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1、电厂金属材料课件电厂金属材料课件2023/2/232023/2/231 1你现在浏览的是第一页，共59页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锅炉炉管管道道包包括括受受热热面面管管子子（过过热热器器、再再热热器器、水水冷冷壁壁管管、省省煤煤器器等等管管子子）和和蒸蒸汽汽管道管道（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
2、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。2023/2/232023/2/232 2你现在浏览的是第二页，共59页以上三式中：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
3、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下的的许许用用应力应力。根根据据JB2194-77JB2194-77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，其其他他低低合合金金耐耐热钢在热钢在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 =2023/2/232023/2/233 3你现在浏览的是第三页，共5
4、9页（二）锅炉管道用钢介绍（二）锅炉管道用钢介绍蒸蒸汽汽温温度度在在450以以下下的的低低压压锅锅炉炉管管道道主主要要使使用用10号号、20号号优优质质碳碳素素结结构构钢。钢。中中、高高压压机机组组除除水水冷冷壁壁和和省省煤煤器器管管用用20A碳碳钢钢外外，其其它它受受热热面面管管子子和和蒸蒸汽汽管管道均采用合金钢管。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
5、用钢情况：介绍一些用钢情况：2023/2/232023/2/234 4你现在浏览的是第四页，共59页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一一般般采采用用优优质质碳碳素素结结构构钢钢，其其含含碳碳量量在在0.10.10.20.2之之间间，组组织织为为铁铁素素体体和和珠珠光光体体。常常用用的的是是2020号号钢钢，该该钢钢在在450450以以下下具具有有足足够够的的强强度度，530530以以下下具具有有抗抗氧氧化化性性能能，而而且且工工艺艺性性能能良良好好，价价格格低低廉廉。碳碳钢钢钢钢管管在在高高温温长长期期运运行行过过程程中中，会会出出
6、现现渗渗碳碳体体球球化化和和石石墨墨化化现现象象，出出现现了了组组织织的的异异常常情情况况后后，钢钢的的蠕蠕变变极极限限和和持持久久强强度度会降低。会降低。2 2壁温壁温550550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钢钢的的化化学学成成分分及及热热处处理理工工艺艺在在表表7l7l及及表表7272中中均均已已分分别别作作了了介介绍绍。经经热热处处理理后后的的组组织织一一般般是是铁铁素素体体和和珠珠光光体体，有有些些是是贝贝氏氏体体。15Cr
7、Mo15CrMo钢钢在在500500550550温温度度范范围围内内有有较较高高的的热强性和抗氧化性能，其工艺性能也很好。热强性和抗氧化性能，其工艺性能也很好。15CrMo15CrMo钢钢虽虽无无石石墨墨化化倾倾向向，但但在在高高温温下下长长期期运运行行过过程程中中会会发发生生渗渗碳碳体体的的球球化化及及固固镕镕体体中中合合金元素贫化的组织变化，从而使热强性降低。当温度超过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
8、钢替代钢替代15CrMo钢。钢。2023/2/232023/2/235 5你现在浏览的是第五页，共59页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钢钢是是在在CrMo钢钢的的基基础础上上，加加入入02钒钒的的低低合合宝宝耐耐热热钢钢。钒钒是是强强碳碳化化物物元元素素，VC细细碎碎而而稳稳定定，对对钢钢的的弥弥散散硬硬化化效效果果好好。因因而而，12Cr1MoV钢钢的的耐耐热热性性能能比比铬铬
