接并一起转动的动叶动叶及与静子相连接处于不动状态的及与静子相连接处于不动状态的静叶静叶(又称导叶又称导叶)。不同功率的汽轮机中，处于不同级的叶片因工作条件不同，动叶与静叶具有各种不同不同功率的汽轮机中，处于不同级的叶片因工作条件不同，动叶与静叶具有各种不同的结构、尺寸及固定的方法。不同级中蒸汽对叶片的腐蚀与冲蚀作用也不同。的结构、尺寸及固定的方法。不同级中蒸汽对叶片的腐蚀与冲蚀
45、作用也不同。第一级的动叶与静叶所处的温度最高，接近于进口的蒸汽温度；随后逐级降低，至末级则接近第一级的动叶与静叶所处的温度最高，接近于进口的蒸汽温度；随后逐级降低，至末级则接近100或更低一些。叶片是在运动着的蒸汽介质中工作的，而各级的蒸汽状态是不一样的。在大或更低一些。叶片是在运动着的蒸汽介质中工作的，而各级的蒸汽状态是不一样的。在大多数级中，叶片是在过热蒸汽中工作，而末级叶片是在湿蒸汽中工作。通流部分的不同区段，蒸多数级中，叶片是在过热蒸汽中工作，而末级叶片是在湿蒸汽中工作。通流部分的不同区段，蒸汽中所含的盐类、氧和凝结水滴的量是不同的。汽中所含的盐类、氧和凝结水滴的量是不同的。电厂金属材
46、料汽轮机在工作过程中，动叶承受着最大的静应力、动应力及交变应力。汽轮机在工作过程中，动叶承受着最大的静应力、动应力及交变应力。叶片愈长叶片愈长,转子的直径与转速愈大，在叶片上由离心力所产生的拉应力便愈大。当有围带或转子的直径与转速愈大，在叶片上由离心力所产生的拉应力便愈大。当有围带或拉筋时拉筋时,还要考虑由它们产生的离心力对叶片的影响。还要考虑由它们产生的离心力对叶片的影响。汽轮机在工作过程中，叶片和拉筋的振动具有重要的意义。汽轮机在工作过程中，叶片和拉筋的振动具有重要的意义。叶片的振动是引起叶叶片的振动是引起叶片断型事故的重要原因。片断型事故的重要原因。导致叶片振动的总的原因，是汽轮机转子转
47、动时，作用于叶片上的周期性激振力，导致叶片振动的总的原因，是汽轮机转子转动时，作用于叶片上的周期性激振力，又称为扰动力。又称为扰动力。产生周期性激振力的原因很多。产生周期性激振力的原因很多。因出汽道汽流压力沿节距的不均匀分布所引起的因出汽道汽流压力沿节距的不均匀分布所引起的周期性激振力，其频率是转子的转速与静叶片片数的乘积，周期性激振力，其频率是转子的转速与静叶片片数的乘积，称为高频激振力。称为高频激振力。由由于隔板通流面积不均匀所引起汽流力的不均匀而产生的周期性激振力，其频率等于隔板通流面积不均匀所引起汽流力的不均匀而产生的周期性激振力，其频率等于转速或转速的简单倍数，于转速或转速的简单倍数
48、，称为低频激振力称为低频激振力。如果激振力的频率落入与叶片自振频率相同的共振频率之中时，则振幅就要突然如果激振力的频率落入与叶片自振频率相同的共振频率之中时，则振幅就要突然增大至不能允许的程度，从而使叶片产生过大的应力。视应力超过允许值的程度增大至不能允许的程度，从而使叶片产生过大的应力。视应力超过允许值的程度不同，在经过一定的时间之后，即会发生叶片的断裂。不同，在经过一定的时间之后，即会发生叶片的断裂。汽轮机动叶的设计和计算汽轮机动叶的设计和计算是以汽轮机在运行过程中没有这种危险的共振为条件的。是以汽轮机在运行过程中没有这种危险的共振为条件的。电厂金属材料1 1良好的常温和高温机械性能良好的
49、常温和高温机械性能2 2良好的抗蚀性良好的抗蚀性3.3.良好的减振性良好的减振性4 4一定的耐磨性一定的耐磨性5 5良好的工艺性良好的工艺性 对于用来制造叶片的金属材料，在性能上应满足以下的要求：对于用来制造叶片的金属材料，在性能上应满足以下的要求：电厂金属材料（二）气轮机叶片材料介绍（二）气轮机叶片材料介绍制造气轮机叶片的材料，制造气轮机叶片的材料，主要是含铬主要是含铬13%13%的铬不锈钢几含铬约的铬不锈钢几含铬约12%12%并加入少并加入少量钨、钼、钒、铌等合金元素以提高材料热强性的强化性铬不锈钢。量钨、钼、钒、铌等合金元素以提高材料热强性的强化性铬不锈钢。蒸汽温度超过蒸汽温度超过600
50、C600C时，一般采用奥氏体耐热钢来作叶片，燃气轮机叶片时，一般采用奥氏体耐热钢来作叶片，燃气轮机叶片是用铁基或镍基的耐热合金来制造。是用铁基或镍基的耐热合金来制造。国外对于负荷很大的末级叶片，以开始使用比重小的铝合金或钛合金。国外对于负荷很大的末级叶片，以开始使用比重小的铝合金或钛合金。常用的叶片用钢化学成分及应用范围见表常用的叶片用钢化学成分及应用范围见表7-57-5所示，常用的叶片用钢热处所示，常用的叶片用钢热处理及机械性能见表理及机械性能见表7-67-6所示。所示。电厂金属材料1 1铬不锈钢铬不锈钢 对于工作温度在对于工作温度在450-500C450-500C以下的气轮机叶片，国内外均
