《锅炉与汽轮机用及事故分析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉与汽轮机用及事故分析课件（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、合金的结构与相图合金的结构与相图锅炉与汽轮机用及事故分析锅炉与汽轮机用及事故分析1锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图第一节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）对锅炉管道用钢的要求锅炉管道包括受热面管子（过热器、再热器、水冷壁管、省煤器等管子）和蒸汽管道（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、蒸汽导管、联箱、连接管等）管道。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
2、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。2锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图以上三式中：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安全系数安全系数选选择择锅锅炉炉管管道道用用钢钢，其其主主要要依依据据是是其其工工作作温温度度。进进行行强强度度计计算算时时，必必须须确确定定在在工工作作温温度度下的许用应力下的许用应力。根根据据JB2194-77JB2194-7
3、7的的规规定定，对对锅锅炉炉所所用用的的低低碳碳钢钢、低低锰锰碳碳钢钢及及低低碳碳锰锰钒钒钢钢在在380380以以下下，其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 = =3锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（二）锅炉管道用钢介绍蒸汽温度在450以下的低压锅炉管道主要使用10号、20号优质碳素结构钢。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管道均采用合金钢管。常用的
4、锅炉管道用钢其化学成分和应用范围列于表7l中.常用的锅炉管道用钢其热处理和机械性能列于表72中。下面按锅炉管道的壁温(工作温度)介绍一些用钢情况：4锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图1壁温500的过热器管子及壁温450的蒸汽管道一般采用优质碳素结构钢，其含碳量在0.10.2之间，组织为铁素体和珠光体。常用的是20号钢，该钢在450以下具有足够的强度，530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。2壁温550的过热器管子及壁温510的蒸汽管道15CrMo
5、钢是在这个温度范围内应用很广泛的钢种。15CrMo钢的化学成分及热处理工艺在表7l及表72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。15CrMo钢在500550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。15CrMo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550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。5锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图
6、合金的结构与相图3.壁温580的过热器管子及壁温540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12Cr1MoV钢及型的耐热钢.(1)12CrlMoV钢12CrlMoV钢是在CrMo钢的基础上，加入02钒的低合宝耐热钢。钒是强碳化物元素，VC细碎而稳定，对钢的弥散硬化效果好。因而，12Cr1MoV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。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12MoVwWBSiRe（无铬8号）钢，代替12Cr1Mov钢用于制造锅炉管道，但
7、是该钢种的生产工艺尚不够成熟，质量也还不稳定。（2）钢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。钢是比较成熟的钢种，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P22，瑞典的HT8、日本的STBA24，联邦德国的10CrMo910钢。其蠕变极限和持久强度比12Cr1MoV钢低，最常用的温度是540550。6锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图 4 壁温600620的过热器管子及壁温550570的蒸汽管道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，使之超过600，甚至达到620，我国研制成功的有12Cr
8、2MoWVB(钢102)和12Cr3MoVSiTiB钢（II11）钢；俄罗斯有12X2MCP、12X2B钢；联邦德国有10CrSiMoV钢等。这些钢种目前多用于壁温600620的过热器和再热器管子，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，铬含量在2左右，其他的元素含量更少 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性，因而耐热性能更好。例如12Cr3MoVSiTiB钢在600620时持久强度94100Mpa；620时抗氧化速度仅为0.00873mm/a。 5 壁温600650的过热器管子及壁温550560的蒸汽管道当锅炉气温达到570时，高温段过热器管子的壁温可达
9、到620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热钢来制造。7锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图最新进展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30万、60万，甚至已引进了90万的大机组。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。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9Cr1Mo型马氏体型耐热钢。属于这一类型的在我国30万以上大机组上应用的钢种有美国的T9和P9钢，日本的STBA26和STPA26钢，德国的X12CrMo91钢
