【2017年整理】耐热钢的焊接(一本书)

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1、第一章 我国电力工业的发展沿革第一节 中国电力工业的发展历程和现状一、中国电力工业发展的历程自 1882 年我国建设第一座发电厂到现在，中国的电力工业经过了 120 多年的发展历程。解放前，由于殖民和封建统治，国内连年战乱，电力工业发展速度缓 慢。到 1911 年辛亥革命时，全国装机容量约为25MW，1936 午抗日战争爆发前为 1040MW，1945 年抗日战争胜利前为 2480MW，抗日战争胜 利后，前苏军拆走发电设备 970MW，到 1949 年末全国解放时，仅为 18486MW，新中国成立后，国家大力发展电力工业。从第个五年计划开始，在原苏联援助的 156 项重点工程中，有24 项是发

2、电厂，并从原捷克和原苏联引进了发电设备制 造技术。第一台国产 6、12、25、50MW 火电机组，相继于 19561959 年在淮南田家庵、重庆、闸北和辽宁发电厂投运发电。国产第台 100、 125、200、300MW 火电机组，又于 196741974 年间在高井、吴泾、朝阳和望亭发电厂投产发电。截至 1980 年，全国装机容量为 65000MW，是 1949 年的 35 倍。党的十一届三中全会后，在以经济建设为中心和改革开放方针政策的指导下，我国的电力工业发生了迅猛的发展。1981 年，电力工业率先从美国 CE 公司引进亚 临界 300、600MW 火电机组制造技术和电厂设计技术，使火电设

3、备走上了更新换代的发展之路。1987 年，第一台引进型国产 300MW 机组在山东石横 电厂投入运行；1989 年，第一台引进型国产 600MW 机组在安徽平圩电厂投入运行。1987 年、1995 年和 2000 年全国装机容量分别突破 1 亿千瓦、 2 亿千瓦和 3 亿千瓦；至 2004 年底，全国总装机容量达到了 4407 亿千瓦，全年总发电量达 21870 亿千瓦时，全国总装机容量和全年总发电量均居世界 第二位。二、中国火力发电的现状从 1949 年至今，在各个发展时期的电源结构中，火力发电都占到?o以上的比例。到 2004 年底，全国火电总装机容量为 3249 亿千瓦，占全国总装机容量

4、的?372；火电全年发电量为 18073 亿千瓦时，占全国全年总发电量的 8264。随着电力工业的迅速发展，目前 300、600MW 的亚临界火电机组已成为中国各大电网中的主力机组。到2004 年底，全国装机容量达到 1000MW 及以上 的发电厂有 116 座，其中火力发电厂有 91 座。单机容量为300399MW 的火电机组 328 台；500900MW 的火电机组 62 台。自 20 世纪 80 年代末，我国开始重视发展超临界机组，并先后从国外引进 20 台超临界机组，分布在上海石洞口二厂等日个电厂。单机容量最大的机组是上海外高 桥电厂的 900MW 超临界机组。各种类型和规模的火力发电

5、厂遍布全国，如点点繁星，镶嵌在祖国的大地上，成为中国经济建设和人民生活的动力之源、光明之 源。第 1 页三、中国火力发电机组蒸汽参数发展历程图 1-1 所示为中国火力发电机组汽轮机入口蒸汽参数的发展历程。 1956 年以前，中国的火力发电机组均为低温低压和中温中压机组，蒸汽参数均低于 38MPa 和 450，容量仅为 612MW。1956 年至 20 世纪 60 年代末，是中国高温高压火电机组起步发展的阶段。其中的代表机组为：1958 年在上海闸北电厂投产的 25MW 机组以及 1959 年 在辽宁发电厂投产的 50MW 机组，它们的蒸汽参数均为 98MPa 和510585；1967 年在北京

6、高井电厂投产的 100MW 机组，蒸汽参数为 9 8MPa 和 540，以上机组均为无中间再热机组。20 世纪 60 年代末至 70 年代初，国产超高压中间再热机组投入运行。其中代表机组为；1969 年 9 月在上海吴泾热电厂投产的 125MW 机组以及 1972 年 5 月在辽宁朝阳发电厂投产的 200MW 机组，它们的蒸汽参数均为137 MPa 和 540540(125MW 机组原为 555，后降为 540)；1974 年 9 月在望亭发电厂投产的 300MW 机组，锅炉为直流 UP 炉，蒸汽参 数为 16。?MPa 和 540540(原为 555，后降为 540)。20 世纪 80 年代

