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1、电站锅炉火力发电厂金属材料的选用电站锅炉火力发电厂金属材料选用导则 火力发电设备由电站锅炉、汽轮机、发电机及其辅机配套而成。设备用钢种类繁多，耗钢量大，部件运行条件各异，有些长期在高温、高压条件下运行，有些在高速旋转条件下承受扭矩和冲击载荷的作用，有些则要在烟、汽、水等腐蚀介质条件下工作，因此，对材料性能的要求也各不相同。此外，为节约能源，提高热效率，机组的单机容量和蒸汽参数不断提高，亚临界和超临界参数机组日益增多，从而对火力发电设备用钢提出了更高的要求。另一方面，进口大机组和超期服役机组逐年增加，因此，进口机组材料的国产化和超期服役机组的延寿改造工作也显得十分重要。1 范围2 引用标准3 选
2、材的基本原则4 金属材料的选用4.1 蒸汽管道、集箱和锅炉受热面管子用金属材料4.2 锅炉锅筒用金属材料4.3 锅炉受热面固定件及吹灰器用金属材料4.4 汽轮机主轴、转子体、轮盘和叶轮用金属材料4.5 汽轮发电机转子和无磁性护环用金属材料4.6 汽轮机叶片用金属材料4.7 紧固件用金属材料4.8 汽轮机与锅炉铸钢件用金属材料4.9 凝汽器用管材4.10 压力容器用金属材料附录A(提示的附录) 电站常用钢钢号、特性及主要应用范围 GB/T 12211992 耐热钢棒 GB/T 43381995 金属高温拉伸试验方法 DL/T 4391991 火力发电厂高温紧固件技术导则 DL/T 7122000
3、 火力发电厂凝汽器管选材导则4.1.1.1 应具有足够高的蠕变强度、持久强度、持久塑性和抗氧化性能。蒸汽管道和集箱通常以1105h或2105h的高温持久强度作为强度设计的主要依据，再用蠕变极限进行校核。一般要求钢材在工作温度下的持久强度平均值不低于50MPa70MPa；对于低合金耐热钢，在整个运行期内累积的相对蠕变变形量不应超过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3%5%。4.1.1.2 在高温下、长期运行过程中，组织性能稳定性好。4.1.1.3 具有良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。4.1.1.4 选材时，应根据工作温度，优先考虑钢材的热强性和组织稳定性。
4、对于同一钢号钢材，用于蒸汽管道时所允许的最高使用温度应比用于过热器管的耐热温度低一些。4.1.2 过热器管和再热器管对金属材料的要求4.1.2.1 具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性，并在高温、长期运行过程中，具有相对稳定的组织和性能。对于合金钢管，在整个使用期内，外径蠕变变形量不应大于2.5%；对于碳素钢管，不应大于3.5%。4.1.2.2 具有高的抗氧化性能，所用材料应属1级完全抗氧化性材料，工作温度下的氧化速度应小于0.1mm/a。4.1.3 水冷壁管和省煤器管对金属材料的要求4.1.3.1 应具有一定的室温强度和高温强度，使管壁厚度不致过厚，从而传热效果良好，并有利于加工。4.1
5、.3.2 具有良好的抗热疲劳性能和供热性能，以防因脉动疲劳或热疲劳损伤而导致过早损坏。4.3 锅炉受热面固定件及吹灰器用金属材料4.3.1 锅炉受热面固定件及吹灰器对金属材料的要求4.3.1.1 锅炉受热面固定件用金属材料，应具有较高的抗氧化性，并具有一定的热强性能和较好的耐蚀性、工艺性能。4.3.1.2 吹灰器用金属材料，应具有高的抗氧化性能、良好的抗腐蚀性能和较高的高温强度。4.3.2 锅炉受热面固定件和吹灰器常用钢钢号、特性及其主要应用范围 锅炉受热面固定件和吹灰器常用钢钢号、特性及其主要应用范围见附录A中表A3。4.3.3 锅炉受热面固定件和吹灰器材质的检验4.7 紧固件用金属材料4.