10、以及瑞典的H17钢等。为了进一步提高钢的热强性，又添加了2Mo的9Cr2Mo钢，即日本的HCM9M钢。加入了合金元素V和Nb，控制微量加入的Al和N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久塑性。这类钢目前主要用于制造亚临界、超临界锅炉壁温625的高温过热器、壁温650的高温再热器管道以及壁温600的高温集箱和蒸汽管道，也可用于核电设备的热交换器。这类马氏体型的耐热钢，我国也已研制成功，牌号为10Cr9Mo1VNb钢；引进的材料有：美国的T91和P91，日本的火STBA28、火STPA28，俄罗斯的10X9M-III钢，法国的TUZ10CDVnbO9.01
11、钢等。8锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图Cr12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，在高温下持久运行过程中此类钢不会断析出Fe3Mo、Fe2W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300机组中采用F11或F12钢做再热器管子及出口联箱。Cr12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，所以焊接性能较差。过热器管
12、子壁温超过650，蒸汽管道壁温超过600后需要使用奥氏体耐热钢，奥氏体耐热钢具有较高的高温强度和耐腐蚀性能，最高使用温度可达到700左右。目前应用的有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti等钢种。9锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（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事故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等。1.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，
13、使用寿命达不到设计要求而提早爆破损坏，称为长时超温爆管，也有叫做长期过热爆管或一段性过热损坏，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破事故的分析70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，爆破口附近往往有较厚的氧化铁层，如图71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墨化等组织变化，如图72所示。10锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图 图7-1 20钢过热器管
14、长时超温爆管的宏观形貌 72 20钢过热器管长时超温爆管的微观组织 11锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图1.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，使管壁温度在短时间内突然上升，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，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高的地方，如燃烧带附近及
15、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，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。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。12锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图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
16、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(即背火侧)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5-520钢水冷壁管短时超温爆管的宏观及微观组织13锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图3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。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。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。在制造、
17、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。例如蒸汽参数为535、l0MPa的主蒸汽管道，正常使用的钢材应为22Cr1MoV钢，若误用了20钢，由于该钢用于主蒸汽管道的允许温度是450，因此只要运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5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。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。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
18、口边缘一般有两部分，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。14锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图二、锅炉汽包及其它部件用钢(一)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(350以下)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。对锅炉汽包提出的要求：(1)较高的强度，包括常温和中温强度。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。 (2)良好的塑性、韧性和冷弯性能。(3)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，往会造成应力集中，因此要求钢材有较低的缺口敏感性