7、末，国产亚临界 300、600MW 机组投入运行。其中代表机组为：1987 年 6 月在b 东石横发电厂投产的 300MW 机组和 1989 年 11 月在安徽淮南平圩发电厂投产的 600MW 机组，蒸汽参数均为 1829MPa 和540540C。20 世纪 90 年代初，开始从国外引进超临界机组，至 2004 年共引进 20 台超临界机组。其中代表机组为：1992 年 6 月、12 月在华能上海石洞口二厂投产的 l 号、2 号 600MW 机组，蒸汽参数为 254MPa 和 538566。从国外引进设计、制造技术而生产的 1000MW 级超超临界机组，将分别安装在华能国际玉环电厂和华电国际邹

8、县发电厂，计划 2007 年投人运行，届时中国火力发电机组的蒸汽参数将达到 2625MPa 和 600600的世界先进水平。第二节 提高火力发电厂效率的方法根据党的十六大所确定的全面建设小康社会的经济发展目标，2020 年全社会用电将达到 3940043200 亿千瓦时左右，需要装机 8295 亿千瓦。因此，今后 20 年，我国在第二章 锅炉用新型耐热钢发展现状随着火电锅炉用耐热钢的发展，从 20 世纪 6090 年代，经过近 40 年的努力，火电锅炉经历了从超高压(1315 MPa，t540)、亚临界(1619 MPa，t540)、超临界(2426 MPa，t566)到超超临界(2431 M

9、Pa，t580)的发展历程，而超临界、超超临界压力机组则是今后相当长时期内火力发电的主要发展方向之一。为了发展高效率的超超临界机组，从 20 世纪 80 年代初开始，美国、日本和欧洲就已投入了大量的财力和研究人员来开展各自的新材料研发。这些材料分别针对不 同参数级别的机组：593级别(包括欧洲的 580机组和日本的 600机组)、620级别、650C 级别和正在研发之中的更高温度级别的机组。新 开发的耐热材料在投入正式使用之前，进行了大量的实验室和实机验证试验。到目前为止，欧洲已经成功地投运了主蒸汽温度为 580的超超临界机组，日本投运 了主蒸汽温度为 600的机组。从材料的实机验证结果来看，

10、目前国际上成熟的材料已经可以用于建造蒸汽温度为 620的机组。第一节 超(超)临界锅炉用新型耐热钢发展历史一、锅炉用钢的发展历程第一章第二节说明了提高锅炉蒸汽温度比提高锅炉蒸汽压力对机组效率的影响更为显著，可由于长期以来受到耐热钢耐温性能的限制，只能用提高蒸汽压力来提高机 组效率。若锅炉蒸汽温度不提高，仅依靠提高锅炉蒸汽压力来提高机组效率，就意味着必然要选用蠕变断裂强度低、使用温度低的耐热钢，如 12CrlMoV、 lOCrM0910、15CrlMolV 等。当锅炉蒸汽压力从 137MPa 提高到 167MPa 乃至 255MPa 时，就必须使管道的壁厚大大增厚。平 圩电厂亚临界 600MW

11、机组，主蒸汽管选用 P22 钢，管子规格为673X103mm；石洞口二厂超临界 600MW 机组主蒸汽管选用 P22 钢，管子规格为 654X1365mm。管道壁厚的增加，给焊接、热处理、弯管、探伤等下艺带来了很多的困难，管壁厚度的增加更会引起热应力的剧增，加剧管道的热疲劳损伤。此外，当选用大壁厚管 道时，管道和保温材料的重量还会大幅增加管系的重量，从而自管系、支吊架到厂房架构的强度与刚度都成了设计部门要特别考虑的问题。由此可见，要提高大型火电机组效率，首先要提高锅炉蒸汽温度，因此世界各国的冶金工作者一直在致力于开发与研制锅炉用耐热钢，使它们能使用于更高的温度区间。就目前世界各国发展情况看，锅