9、钼钼钢钢高高，工工艺艺性性能能也也很很好，在国内外均得到广泛应用。好，在国内外均得到广泛应用。12Cr1MoV钢钢在在高高温温下下长长期期运运行行过过程程中中，也也会会发发生生渗渗碳碳体体球球化化及及固固镕镕体体中中合合金金元元素素贫贫化化的的现现象象，而而使使热热强强性性降降低低。若若因因温温工工作作，这这种种现现象象更更为为严严重重。我我国国曾曾研研制制了了12MoVwWBSiRe（无无铬铬8号）钢，代替号）钢，代替12Cr1Mov钢用于制造锅炉管道，但是该钢种的生产工艺尚不够成熟，质量也还不稳定。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。（2）钢钢提提高高铬铬钼
10、钼钢钢中中合合金金元元素素的的含含量量，当当Cr2.25、Mo1时时具具有有最最佳佳的的热热强强性性。钢钢是是比比较较成成熟熟的的钢钢种种，在在美美英英联联邦邦德德国国日日本本等等工工业业发发达达的的国国家家中中应应用用于于锅锅炉炉管管道道已已有有相相当当长长的的历历史史，例例如如美美国国的的P22，瑞瑞典典的的HT8、日日本本的的STBA24，联联邦邦德德国国的的10CrMo910钢钢。其其蠕蠕变变极极限限和和持持久久强强度度比比12Cr1MoV钢低，最常用的温度是钢低，最常用的温度是540550。2023/2/232023/2/236 6你现在浏览的是第六页，共59页 4 4 壁温壁温60
11、0600620620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多多年年来来国国内内外外均均致致力力于于研研究究进进一一步步提提高高合合金金耐耐热热钢钢的的使使用用温温度度，使使之之超超过过600600，甚甚至至达达到到620620，我我国国研研制制成成功功的的有有12Cr2MoWVB(12Cr2MoWVB(钢钢102)102)和和12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB钢钢（II11II11）钢钢；俄俄罗罗斯斯有有12X2MCP12X2MCP、12X2B12X2B钢钢；联联邦邦德德国国有有10CrSiMoV10CrSiMoV钢钢等等。这这些些钢
12、钢种种目目前前多多用用于于壁温壁温600600620620的过热器和再热器管子，很少用于蒸汽管子。的过热器和再热器管子，很少用于蒸汽管子。微微量量多多元元合合金金化化是是这这类类钢钢种种的的共共同同特特点点，铬铬含含量量在在2 2左左右右，其其他他的的元元素素含含量量更更少少 由由于于多多种种元元素素的的相相互互作作用用，使使钢钢具具有有更更高高的的化化学学稳稳定定性性和和组组织织稳稳定定性性，因因而而耐耐热热性性能能更更好好。例例如如12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB钢钢在在600600620620时时持持久久强强度度9494100Mpa100Mpa；620620时抗氧化速
13、度仅为时抗氧化速度仅为0.00873mm/a0.00873mm/a。5 5 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当锅锅炉炉气气温温达达到到570570时时，高高温温段段过过热热器器管管子子的的壁壁温温可可达达到到620620以以上上。这这时时，珠珠光光体体型型的的低低合合金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。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。2023/2/232023/2/237 7你现在浏览的是第七页，共59页最新进展这这几几年年我
14、我国国火火电电厂厂已已向向大大型型机机组组方方向向发发展展，新新建建或或改改进进的的火火电电厂厂，均均是是3030万万、6060万万，甚甚至至已已引引进进了了9090万万的的大大机机组组。这这些些机机组组均均是是亚亚临临界界、超超临临界界的的参参数数，对对锅锅炉炉受热面管道用的材料性能要求更高。受热面管道用的材料性能要求更高。目目前前这这些些高高参参数数大大机机组组锅锅炉炉受受热热面面管管道道均均采采用用含含铬铬量量较较高高的的耐耐热热钢钢来来制制造造，最最常常用用的的9Cr9Cr1Mo1Mo型型马马氏氏体体型型耐耐热热钢钢。属属于于这这一一类类型型的的在在我我国国3030万万以以上上大大机机
15、组组上上应应用用的的钢钢种种有有美美国国的的T9T9和和P9P9钢钢，日日本本的的STBA26STBA26和和STPA26STPA26钢钢，德德国国的的X12CrMo91X12CrMo91钢钢以以及瑞典的及瑞典的H17H17钢等。钢等。为为了了进进一一步步提提高高钢钢的的热热强强性性，又又添添加加了了2 2MoMo的的9Cr9Cr2Mo2Mo钢钢，即即日日本本的的HCM9MHCM9M钢钢。加加入入了了合合金金元元素素V V和和NbNb，控控制制微微量量加加入入的的AlAl和和N N的的含含量量，使使钢钢具具有有了了更更高高的的热热强强性性和和抗抗高高温温氧氧化化性性能能，还还具具有有良良好好的