19、。(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。(5)如果工作温度超过400，则必须有更高的耐热性能。(6)良好的焊接性能等加工工艺性能。15锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图(二)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73所示。过去生产的中、低压锅炉汽包均用20g或228钢板来制造。由于大量地发展了低合金高强度钢，现在已逐步地采用12Mng、16Mng、l5Mnv8等普通低合金钢板，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，节省大量钢材。16Mng钢是结合我国资源生产的屈服极限为350MPa级的普
20、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。推荐应用的范围为40450，采用16Mng钢代替20钢后，钢材可节省2030。16Mng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。15MnVg钢强度比16Mng钢高，也具有良好的综合机械性能及焊接性能。用于制造中、高压锅炉汽包。15MnVg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。16锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图14MnMoVg钢是屈服极限为500MPa级的普通低合金钢。钢中由于加入了05Mo，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
21、60mm以上的厚钢板，以满足制造高压锅炉汽包的需要。14MnMoVBReg钢是500MPa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。由于加入了适量的硼、稀土，所以钢的强度更高了，符合我国资源情况。18MnMoNbg钢也是500MPa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。14CrMn MoVBg钢的屈服极限很高，s650一700MPa。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，焊接性能也好，并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。17锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图(三)吹灰器工作特点及用钢工作特点：锅炉设
22、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，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的高温强度的材料来制造。燃烧室的吹灰器，其工作温度约为9001000，工作35min，又放回到原来的250400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热钢、
23、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。18锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图用钢：燃烧室、高温过热器区所用的吹灰器材料是：Cr25Ti、1Cr18Ni9Ti、1Cr13等钢种。Cr25Ti钢具有很高的抗氧化性能及抗晶间腐蚀的能力，在1000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。lCr18Ni9Ti钢及1Cr13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Cr25Ti钢差。当温度小于450时应尽量采用低合金钢、碳钢和耐热铸铁。如20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。19锅炉与汽轮机用及事故分析合
24、金的结构与相图合金的结构与相图(四)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。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。这这些些零零件件也也是是处处在在较较高高的的烟烟气气温温度度下下工工作作的的，而而且且不不象象受受热热面面管管子子那那样样有有介介质质冷冷却却，因因此此也也要
25、要求求具具备备较较高高的的抗抗氧氧化化腐腐蚀蚀能能力力和和高高温温强强度度。由由于于固固定定件件工工作作的的部部位位不不同同，应应用用的的材材料也不同。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，
26、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900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。20锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图第二节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
27、片的工作条件及对材料的要求叶片的工作条件：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为与转子相连接并一起转动的动叶及与静子相连接处于不动状态的静叶(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。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。在大多或更低一些。叶片