12、炉和管道用钢的发展可以分为两个方向，一是铁素体耐热钢的发展；另一是奥氏体耐热钢的发展。所谓珠光体、贝氏体、马氏体耐热钢，按国际惯例，统称为铁素体耐热钢。第 13 页1铁素体耐热钢铁素体耐热钢的发展可以分为两条主线，一是逐渐提高主要耐热合金元素 cr 的成分，从 225Cr 提高到12Cr；二是通过添加 V、Nb、Mo、W、Co 等 合金元素，使钢的 600C105h 蠕变断裂强度由 35MPa 逐步提高到60、100、140、180MPa。图 21 给出了铁索体耐热钢的现状及发展 趋势。 (1)低合金耐热钢。20 世纪 50 年代，电站锅炉钢管大多采用含 Cr3，含 Mo1的铁素体耐热钢，其典

13、型钢种及最高使用壁温为：15Mo53012CrMo54015CrMo54012CrlMoV58015CrlMolV58010CrM0910580当时，在壁温超过 580C 时，一般都需要使用奥氏体耐热钢 TP304H、TP347H(700)，然而由于其价格昂贵、导热系数低、热膨胀系数大及 存在应力腐蚀裂纹倾向等缺点，不可能被大量采用，故世界各国从 20 世纪 60 年代初开始，进行了长达 30 多年的试验研究，来开发适用于温度为 580650C 范围内的锅炉用耐热钢。(2)EMl2 钢的开发。20 世纪 50 年代末，比利时 Liege 冶金研究中心研究了“超级 9Cr”钢，其化学成分为 9C

14、r-2Mo，并添加了 Nb、V 等合 金元素，材料牌号为 EMl2。法国瓦鲁瑞克公司生产出 EMl2 的过热器管(化学成分见表 21)。1964 年，法国电力公司批准 EMl2 钢管可用于 620的过热器和再热器，代替过去使用的不锈钢管。但是，由于该钢种是二元结构，冲击韧性差，后来未得到广泛应用。(3)钢 102 的开发。20 世纪 60 年代初，中国按原苏联的耐热钢系列研究出了钢 102(12Cr2MoWVTiB)，推荐使用温度为 620。经长期使用经验证明，其使用温度以低于 600为宜。钢 102 主要用于壁温小于等于 600的过热器、再热器管。第三章 细晶强韧型铁素体耐热钢的冶金特点及其

15、焊接性第二章简要回顾了电站锅炉用钢的发展历程，如果再深入一步分析总结的话，就会发现：铁素体耐热钢的发展，也是从单一地通过调整钢的成分进行强化开始，走到 既调整钢的成分，又改造其成材加工工艺，达到既有高的蠕变断裂强度又有高韧度的。为厂便于区分，把后者称为细晶强韧型铁素体耐热钢。本章将简要说明细晶强 韧型铁素体耐热钢的由来、它们的化学成分和力学性能特点、这类钢材强韧化的途径以及这类强韧型铁素体耐热钢的焊接性能。第一节 细晶强韧型铁素体耐热钢的由来20 世纪 40 年代以后，人们从经验教训中认识到，韧度是反映材料抵抗脆性的灾难性破坏的能力。对结构用钢材来说，除了要有足够的强度外，还应该具有充分的 塑

16、性和韧度。尽管设计时采用的仍然是强度准则，但对于重要结构，还必须考核使用于该结构的材料的韧度。对于在那个年代广泛使用的材料 (Os350MPa)来说，要求它在使用温度下的 V 形缺口夏比冲击功不得低于 203J。但是稍后又发现 203J 这个界限不能适用于所有强度等级的钢 和不同的结构。随着材料强度的提高，由于冲击功中弹性功的比例增大，对遏止脆性破坏起重要作用的塑性变形功和撕裂功必然减小，因此必须要求材料在强度提高 的同时，其韧度也有相应的提高。我国和许多国家都为此制定有相应的标准，如 ASME 规定了对不同强度等级的碳钢和低合金结构钢的韧度要求，见表31。此 外，除了强度等级外，在设计时还需要根据结构重要性的增加和结构尺寸的增大与增厚，对材料的韧度要求作相应地提高。可是传统工艺生产的钢，往往随着材料强 度的提