电厂金属材料与实训教学课件作者洪景娥冯刚主编第6章节电厂典型金属部件用钢及事故分析课件幻灯片
2019/6/8,1,第六章 电厂典型金属部件用及事故分析,2019/6/8,2,第一节 锅炉受热面管、蒸气管道用钢,一、过热器和再热器的工作条件 过热器用于将饱和蒸汽加热成具有额定温度的过热蒸汽，而再热器则是用于将汽轮机高压缸(或中压缸)排出的蒸汽重新加热到某一温度的再热蒸汽。 运行中，两种管子的管壁温度高于管内介质温度约2090。它们是在长期高温应力作用下，即是在产生蠕变的条件下工作的。过热器管和再热器管均布置在锅炉烟温较高的区域，运行过程中内壁受高温蒸汽腐蚀，外壁承受高温烟气的腐蚀和飞灰的磨损作用。 二、过热器管和再热器管的选材要求 1应具有足够高的蠕变极限、持久强度和持久塑性，并在高温下长期运行过程中具有相对稳定的组织。对于同一钢号，按热强性能来说，用于过热器管时，其允许的最高使用温度，可比用于蒸汽管道高出3050； 2具有高的抗氧化性能，所用钢材在工作温度下的氧化速度应小于0.1mma； 3具有良好的冷热加工工艺性能和焊接性能。,2019/6/8,3,三、水冷壁管的工作条件 水冷壁管用于吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使管内工质受热蒸发，并起保护炉墙的作用。运行中，由于管内水流的冷却作用，管子本身的工作温度并不高，但锅炉给水水质不好时，管子内壁容易产生垢下腐蚀，燃料中含硫量高时，管子外壁还会出现硫化物的高温腐蚀。这些腐蚀都将影响锅炉的安全运行。 四、省煤器管的工作条件 省煤器的作用是利用锅炉排烟加热锅炉给水，以降低排烟温度，节约燃料。省煤器布置在锅炉烟气温度较低的区域，管内工质为温度不高的水，其工作温度不高，但是温度波动较大，省煤器出口部分蛇形管容易产生疲劳损伤。此外，管子外壁在运行时还要受到烟气中飞灰颗粒的磨损作用。,2019/6/8,4,五、水冷壁管和省煤器管的用钢要求 1应具有一定的室温和高温强度，以便管壁厚度不致于过厚，从而有利于加工并获得良好的传热效果。 2具有良好的抗热疲劳性能和传热性能，以防因热疲劳损伤而导致过早的损坏。 3具有良好的抗高温烟气腐蚀性能，并要求耐磨损性能、工艺性能良好，尤其是焊接性能良好。 六、蒸汽管道的工作条件 蒸汽管道的作用是输送高温、高压过热蒸汽。运行中，蒸汽管道主要承受管内过热蒸汽的温度和压力作用，以及由钢管重量、介质重量、保温材料重量、支撑和悬吊等引起的附加载荷的作用，管壁温度与过热蒸汽温度相近，即蒸汽管道是在产生蠕变的条件下工作的。在锅炉启停和变负荷工况下，它还要承受周期性变化的载荷和热应力的作用,2019/6/8,5,七、蒸汽管道用钢要求 1应具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性。 一般要求钢材在工作温度下的持久强度平均值不低于5070MPa；在整个运行期内允许累积的相对蠕变变形量不高于2；持久强度和蠕变极限的分散范围不超过±20；持久塑性的延伸率不小于35。 2在高温下长期运行过程中应具有相对稳定的组织。 3蒸汽管道的热加工和焊接的工作量很大，钢材应有良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。 八、锅炉受热面、蒸气管道用钢介绍 （一）壁温不大于450的过热器管及壁温不大于425的蒸汽管道 一般采用优质碳素结构钢，常用的是20、20G钢。20G除基本性能与20钢相同外，还增加了对高温性能的要求。该类钢的塑性、韧性及焊接性良好，在450以下具有足够的强度，在530以下具有良好的抗氧化性能，无回火脆性，但长期在450以上使用会发生珠光体的球化和石墨化，使钢的蠕变极限和持久强度降低,2019/6/8,6,（二）壁温不大于550的过热器管及壁温不大于510的蒸汽管道 钼钢15Mo、16Mo是成分最简单的低合金热强钢。其热强性能、抗腐蚀性能和稳定性能都优于碳素钢，工艺性能与碳素钢相当。