28、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，蒸汽数级中，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。中所含的盐类、氧和凝结水滴的量是不同的。21锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图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,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,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
29、有重要的意义。叶片的振动是引起叶片断型事故的重要原因。导致叶片振动的总的原因，是汽轮机转子转动时，作用于叶片上的周期性激振力，又称为扰动力。 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。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，其频率等于转速或转速的简单倍数，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。汽轮机动叶的设计和
30、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。22锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图1良好的常温和高温机械性能2良好的抗蚀性3.良好的减振性4一定的耐磨性5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：23锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（二）气轮机叶片材料介绍制造气轮机叶片的材料，主要是含铬13%的铬不锈钢几含铬约12%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。蒸汽温度超过600C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
31、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。常用的叶片用钢化学成分及应用范围见表7-5所示，常用的叶片用钢热处理及机械性能见表7-6所示。24锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图1铬不锈钢 对于工作温度在450-500C以下的气轮机叶片，国内外均广泛采用1Cr13或2Cr13的铬不锈钢制造。这类钢还具有较高的热强性又属于马氏体型耐热钢。加入铬的主要目的是提高钢的抗蚀性。1Cr13钢用于气轮机中几级叶片。2Cr13钢由于强度高一些，故用于气轮机的最后几级叶片。1Cr13钢的最高工作温度为480C左右，1Cr13钢最高工作温度为450C，当
32、温度超过500C时，这类叶片钢的热强性将明显下降。铬不锈钢抗水冲蚀的能力比较差。防止水冲蚀的方法有两方面，一是改造汽轮机通流部分的结构及消除湿蒸汽；二是增强叶片材料抗水冲蚀的能力。增强叶片材料抗水冲蚀的能力常用的方法是在叶片表面易被水冲蚀的部位焊上高硬度耐磨合金或对叶片进行表面处理。常用的表面处理有氯化、电火花处理或局部淬火等。25锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图2强化型铬不锈钢提高铬13型叶片用钢的热强性，在这类钢的基础上加入了少量的铝、钒、钨、镍、铌、硼等元素。钒或铌与碳的亲和力比铬大，加入后能避免铬进入碳化物，让铬充分溶入固镕体发挥防腐蚀和强化作用。因此，强化型铬
33、不锈钢中的含铬量为11或12左右。常用的强化型铬不锈钢有Cr11MoV、Cr12WMoV、Crl2WNbVB、2Cr12WMoNbVB及1Cr11Ni2W2MoV等钢种。 Cr11MoV钢中加入了钼和钒，钼溶入铁素体，提高了铁素体的强度和再结晶温度；钒与碳形成了稳定性较高、硬度也高的碳化物。我国125MW机组、300MW机组及600MW机组的汽轮机前级动叶片，都是用Cr11MoV钢制造的。 Crl2WMoV钢中又多了钨和镍元素，热强性又有提高，可用在580以下大功率汽轮机的叶片材料。由于钨、钼、铌都是缩小奥氏体扩大铁轰体区域的元素，当含量较多时会出现过多的铁素体，从而降低钢的韧性。为了降低铁素
34、体的含量，需要加一些镍元素。26锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图(三)汽轮机叶片事故分析按照叶片断裂的性质，叶片断裂可分为长期疲劳损坏、短期疲劳损坏、接触疲劳损坏、应力腐蚀和腐蚀废劳损坏等。1长期疲劳损坏长期疲劳是指叶片运行过程中，承受低于叶片原始疲劳极限的应力，经过较长的时间(远大于107次)才发生的一种机械疲劳损坏。例例如如，因因叶叶片片或或叶叶片片组组存存在在着着某某种种高高频频振振动动而而引引起起共共振振损损坏坏；叶叶片片表表面面有有缺缺陷陷(如如夹夹杂杂、腐腐蚀蚀点点坑坑、划划痕痕等等)，使使叶叶片片局局部部区区域域产产生生应应力力集集中中而而提提早早发发生生
35、疲疲劳劳损损坏坏；由由于于运运行行不不正正常常(如如低低周周波波运运行行、超超负负荷荷运运行行、低低负负荷荷运运行行等等)，使使某某些些级级的的叶叶片片应应力力升升高高，导导致致提提早早破破坏坏。长长期期疲疲劳劳损损坏坏在电厂叶片事故中最为常见。在电厂叶片事故中最为常见。长期疲劳损坏的宏观特征是断口乎整、断面呈细瓷状结构，贝壳纹清晰，疲劳断裂区面长期疲劳损坏的宏观特征是断口乎整、断面呈细瓷状结构，贝壳纹清晰，疲劳断裂区面积一般大于静撕裂区面积。积一般大于静撕裂区面积。当应力水平稍高时，疲劳断裂区面积会减小；反之，叶片应当应力水平稍高时，疲劳断裂区面积会减小；反之，叶片应力水平较低，破坏时间较长
36、的断口，疲劳断裂区域面积就大一些。因而可从分析断口的力水平较低，破坏时间较长的断口，疲劳断裂区域面积就大一些。因而可从分析断口的疲劳断裂区面积的大小来推断叶片受载皮力的大小。疲劳断裂区面积的大小来推断叶片受载皮力的大小。防止长期疲劳损坏的主要措施是：防止长期疲劳损坏的主要措施是：消除共振、提高叶片制造质量和安装质量、行条件。消除共振、提高叶片制造质量和安装质量、行条件。27锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图2短期疲劳损坏短期疲劳损坏是指叶片在运行过程中，受到外界较大的应力或是较大的激振力，导致叶片只受了较少的振动次数（小于107108次）就发生断裂的一种机械疲劳损坏。例如
37、，由于运行不正常。疏水系统发生故障，使水进入气轮机内，叶片遭到水的冲击而承受较大例如，由于运行不正常。疏水系统发生故障，使水进入气轮机内，叶片遭到水的冲击而承受较大的应力，随即很快损坏；或是由于设计不良，安装不好，存在较大的低频激振力（如转子不平衡的应力，随即很快损坏；或是由于设计不良，安装不好，存在较大的低频激振力（如转子不平衡而产生的振动；隔板结构不佳或安装不良，存在较大的交变应力；或是喷嘴损坏，使叶片受到不而产生的振动；隔板结构不佳或安装不良，存在较大的交变应力；或是喷嘴损坏，使叶片受到不均等），当低频激振力与叶片的自振频率相同时就引起共振，会很快导致叶片的断裂。均等），当低频激振力与叶