16、的冲冲击击韧韧性性和和稳稳定定的的持持久久塑塑性性。这这类类钢钢目目前前主主要要用用于于制制造造亚亚临临界界、超超临临界界锅锅炉炉壁壁温温625625的的高高温温过过热热器器、壁壁温温650650的的高高温温再再热热器器管管道道以以及及壁壁温温600600的的高高温温集集箱箱和和蒸蒸汽汽管管道道，也也可可用用于于核核电电设设备备的的热热交交换换器器。这这类类马马氏氏体体型型的的耐耐热热钢钢，我我国国也也已已研研制制成成功功，牌牌号号为为10Cr9Mo1VNb10Cr9Mo1VNb钢钢；引引进进的的材材料料有有：美美国国的的T91T91和和P91P91，日日本本的的火火STBA28STBA28、
17、火火STPA28STPA28，俄俄罗罗斯斯的的10X9M-10X9M-IIIIII钢，法国的钢，法国的TUZ10CDTUZ10CDVnbO9.01VnbO9.01钢等。钢等。2023/2/232023/2/238 8你现在浏览的是第八页，共59页Cr12Cr12马马氏氏体体型型耐耐热热型型钢钢主主要要是是依依靠靠铬铬，钼钼，钨钨等等元元素素在在钢钢中中起起固固溶溶强强化化的的作作用用来来提提高高热热强强性性；有有些些加加入入钒钒铌铌等等元元素素来来起起弥弥散散硬硬化化，加加入入硼硼，稀稀土土等等元元素素来来加加强强晶晶界界，从从而而进进一一步步提提高高蠕蠕变变极极限限和和持持久久强强度度，在在
18、高高温温下下持持久久运运行行过过程程中中此此类类钢钢不不会会断断析析出出Fe3MoFe3Mo、FeFe2 2W W等等金金属属化化合合物物，可可以以抵抵消消因因固固溶溶体体中中合合金金元元素素贫贫化化（贫贫钼钼或或钨钨）而而削削弱弱固固容容强强化化的的现现象象；同同时时有有由由于于固固容容体体中中保保持持高高浓浓度度的的铬铬，使使其其具具有高的抗腐蚀能力和抗氧化性。有高的抗腐蚀能力和抗氧化性。我我国国在在300300机机组组中中采采用用F11F11或或F12F12钢钢做做再再热热器器管管子子及及出出口口联联箱箱。Cr12Cr12钢钢含含铬铬量量高高，高温加热后在空气中冷却即可获得马氏体组织，所
19、以焊接性能较差。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。过过热热器器管管子子壁壁温温超超过过650650，蒸蒸汽汽管管道道壁壁温温超超过过600600后后需需要要使使用用奥奥氏氏体体耐耐热热钢钢，奥奥氏氏体体耐耐热热钢钢具具有有较较高高的的高高温温强强度度和和耐耐腐腐蚀蚀性性能能，最最高高使使用用温温度度可可达达到到700700左左 右右。目目 前前 应应 用用 的的 有有 0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr19Ni91Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti和和1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等钢种。等钢种。
20、2023/2/232023/2/239 9你现在浏览的是第九页，共59页（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锅炉炉受受热热面面管管子子常常见见事事故故主主要要有有长长时时超超温温爆爆管管，短短时时超超温温爆爆管管，材材质质不不良良爆爆管及腐蚀性热疲劳裂纹损坏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如果果锅锅炉炉受受热热面面管管子子在在运运行行过过程程中中，因因某某些些原原因因使使管管壁壁温温度度超超过过设设计计温温度度，在在高高温温长长时时间间作作用用下下，导导致致钢钢材材组组织织结结构构的的变变化化，蠕蠕动动速速度度加加
21、快快，持持久久强强度度下下降降，使使用用寿寿命命达达不不到到设设计计要要求求而而提提早早爆爆破破损损坏坏，称称为为长长时时超超温温爆爆管管，也也有有叫叫做做长长期期过过热热爆爆管管或或一一段段性性过过热热损损坏坏，长长时时超超温温爆爆管管由由于于管管壁壁温温度度还还没没达达到到临临界界点点温温度度，爆爆管管时时虽虽然然有有介介质质的的激激冷冷作作用用，还还不不会会发生相变。发生相变。长长时时超超温温爆爆管管一一般般发发生生在在高高温温过过热热器器出出口口段段的的外外圈圈向向火火侧侧据据近近几几年年来来对对过过热热器器管管子子爆爆破破事事故故的的分分析析7070是由于长时超温而引起的。是由于长时