但在500550下长期使用，其组织稳定性不佳，有珠光体球化和石墨化倾向，使钢的蠕变极限和持久强度降低。严重石墨化还会导致钢管的脆性断裂。 在钼钢的基础上加如铬，发展了15CrMo铬钼钢。由于加入了铬元素，提高了碳化物的稳定性能，有效地阻止了石墨化倾向，并使钢的热强性能提高，而又不影响其他工艺性能。但铬钼钢会发生珠光体球化和合金元素再分配现象，从而导致材料热强性能下降。当温度超过550时，该类钢抗氧化性能迅速降低，热强性能也明显下降。铬钼钢国外类似钢号有日本STBA22、 STBA23、STPA22、STPA23，美国T12、T11、P12、P11，德国13CrMo44钢等,2019/6/8,7,(三) 壁温不大于580的过热器管及壁温不大于550的蒸汽管道 在此温度范围内的管道可选用低合金热强钢12CrlMoVG、2.25Cr-1Mo钢等。 12CrlMoVG钢具有较高的热强性能和持久塑性，580时表面能形成致密的氧化物保护膜，有足够的抗氧化性能、良好的焊接性能。该钢在高温下长期运行，会出现珠光体球化现象和合金元素的重新分配。 2.25Cr-1Mo钢在美、日、英、德等国家早已广泛用作锅炉钢管和蒸汽管道。该类钢具有良好的加工工艺性能和较好的焊接性能，持久塑性好，该类钢的蠕变极限和持久强度比12CrlMoVG钢稍低。因此，它们在相同参数下使用时，壁厚要比12CrlMoVG钢的厚。该类钢的淬透性大，有一定的焊接冷裂倾向。国外类似钢号有日本STBA24、 STPA24，美国T22、P22，德国10CrMo910钢。,2019/6/8,8,(四)壁温不大于600的过热器管及再热器管 在此温度范围内使用的钢，我国研制成功的有12Cr2MoWVTiB钢(钢研102)，此外，还有美国的T23(类似钢号有三菱住友生产的HCM2S钢)、T24。目前它多用于壁温不大于600的过热器管和再热器管，很少用于蒸汽管道。 T23钢的合金含量与钢102钢类似，是在钢102钢的基础上，通过加入钨(1.6%)，减少钼(0.20)和含碳量(0.040.10)，并加人少量的钒、铌、氮和硼而成。正火、回火后的组织为回火贝氏体-马氏体。600时，T23钢具有优良的热强性、抗氧化性，且无脆化的危险，焊接性能良好。 T24钢是在T22钢的基础上研发的钢种。与T22钢的化学成分比较，增加了V、Ti、B含量，减少了碳含量，焊接时热影响区的硬度随之降低，从而提高了焊接接头的蠕变断裂强度。因为降低了碳含量，所以焊接性能良好。当壁厚小于或等于8mm时，焊后可不做热处理。,2019/6/8,9,（五）壁温不大于650的过热器管及壁温不大于620的蒸汽管道 当锅炉蒸汽温度提高到570时，高温段过热器的壁温可达620或更高。这时低合金耐热钢已经不能满足要求，需要采用中合金铬钼钢（912Cr型），甚至用了奥氏体耐热钢。亚临界参数、超临界、超超临界参数的机组，其锅炉受热面管道均采用含铬量较高的耐热钢来制造，如12铬型、9Cr-1Mo型、9Cr-2Mo型钢等。 X20CrMoVl21(F12)、X20CrMoWVl21(F11)钢是德国的12铬型马氏体耐热钢，由于钢中添加了Mo、V、W等合金元素，使钢具有较高的抗氧化性能、抗蚀性能，组织稳定性能良好，但工艺性能和焊接性能较差。F11钢已经很少生产了,F12钢主要用于壁温在540560的联箱、以及壁温达610的过热器管和壁温达650的再热器管。 9Cr-lMo型马氏体耐热钢与12铬型钢一样，其合金元素介于珠光体钢与奥氏体钢之间，具有高的抗氧化性能、抗蚀性能以及高温强度，焊接性能差。一般用于壁温不大于650的过热器管、再热器管及蒸汽管道等。属于这一类型的在我国单机容量300MW以上大机组上应用的钢种有美国的T91、P91钢，日本的STBA26、STPA26钢，德国的X12CrMo91钢以及瑞典的HT7钢。,2019/6/8,10,(六)壁温不小于650的过热器管及壁温不小于600的蒸汽管道 这时需要使用奥氏体耐热钢，常用的有06Cr19Ni10、06Crl9Ni11Nb、06Crl7Nil2Mo2、06Crl8NillTi钢等。