38、片的自振频率相同时就引起共振，会很快导致叶片的断裂。短期疲劳损坏的宏观特征是：短期疲劳损坏的宏观特征是：断口表面粗糙，疲劳贝壳纹（又称疲劳前沿线）不明显，断口表面粗糙，疲劳贝壳纹（又称疲劳前沿线）不明显，在断面上疲劳区面积往往小于最后断裂的静撕裂区面积，在断口的四周伴有宏观的塑在断面上疲劳区面积往往小于最后断裂的静撕裂区面积，在断口的四周伴有宏观的塑性变形，经受水击的叶片断口还呈现性变形，经受水击的叶片断口还呈现“人人”字型纹络的特征。字型纹络的特征。防止短期疲劳损坏的主要方法是设法消除低频共振和防止水击的发生。防止短期疲劳损坏的主要方法是设法消除低频共振和防止水击的发生。28锅炉与汽轮机用及
39、事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图3接触疲劳损坏接触疲劳损坏是由于存在着振动，使毗邻的叶片之间或者叶片和叶轮之间产生往复的微量位移，相互接触摩擦的一种机械疲劳损坏。接触应力往往是由叶根齿部设计不合理，或是安装不良所产生的。叶根的接触面因振动而进行往复循环的摩擦，造成根部表面层金属晶体的滑移和硬化，接触摩擦到一定次数后，硬化层会出现微显裂纹，继续不断地接触摩擦会使显微裂纹不断扩展，最终发生接触疲劳断裂。接触疲劳损坏的宏观特征：断口具有贝壳状特征，并往往伴有因摩擦氧化而产生地斑痕。接触疲劳损坏地显微裂纹呈簇状，大体上互相平行，并与摩擦应力垂直。防止接触疲劳损坏的措施是：消除共振（特别是切向振
40、型），提高气轮机的安装质量，设法增大叶根的接触面积，改善叶轮与叶根接触面的接触状况使叶根齿部在工作状态下尽量保持均匀的接触，避免局部点或区接触应力的集中。29锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图二、汽轮机转子及其它部件用钢（一）汽轮机转子用钢及其事故分析1转子的工作条件及对材料性能的要求汽轮机转子是主轴和叶轮的组合部件，转子是汽轮机设备的心脏。随着高温高压大容量锅炉汽轮机机组的发展，汽轮机转子的重量和尺寸也愈来愈大。高压蒸汽喷射到工作叶片后，转动力矩由叶轮传到主轴。主轴不但承受扭矩和由自重引起的弯矩作用，而且因为主轴较长，过热蒸汽自第一级至最末级叶轮其温度是逐渐在降低的，由
41、于这种不均匀的温度分布，主轴还要承受温度梯度所造成的热应力。此外，主轴还要受到因振动所产生的附加应力和发电机短路时产生的巨大扭转应力及冲击载荷的复杂作用。叶轮是装配在主轴上的，在高速旋转时，圆周线速度很大，出于离心力的作用产生巨大的切向和径向应力，其中轮毂部分受力最大。叶轮也要受到振动应力和毂孔与轴之间的压缩应力。高参数大功率机组的转子因在高沮蒸汽区工作，还要考虑到材料的蠕变、腐蚀、热疲劳、持久强度、断裂韧性等问题。30锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图制造汽轮机转子的材料要求：(1)严格控制钢的化学成分。钢中含硫量不大于0035(酸性平炉钢)或0030(碱性电炉钢)；铜
42、的含量应低于025；含锡的钢材，钼的含量不允许低于下限，钢中的气体(如氢等)应尽量低。(2)综合机械性能要好。既要强度高，又要塑性、韧性好。沿轴向和径向的机械性能应均匀一致，要求轮毂与轮缘之间的硬度偏差不超过HB40，轮毂或轮缘本身各点的硬度差不得超过HB30，而且主抽两端面硬度值的偏差不超过HB40。此外，还要求材料的缺口敏感性小。 (3)有一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力；对于在高温下运行的主铀和叶轮，还要求高的蠕变极限和持久强度，以及足够的组织稳定性。(4)不允许存在白点、内裂、缩孔、大块非金属夹杂物或密集性细小夹杂物等缺陷。(5)有良好的淬透性，良好的焊接性能等工艺性能。31锅炉与汽轮机
43、用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图2汽轮机转子用钢介绍汽轮机转子的材料是按不同的强度级别选用的。转于用钢一般都属于中碳钢和中碳合金钢，只有制作焊接转子时，为了保证焊接性能才适当降低含碳量(例如选用17CrMo1V钢)。功率较大的汽轮机其转子用钢都含有一定量的铬、镍、钼、锰等合金元素，加入这些元素可以提高钢的淬透性，增加钢的强度，其中钼可以减小钢的回火脆性，铬、钼、钨、钒则可提高钢的热强性。汽轮机组功率不同，转子的制造方法也不同，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；中等功率机组，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整装；大功率机
44、组，高压转子为整体锻造，而低压转子是焊接而成的。34CrMo钢用作480以下的汽轮机的主轴有较好的工艺性能和较高的热强性，长时期使用组织也比较稳定。若工作温度超过480时热强性就有明显降低。17CrMo1V钢用于工作温度520以下的汽轮机、燃气轮机和压气机的焊接转子。对17CrMo1V钢焊接时，必须严格控制预热温度，焊后应立即进行高温回火。27Cr2Mo1V钢中铬和铂钼的含量均较多，有较好的制造工艺性能和热强性，可用来制造工作温度540以下的汽轮机整锻转子和叶轮。若用来制造转子和叶轮，均需要经过两次正火加回火处理。第一次正火970990空冷，第二次正火930950空冷，回火680700炉冷。3
45、2锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图34CrNi3Mo钢是大截面高强度钢，具有良好的综合机械性能和工艺性能，国内外曾用来制造发电机转子和汽轮机整锻转子及叶轮，工作温度限制在400以下。一般是在调质状态下使用，840870油淬，560650回火。这类钢因为含镍量高，所以无回火脆性倾向。33CrMoWV钢是我国自行研制的无镍大锻件用钢，已在50MW以下汽轮机中大量应用，可替代34CrNiMo钢。调质工艺为950油淬，580660空冷或炉冷。油淬时应有足够的深冷度，以获得较好的心部性能。18CrMnMoB钢也是我国研制的无镍少铬大锻件用钢，加入硼可以增加淬透性，也是34CrNi
46、3Mo钢的代用钢20Cr3MoWV钢是一种热强性较高的低合金耐热钢，因为此钢中含钒量比33Cr3MoWV钢高，因此弥散硬化的效果就好。用于制造工作温度低于550的汽轮机和燃气轮机整锻转于和叶轮等大锻件。550600温度范围的大锻件，国外过去一直采用奥氏体钢，但价格昂贵12型转于用钢，如英国的H 46苏联的802、756、美国的C 422钢等。33锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图3汽轮机转子事故分析汽轮机转子的金属事故主要是叶轮与主轴(转子)的变形与开裂。(1)主轴(转子)的变形 汽轮机主轴由于出厂时残余应力较大，运输或安装不当(热套时由于加热和冷却不均匀而产生的局部热应