6、7.1 紧固件对金属材料的要求4.7.1.1 火力发电厂用高温螺栓(碳钢工作温度超过300350，合金钢超过350400)，应采用抗松弛性能高的材料，以使螺栓在较低的初紧力下，在一个大修期内的压紧力不低于最小密封应力(一般为150MPa)，从而可降低对材料屈服强度的要求，减少螺栓发生脆性断裂的危险。4.7.1.2 高温螺栓用钢，应具有一定的持久强度和蠕变强度，蠕变脆化倾向及蠕变缺口敏感性小，且具有良好的持久塑性。一般要求螺栓材料8000h10000h以上光滑试样的持久塑性应不小于5%。4.7.1.3 材料的组织性能稳定性好，回火脆性和热脆性倾向小。长期运行后，材料的U形缺口试样冲击韧性：对于调
7、速汽门螺栓和采用扭矩法装卸的螺栓，应大于58.8J/cm2；对于采用加热伸长装卸或用油压拉伸器装卸的螺栓，应大于29.4J/cm2。长期运行后螺栓的硬度值也应控制在相应的技术标准所要求的范围内。4.7.1.4 对于承受疲劳载荷的螺栓(如联轴器螺栓)材料，还应具有较高的抗疲劳和抗剪切的能力。在汽缸内部工作的螺栓，由于受蒸汽和水的冲蚀，还应具有一定的抗蚀性。 为防止螺纹咬死和减少磨损，选材时，螺栓和螺母应采用不同钢号。螺母的工作条件较螺栓好，螺母材料强度等级应比螺栓低一级(硬度低20HB50HB)；并且，原则上同一法兰的紧固件，应采用牌号和强度等级相同的材料，否则应计算由不同线膨胀系数和不同抗松弛
8、性能带来的影响。4.7.2 紧固件常用钢钢号、特性及其最高使用温度 紧固件常用钢钢号、特性及其最高使用温度见附录A中表A6。4.7.3 紧固件的材质检验4.7.3.1 紧固件用钢应符合相应的国家或行业技术标准或订货合同要求。4.7.3.2 火力发电厂高温紧固件的技术要求及使用前的质量检验应符合DL/T 439的规定。4.7.3.3 DL/T 439对高温紧固件的检验要求见表6。表6 高温紧固件使用前的材质的检验(DL/T 439)检 验 项 目检 验 方 法检 验 数 量成品硬度测量GB/T 231螺纹直径M32的为100%成品光谱检验逐 根超声波探伤螺纹直径M32的为100%微观组织检验GB
9、/T 1979 YB/T 5148螺纹直径M32的，酌情抽检尺寸公差与表面质量逐 根电站常用钢钢号、特性及主要应用范围表A1 蒸汽管道、集箱和锅炉受热面钢管常用钢钢号、特性及其主要应用范围钢号与技术条件特性主 要 应 用 范 围类 似 钢 号20(20G)GB/T 69988GB 531095 该钢具有良好的工艺性能，在530以下具有满意的抗氧化性能，但在470480高温下长期运行过程中，会发生珠光体球化和石墨化。当HB=137174时，相对加工性为65%。该钢无回火脆性 壁温425的蒸汽管道、集箱； 壁温450的受热面管子及省煤器管等 CT20(OCT)、S20C(JIS) 1020(SAE
10、，AISI) C22、CK22(DIN) XC18(NF)、N2024(SN) St45.8/(DIN)15MoG(15Mo3、16Mo)GB 531095 是成分最简单的低合金热强钢，其热强性和腐蚀稳定性优于碳素钢，而工艺性能仍与碳素钢大致相同。存在的主要问题是，在500550长期运行时有产生珠光体球化和石墨化倾向，随其发展会导致钢的蠕变强度和持久强度降低，甚至会导致钢管的脆性断裂。焊接性能良好，焊前需预热，焊后需热处理 壁温500的蒸汽管道； 壁温530的过热器管 16M() STBA12、STPA12(JIS) A209T1(ASTM) A335P1(ASTM) 15Mo3 (DIN)
11、15020 (SN)12CrMoGGB 531095 属低合金耐热钢，在480540下具有足够的热强性和组织稳定性，综合性能良好，无热脆性现象 壁温510的蒸汽管道； 壁温540的受热面管子 12MX() T2、P2(ASME、ASTM) 12CrMo195(德国) 15CD2(法国)15CrMoGGB 531095 该钢正火后的组织为铁素体、贝氏体和部分马氏体，正火、回火后的组织为铁素体、贝氏体和回火马氏体，其冷加工性能和焊接性能良好，无石墨化倾向。在520以下，具有较高的持久强度和良好的抗氧化性能，但超过550以后，蠕变极限将显著降低。长期在500550运行，会发生珠光体球化，使强度下降
12、壁温510的蒸汽管道、集箱； 壁温540的受热面管子 15XM() 13CrMo44(DIN) T12、P12(ASME、ASTM) STBA22、STPA22(JIS) 15121(SN)12CrMoVGB/T 307788 在铬钼钢中加入少量的钒，从而可阻止钢在高温下长期使用过程中合金元素钼向碳化物中的转移，提高钢的组织稳定性和热强性。与12Cr1MoV钢相比，钢中的含铬量较低，但在550以下，对力学性能和热强性能影响不大，而在高于550时，其性能低于12Cr1MoV钢 壁温540的蒸汽管道； 壁温570的过热器管等 12M(4543) 15123.9(SN) 15128(SN) 14Mo
13、V63(DIN17175)表A1(续)钢号与技术条件特性主 要 应 用 范 围类 似 钢 号12Cr1MoVGGB 531095 该钢属珠光体热强钢。由于钢中加入了少量的钒，可以降低合金元素(如钼、铬)由铁素体向碳化物中转移的速度，弥散分布的钒的碳化物可以强化铁素体基体。该钢在580时仍具有高的热强性和抗氧化性能，并具有高的持久塑性。工艺性能和焊接性能较好，但对热处理规范的敏感性较大，常出现冲击韧性不均匀现象。在500700回火时，具有回火脆性现象；长期在高温下运行，会出现珠光体球化以及合金元素向碳化物转移，使热强性能下降 壁温570的受热面管子； 壁温555的集箱和蒸汽管道等 12XIM()
14、 13CrMoV42(DIN) 15225(SN) 12Cr1MoV(曼内斯曼钢厂)15Cr1Mo1V(15X1M1) 前苏联钢号。与12Cr1MoV钢相比，含钼量有所提高，故热强性能稍高，在450550，其持久强度比12Cr1MoV钢高19.6MPa，570时高9.8MPa，但持久塑性稍低于12Cr1MoV钢。该钢在570以下长期使用时，组织稳定，且具有良好的抗氧化性能。焊接性能与12Cr1MoV钢相当。存在的问题是有些炉号的冲击值低于标准要求，且钢中含有0.013%0.08%的残铝对钢的热强性能会有不利影响 壁温580的蒸汽管道和集箱 A405-61T(ASTM)12Cr2MoGGB 531095 该钢正火后的组织为贝氏体加少量的马氏体，有时有少量铁素体。长期在高温下运行，将会出现碳化物从铁素体基体