奥氏体耐热钢具有很高的热强性能与抗氧化性能，高的耐腐蚀性能，焊接性能良好，但价格昂贵，而且在高温下长期运行容易产生晶间腐蚀、蒸汽侧氧化剥落。此外，奥氏体耐热钢还存在导热性低、线膨胀系数大及异种钢焊接等问题。 类似于06Crl9Ni9钢的钢号有美国的TP304、TP304H钢，日本的SUS304TB、SUS304TP钢等。06Crl9Ni9钢的最高使用温度可达650。06Crl9Ni11Nb钢的最高使用温度为650，与之类似的钢号有美国的TP347、TP347H钢。 上述传统的奥氏体不锈钢，存在一些未解决的问题，如高温强度稳定但强度低，蒸汽侧氧化皮易脱落，造成小管径弯头堵塞。为此，又开发出新型的奥氏体耐热钢，如Super304H、TP347HFG、HR3C钢等。,2019/6/8,11,Super304H是TP304H的改进型,是在TP304H的基础上加入适量阻止奥氏体晶粒长大的Cu、Nb、N等元素，开发出了18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N (Super304H) 经济型奥氏体钢。Super304H中添加了3左右的Cu，并通过复合添加的Nb和N，来获得高强度和高韧性，从而使高温蠕变强度显著提高。Super304H优越的高温蠕变强度不是靠贵重的合金元素W、Mo的强化获得的，而是通过廉价的Cu、Nb、N，由富Cu相的Cu、Nb、N(C、N)、M23C6质点的弥散强化获得的。Super304H具有较细的晶粒尺寸，从而达到高温强度、长期塑性及抗腐蚀性能的最佳组合。 TP347HFG(Fine-grain)是日本住友金属株式会社在TP347H基础上开发出来的。通过改进制造工艺，将软化处理温度提高到12501300，使NbC这类MX型碳化物充分固溶析出，固溶处理温度基本保持不变。析出NbC既限制了晶粒长大，又提高了蠕变断裂强度。新工艺得到的TP347HFG晶粒细化到8级以上，从而具备更优良的抗高温蒸汽腐蚀性能，对提高过热器管的组织稳定性起到了重要的作用。 HR3C是在TP310H不锈钢中添加N、Nb元素而开发出来的。HR3C与普通TP310H钢的区别仅在于添加了0.200.60的Nb和0.15%0.35的N，从而使新钢种的高温性能大大提高的原因是在钢的时效过程中析出了NbCrN。NbCrN氮化物非常细小且特别稳定，即使长时间失效，组织也很稳定，大大提高了蠕变断裂强度，加入微量的N对抑制相的形成和改善韧性也很有效。HR3C钢高温抗腐蚀性能(抗蒸汽氧化性能)良好，许用应力比普通的SA213TP310H钢有很大提高。,2019/6/8,12,第二节：锅炉受热面吊挂和吹灰器用钢 一、锅炉受热面吊挂和吹灰器的工作条件 锅炉受热面吊挂直接与火焰或烟气相接触，且没有冷却介质冷却，故其工作温度很高，在炉膛和前部烟道的吊挂的工作温度达1000，而在对流加热部分也接近750。由于其主要是固定受热面，因此所受载荷不大 吹灰器是利用蒸汽对锅炉管子受热面作定时短暂吹扫的组件。吹灰器平时守在温度较低的炉墙保护套中，吹灰时伸入炉膛和烟道，将黏附在受热面上的烟灰吹落，吹灰完毕后，又缩回保护套中。它的工作特点是工作温度高，但工作时间短，一般35min。其工作温度根据所处区域不同而不同。如在燃烧室工作，温度为9001000；在高温省煤器和空气预热器区为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450。,2019/6/8,13,二、锅炉受热面吊挂和吹灰器用钢的选材要求 锅炉受热面吊挂用钢，要求其具有较高的抗氧化性能，一定的热强性能，较好的抗蚀性能和工艺性能。吹灰器用钢，要求材料具有高的抗氧化性能，良好的抗蚀性能和小的热脆性。 三、常用的锅炉受热面吊挂和吹灰器用钢介绍 1Cr5Mo钢 （二）1Cr6Si2Mo钢 （三）4Cr9Si2钢 （四）1Cr25Ti钢 （五）1Cr20Nil4Si2钢 （六）2Cr20Mn9Ni2Si2N(101)钢 （七）3Crl8Mn