47、力)以及运行不良(动、静部件单侧摩擦所造成的局部膨胀)等，均可能引起主轴的变形。 当主轴(转子)发生弯曲变形时，需要进行校正，通常称为“直轴”。对于小功率汽轮机碳钢转子，可采用局部加热法予以校直。对于大功率汽轮机主抽(转子)，则必须采用“松弛法”进行校正。34锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图(2)主袖(转子)的断裂 汽轮机转子是高速转动的部件，主轴的断裂会造成严重的事故，国内外都曾发生过这类事故，必须引起高度的重视。主轴(转子)产生裂纹的原因大致有以下几种：1)结构不良。如两截面交界处过渡圆角太小、机械加工租糙，有尖锐刀浪痕等，导致严重伤应力集中，从而在交变裁荷作用下断
48、裂。2)腐蚀介质的影响。主轴运行或停机时接触蒸汽、油和水等腐蚀介质，表面形成腐蚀坑或腐蚀裂纹。3)材质不良。4)运行不当。运行时有超温或超速现象，启动停机过快引起过大的内电应力等。(3)叶轮的变形与开裂 叶轮的变形破坏了转子的动平衡，运行中会产生很大的振动，因此，变形后也必须进行校正。叶轮，特别是末级叶轮，在长期远行过程中键槽处容易出现裂纹，当裂纹达到一定深度时，整个叶轮会飞裂。35锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图引起叶轮开裂的主要原因是：1)键槽处加工质量差，应力高度集中产生裂纹源。2)材料的综合机械性能差，强度偏高，塑性和韧性偏低，脆性大，加速裂纹的扩展。3)机组停
49、机保养不善,或介质腐蚀性较大,造成应力腐蚀。防止叶轮开裂的措施是:注意停机时的保养工作,防止产生腐蚀;提高冶金质量和键槽的加工光洁度;大修时加强对后几级叶轮的探伤检查,及时对已经产生裂纹的叶轮采取补焊修复或者换上新的叶轮。36锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图(二)汽轮机静子用钢及事故分析1. 静子的工作条件汽轮机静子(汽缸、隔板、蒸汽室等)部件是在高温高压或一定的温差、压力差作用下长期工作的。汽缸是汽轮机的重要部件，通常分为上、下两部分。汽缸工作时受到气流的压力，这种压力在汽缸的前部最大，沿轴线向后逐渐降低，因此在汽缸壁上所受的力是变化的。汽缸内温度场分布也比较复杂，例
50、如汽缸前后存在着温度梯度，在大功率高参数凝汽式汽轮机的中压缸中，从蒸汽入口到出口的温度差超过500，低压缸则在真空条件下工作，承受着外部空气的压力。汽缸形状复杂，尺寸和重量大，从而造成铸件生产上的困难。在结构上，缸壁较厚，且又厚薄不均匀，拐角多，从法兰到汽缸的过渡区域，截面变化很大，容易产生铸造缺陷和很大的局部应力。37锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图静子材料的要求：静子材料的要求：（1）足够高的室温机械性能和较好的热强性。（2）有一定的抗氧化性能，良好的组织稳定性和抗热疲劳能力。（3）具有尽可能好的铸造性能及良好的焊接性能。38锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图
51、合金的结构与相图1.静子零部件用钢工作温度不同，静子的材料也就不同。中、小功率气轮机的低压缸还可用灰口铸铁或耐热合金铸铁来制造。 对于工作温度在425以下的气轮机的汽缸、隔板、主蒸汽阀等零部件，可以用ZG25钢铸造。然后在900退火或900正火再在650回火68h。铸件在机械加工或补焊后应再650680退火68h。ZG20CrMo钢用于工作温度在500以下的汽缸、隔板、主蒸汽阀等，铸件在900正火，650680回火；经机械加工或补焊后应在650680退火48h。ZG20CrMoV钢用于工作温度在540以下的汽轮机静子，该钢含有钒元素，因而热强性有了提高。但是铸造性能和焊接性能要比ZG20CrM
52、o钢差一些，应严格控制焊前预热（300350）和焊后消除应力的退火处理。ZG15Cr1Mo1V钢含铬钼比ZG20CrMoV钢高，因而就有更高的热强性，可用于制造570温度以下的气轮机静子。其铸造性能和焊接性能比ZG20CrMoV钢稍差一些。对蒸汽参数为560580、23.5Mpa（240大气压）的大功率气轮机汽缸则要求用更高的热强性材料来制造，国外是采用ZGCr11MoVB钢一类的强化型马氏体耐热钢来制造。39锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图 3、汽缸的变形和开裂（1）汽缸的变形，汽缸发生变形会影响气轮机的安全经济运行，其表现形式为汽缸水平结合面因变形而漏汽，以及汽缸圆
53、周发生变形而导致气轮机中心变化。为此在检修时不得不进行水平结合面的修刮和局部补焊（也可用热喷涂进行修复）以及重新调整气轮机中心。 造成汽缸变形的主要原因有： 汽缸残余应力过大。汽缸由于形状复杂、厚薄不均匀铸造时各部分的凝固和冷却速度不一而产生内应力。在汽缸运行过程中会因残余应力的作用而导致汽缸变形。为了消除铸造残余应力需要进行消除应力退火处理。 蠕变的影响。高压气轮机的工作温度往往会在产生蠕变的温度以上，因此，在长期运行过程中就会有蠕变现象发生。由于汽缸形状复杂、厚薄不均匀，各部分的温度和压力不同，使各部分的蠕变速度不同，因而各部分蠕变（塑性变形）量不同，导致汽缸变形。气轮机基础不良，造成各部
54、分受力的大小不同而产生汽缸变形。40锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（1）汽缸的开裂，汽缸裂纹大都产生在温度梯度大、圆角半径小或汽缸厚度不对称的地方，法兰与汽缸壁的过渡区以及各调节气门汽道之间最容易产生裂纹。产生汽缸裂纹的原因是很复杂的，内因包括汽缸的结构、材质、工艺等方面的原因。外因包括温度条件及应力状态等方面的原因。汽缸在结构上如果拐角的半径小及壁的厚薄差别大而又过于陡峭，则容易导致应力集中及应力的增大，在一定的条件下就会导致裂纹的产生。出现了裂纹的汽缸可以采取挖除补焊等方法以消除裂纹和防止裂纹的继续扩展。41锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图
55、第三节 螺栓用钢及断裂事故分析一 、螺栓的工作条件及对材料性能的要求 螺栓是锅炉汽轮机和蒸汽管道上广泛使用的紧固零件。螺栓在工作时由于螺母拧紧而使其受到拉应力，从而使螺栓产生一作用于法兰结合面的压力，使所连接的两结合面密和而不致产生漏汽现象。螺栓和螺母是在高温高压下工作的，在长期运行的过程会发生应力松弛，导致螺栓压紧力降低，造成法兰结合面漏汽。在汽轮机运行过程中，如果其他意外停机事故发生，法兰结合的连续工作时间，取决于螺栓的可靠性。一般要求螺栓的可靠工作时间不应该小于汽轮机按计划进行大修的两次停机之间的时间。我国电厂使用在高温下工作的紧固件，设计寿命通常规定为我国电厂使用在高温下工作的紧固件，
56、设计寿命通常规定为2104h.影响螺栓工作期限的因素很多影响螺栓工作期限的因素很多，例如螺栓本身的结构，制造的质量，拧紧螺栓的方法和，例如螺栓本身的结构，制造的质量，拧紧螺栓的方法和拧紧的程度，汽轮机启动时螺栓与法兰之间的温度等。拧紧的程度，汽轮机启动时螺栓与法兰之间的温度等。42锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图对螺栓用钢有以下一些要求：（1）具有较高的抗松弛性能。我国规定大电厂所用的高温螺栓最小密封力为147 Mpa,因此，要求螺栓用钢有较高的抗松弛性能，以保证在较小的初紧应力下，大修期内的压紧力不低于最小密封应力。（2）足够高的强度和韧性。（3）小的缺口敏感性。由于
57、螺栓上存在着螺纹，有应力集中的条件，因此要求材料具有小的缺口敏感性。（4）良好的耐腐蚀性能，小的热脆性倾向。（5）不发生螺母“咬死”现象。为此，要求螺母材料的硬度应比螺栓低HB2040。所以螺母材料可以比螺栓材料低一级；若材料相同，螺母的回火温度应高一些。此外，选用螺栓用钢时还要考虑螺栓材料的线膨胀系数及导热系数与被固定金属的线膨胀系数及导热系数相接近。43锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图二、螺栓用钢介绍螺栓用钢多属于中碳钢和中、低碳合金钢。取中碳是希望有强度和韧性的较好的配合。合金钢中因为加入了起强化作用的合金元素，所以含碳量可以低一些。制造高温螺栓的合金钢中主要含铬
58、、钼、钒元素，这些元素加入后都能提高其热强行和耐腐蚀性能，还使其具有较高的抗松弛能力。工作温度更高的螺栓用钢中还要加入铌、钛、硼等元素，这些元素都能增加淬透性，细化晶粒，硼还能起到强化晶界的作用，铌、钛都是强碳化物元素，因而弥撒硬化效果好，使钢具有更高的热强性和抗松弛的能力。44锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图对对于于工工作作温温度度在在400400以以下下的的螺螺栓栓，一一般般采采用用3535或或4545号号钢钢制制造造，这这类类钢钢调调质质后后有较好的综合机械性能，广泛用作小功率低参数汽轮机和管道的螺栓材料。有较好的综合机械性能，广泛用作小功率低参数汽轮机和管道的螺
59、栓材料。对对于于工工作作温温度度在在430430以以下下的的螺螺栓栓，常常用用35SiMn35SiMn制制造造，该该钢钢价价格格低低廉廉，所所含含元元素素符符合合我我国国资资源源情情况况，在在可可能能的的条条件件应应尽尽量量采采用用。其其缺缺点点是是有有一一定定程程度度的的过过热热敏感倾向及回火脆性倾向，热处理时必须注意。敏感倾向及回火脆性倾向，热处理时必须注意。35CrMo35CrMo钢钢具具有有较较高高的的热热强强性性和和抗抗松松弛弛能能力力，长长期期工工作作组组织织稳稳定定性性也也较较好好，可可用用作作480480以以下下的的螺螺栓栓和和510510以以下下的的螺螺母母。经经850850
60、油油淬淬，560560回回火火，调调质质处处理后的组织为索氏体。该钢在火电厂应用得比较广泛。理后的组织为索氏体。该钢在火电厂应用得比较广泛。25Cr2MoV25Cr2MoV钢和钢和25Cr2MoV25Cr2MoV钢是目前火电厂热力设备中最广泛使用的螺栓材料。钢是目前火电厂热力设备中最广泛使用的螺栓材料。25Cr2MoV25Cr2MoV钢钢具具有有较较好好的的综综合合机机械械性性能能，热热强强性性和和抗抗松松弛弛能能力力也也较较高高，用用于于制制造工作温度在造工作温度在510510以下的螺栓以下的螺栓。45锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图46锅炉与汽轮机用及事故分析合金的
61、结构与相图合金的结构与相图通常当螺拴选用25Cr2MoV钢时，螺母则选用35CrMo钢制造；如果螺拴和螺母均用25Cr2MoV钢制造时，螺母的回火温度应较螺拴高1530。25Cr2Mo1V钢中铬、钼、钒的含量均比25Cr2MoV钢为高，因此具有更高的热强性和抗松弛能力，广泛用作工作温度在540的螺栓材料。20Cr1Mo1VNbTiB钢和20CrlMo1VTiB钢是我国自行研制的可在560580温度下工作的螺栓用钢，达两个钢种热强性更高，抗松弛能力也更好，而且组织稳定性也高。用20Cr1Mo1VNbTiB和20Cr1Mo1VTiB钢制造的螺栓，已在200MW和300MW的汽轮机上应用。工作温度在
62、560590螺栓应选用2Crl2WMoNbVB马氏体耐热钢制造，工作温度在650以下的螺栓应选用Crl5Ni36W3Ti、Cr15Ni36W3CoTi、Cr15Ni36Mo3Ti等奥氏体类耐热钢制造；工作温度在650750的螺栓则应用镍基合金如Cr15Ni70W5Mo4Al2Ti和Cr16Ni80NbTiAl等来制造。47锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图三、螺栓的断裂分析螺栓的断裂，特别是高温螺栓在运行过程中的断裂，是火电厂中常见的金属事故。按照螺栓断裂的特性可分为三种类型。（一） 脆性断裂螺栓的脆性断裂在断裂事故中占的比重最大，断裂的宏观特性是断口粗糙，呈结晶状，断裂
63、处无明显的塑性变形。有的断口上明显地分为两部分，一部分属于旧断口，其表面有严重的锈斑，无金属光泽，另一部分是新断口，表面呈结晶状，有金属光泽。这种现象说明了螺栓在断裂前，有一部分已产生了裂纹，最后是由裂纹扩展引起的断裂。脆性断裂的螺栓，室温冲击韧性值很低，ak值仅为531J/CM2，说明螺栓的材质已经脆化。双头螺栓脆断部位常常发生在旋入端第一扣到第三扣螺纹的根部。48锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（二） 疲劳断裂螺栓的疲劳裂纹一般都产生在裂纹最大负荷扣的最大应力表面上，有的螺纹第一道螺纹上的应力达到全部应力的50%（典型的应力集中现象！）有的裂纹发生在螺栓材料的某一缺
64、陷处（疲劳源）。螺栓中一旦产生了裂纹，便在应力不断作用下，裂纹逐渐扩展，当剩余的有效断面不足以承受所加负荷时，就发生了突然的断裂。这种类型的螺栓断裂属于疲劳断裂，螺栓疲劳断裂的断口可分为疲劳断裂区和静撕裂区。49锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（三）其他断裂类型螺栓热紧时由于加热不均匀造成局部地区温度过高，由此形成裂纹，导致螺栓断裂，断口呈粗晶型脆性断口，有放射状条纹。若螺栓初紧力过大，则可能造成韧性断裂，断口呈纤维状。 螺栓断裂的主要原因可归纳为：螺栓用钢材质不良、螺栓结构不合理、加工和安装工艺不当、运行条件差等几个方面。从材质角度来分析，影响螺栓脆性断裂的主要原因是
65、螺栓材料的持久塑性低、缺口敏感性高和组织稳定性差。另外，钢材的冶金质量不好，非金属夹杂物过多，有发纹、疏松等宏观缺陷存在，都会促使螺栓脆断。 螺栓的结构设计不合理，螺纹加工质量不好，螺纹根部圆角半径太小，这样会在螺栓局部地区造成严重的应力集中而促使螺栓过早的损坏。 在安装检修时，紧固螺栓的初紧力过大、热紧时加热方法不当、螺栓偏斜等因素往往也是导致螺栓断裂的原因。50锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图防止螺栓脆断的措施：（1）控制螺栓的硬度和金相组织。（2）改进螺栓结构。分析发现断裂的螺栓大多为双头螺栓，这种螺栓光杆部分的直径与螺纹直径相等，无过渡圆角，存在着严重的应力集中
66、区域，因而断裂部位常常发生在旋入端螺纹与光杆交界处。为了避免这种现象，可将光杆直径减小，改成细腰螺栓以缓和应力集中现象，减少断裂的发生。（3）提高螺栓的加工精度和表面质量。（4）改进安装检修工艺，控制初紧应力，改进加热方法，丝扣部分要研磨光洁，加入防止螺栓与螺母“咬死”的涂料，法兰结合面要注意平整。 为了保证螺栓的安全运行，对螺栓要加强监督，发现有问题时，选择有代表性的螺栓作冲击实验。有些还要作硬度的测试和金相分析。如果冲击韧性指标低于允许值时，应进行恢复性热处理。 所谓恢复性热处理，是将已经网状组织及硬度升高、冲击韧性降低了的螺栓，采用该螺栓材料的热处理工艺再进行一次热处理。51锅炉与汽轮机
67、用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图第四节第四节 耐磨件及磨损失效分析耐磨件及磨损失效分析一、易磨损件的磨损失效及对材料性能的要求煤粉制备机械中的零部件及输煤出灰管道的磨损主要是属于磨料磨损。煤粒之所以会磨损冲击板是因为煤中含有硬度很高的SiO2（俗称石英）和Al2O3（俗称刚玉），这些硬质点不断地对冲击板进行着“显微切削”，致使冲击板就被不断地磨损损耗了。进口边因受煤粒直接撞击冲刷，首当其中损坏严重。煤粒冲刷到板面后，就沿板面向出口处滑动，由于气流运动以及煤粒中硬质点的浓度分布和冲击板本身材质等因素会造成局部受磨损严重，形成沟槽或局部损坏。另外，水出灰的管道易腐蚀。52锅炉与汽轮机用
68、及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（1）较高的硬度（2）足够的韧性（3）具有一定的耐腐蚀性（4）容易成型的加工性能。对耐磨件的性能有如下要求：对耐磨件的性能有如下要求：53锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图二、磨煤机耐磨件材质介绍1球磨机中的耐磨件（1）磨球球磨机中的磨球，常用的是ZQCr2。这种磨球是含碳量为2.5左右，含铬量为2左右的白口铸铁球，材质硬度高，耐磨性比较好；因为含铬量较低，价格低廉。此外，也有选用中铬甚至高铬白口铸铁球的；还有采用锻钢球的。电厂常用的铸造磨球其化学成分及力学性能见表716所示。电厂应用的锻造磨球其化学成分及力学性能见表717所示。
69、（2）衬板衬板的材质必须要与磨球匹配，电厂常用衬板材质的化学成分及力学性能见表718所示。54锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图2中速磨中的耐磨件目前新建的30万或60万的大机组，一般都选用中速磨作煤粉制备的机械。中速磨磨辊、磨环及磨盘瓦的化学成分与力学性能见表719所示。中速磨除采用磨辊或磨环，还有也能够中空的大磨球来磨煤的，这个中空的磨球通常是选用ZG75Cr2Mo钢来制造的。国内外还普遍使用堆焊或铸造的方法做成双金属符合材料的磨辊。堆焊磨辊其心部是ZG35钢；抗磨层则选用含碳量为3.54.5，含铬量为2030的高碳高铬白口铸铁焊条。浇注成型的磨辊其心部采用灰口铸铁；
70、而表面的抗磨层选用Cr15或Cr20的高铬铸铁。选用双金属复合材料作磨辊是有特色且比较合理的。选用双金属复合材料作磨辊是有特色且比较合理的。55锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图3风扇磨中的耐磨件风扇式磨煤机，属于高速转动的具有粉碎、干燥和输送煤粉等功能的制粉机械，简称风扇磨。风扇磨的易磨损件受到高速运动的煤粒的撞击和冲刷，而煤中难免会混有铁块、石块、木块，所以材质要有较高的韧性。目前不少电厂仍应用高锰钢来制造风扇磨的耐磨件；但冲击板的磨损仍主要是磨料磨损，为了提高抗磨能力，延长耐磨器件的使用寿命，有些已改用低合金耐磨钢。56锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的
71、结构与相图三、耐磨管道材料介绍（1）耐磨管道材料的品种及代号电厂中应用的耐磨管道分成两大类：一是单金属管道，二是复合管道。其代号示意如下：单金属管道XXXXG表示单金属管道表示管道材料的牌号耐磨材料的品种、代号及公称通径见表7-21所示。复合管道复合管道 XXXX G 表示复合管道表示复合管道 表示耐磨管道内壁材料的牌号表示耐磨管道内壁材料的牌号57锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图（1）单金属管道单金属管道是用同一种金属材料，通常是采用铸造成型的；内壁硬化的则是用特殊的热处理工艺对内壁进行淬火处理。单金属管道的化学成分及力学性能见表7-22所示。（2）复合管道输煤及出灰
72、管道受磨损的均是内壁部分；弯头磨损严重的则是弯头外侧的内壁部分。可以在磨损严重的部位，采用抗磨性能较好的材质来做；而其它部分用价廉，塑性和韧性好的碳素钢来制造，做出两种材质的复合管道。这这样样防防磨磨层层的的硬硬度度高高，抗抗磨磨性性能能好好，能能有有效效的的延延长长管管道道的的使使用用寿寿命命；还还因因为为衬衬托托用用的的碳碳钢钢钢钢管塑性好，可焊性佳，便于安装，况且韧性好，安全可靠。管塑性好，可焊性佳，便于安装，况且韧性好，安全可靠。58锅炉与汽轮机用及事故分析合金的结构与相图合金的结构与相图目前电厂中应用的复合管道还有陶瓷复合管道、橡胶复合管道和铸石复合管道等耐磨管道。双双金金属属复复合
73、合管管道道是是将将低低铬铬的的KmTBCr2或或高高铬铬的的KmTBCr15Mo或或高高铬铬的的KmTBCr20Mo或或高高铬铬的的KmTBCr26这这类类抗抗磨磨白白口口铸铸铁铁采采用用特特定定的的工工艺艺浇浇注注到到特特别需要防磨的碳钢管道内壁中去，制造成的复合材料。别需要防磨的碳钢管道内壁中去，制造成的复合材料。最近，还有采用抗磨性能较好的最近，还有采用抗磨性能较好的ZG45MnZ钢来作耐磨层与普通碳钢复合在一起做成双金属管道的钢来作耐磨层与普通碳钢复合在一起做成双金属管道的弯头，它既耐磨损，又便于安装，安全可靠性能更佳，使用效果很好。弯头，它既耐磨损，又便于安装，安全可靠性能更佳，使用效果很好。59锅炉与汽轮机用及事故分析