22、超温而引起的。长长时时超超温温爆爆管管的的破破口口呈呈粗粗糙糙脆脆性性断断口口，管管壁壁减减薄薄不不多多，管管子子胀胀粗粗也也不不很很显显著著，爆爆破破口口附附近近往往有较厚的氧化铁层，往往有较厚的氧化铁层，如图如图7 71 1所示。所示。长长时时超超温温爆爆管管的的显显微微组组织织虽虽无无相相变变但但却却有有炭炭化化物物析析出出并并聚聚集集长长大大甚甚至至有有些些还还会会出出现现石石墨墨化化等等组组织织变化，变化，如图如图7 72 2所示。所示。2023/2/232023/2/231010你现在浏览的是第十页，共59页 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
23、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 2023/2/232023/2/231111你现在浏览的是第十一页，共59页1.短时超温爆管短时超温爆管锅锅炉炉受受热热面面管管子子在在运运行行过过程程中中，由由于于冷冷却却条条件件的的恶恶化化，使使管管壁壁温温度度在在短短时时间间内内突突然然上上升升，达达到到临临界界点点以以上上温温度度。在在这这样样高高的的温温度度下下钢钢的的抗抗拉拉强强度度急急剧剧下下降降，在在介介质质压压力力作作用用下下温温度度最最高高的的向向火火侧侧首首先先发发生生塑塑性性形形变变，管管径径张张粗粗，管管壁壁
24、减减薄薄，随随后后发发生生剪剪切切断断裂裂而而爆爆破破。爆爆破破时时，由由于于介介质质对对炽炽热热的的管管壁壁产产生生激激冷冷作作用用，在在爆爆破破口口往往往往有有相相变变的的组组织结构，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。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。短短时时超超温温爆爆管管大大多多数数发发生生在在水水冷冷壁壁管管、凝凝渣渣管管上上，特特别别是是水水冷冷壁壁管管热热负负荷荷最最高高的的地地方方，如如燃烧带附近及明喷燃器附近的向火侧。燃烧带附近及明喷燃器附近的向火侧。短短时时超超温温爆爆破破口口一一般般胀胀粗粗较较为为明明显
25、显，管管壁壁减减薄薄很很多多，爆爆破破口口呈呈尖尖锐锐的的喇喇叭叭形形，其其边边缘缘很很锋锋利利，具具有有韧韧性性断断裂裂的的特特征征。爆爆破破口口附附近近有有时时有有氧氧化化铁铁层层，有有时时没没有有。爆爆破破口口的的这这些些特特征征是是与与超超温温爆爆管管时时产产生生了了较较大大的的塑塑性性变变形形，使使管管缝缝减减薄薄，因因而而承承受受不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。短短时时超超温温爆爆管管的的过过程程类类似似作作高高温温短短时时拉拉伸伸试试验验，在在应应力力的的作作用用下下，先先引引起起塑塑性性变变形形，后后在在局部地区出现收缩现象，最后
26、形成剪切裂纹而产生韧性断裂。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。2023/2/232023/2/231212你现在浏览的是第十二页，共59页爆爆破破口口附附近近的的氧氧化化铁铁层层厚厚度度，可可从从运运行行情情况况来来分分析析。如如果果管管子子一一直直是是在在设设计计湿湿度度下下运运行行的的至至化化铁铁层层就就范范，甚甚至至没没有有；如如果果曾曾经经在在超超温温情情况况下下运运行行过过一一段段时时间间后后再再发发生生短短时时超超温温爆爆管管则则氧氧化化铁铁层层就就较较厚厚，而而且且爆爆破破口口的的背背部部(即即背背火火侧侧)还还会会出出现现碳碳化物球化等组织变化。化物球化等组
27、织变化。组组织织变变化化后后，机机械械性性能能也也会会发发生生改改变变。如如对对爆爆破破口口断断面面进进行行硬硬度度测测定定，可可发发现现爆爆破破口口周周向断面上各点的硬度差异很大，爆破口的硬度明显增高。向断面上各点的硬度差异很大，爆破口的硬度明显增高。图5-5 20钢水冷壁管短时超温爆管的宏观及微观组织 2023/2/232023/2/231313你现在浏览的是第十三页，共59页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。错错用用钢钢材材往往往往是是指指把把性性能能比比较
28、较低低的的钢钢材材用用到到高高参参数数的的工工况况下下，实实际际上上是是一一种种超超温温运运行行。一一旦旦发发生生爆爆管管事事故故，是是属属于于长长时时超超温温爆爆管管，其其爆爆破破口口的的宏宏观观特特征征和和微微观观组组织织的的变变化化基基本本上上与与长长时时超超温温爆爆管管相相同同。在在制制造造、安安装装和和检检修修时时，未未经经计计算算就就选选用用了了低低一一级级的的钢钢管管，即即认认为为是是错错用用钢钢材材。例例如如蒸蒸汽汽参参数数为为535、l0MPa的的主主蒸蒸汽汽管管道道，正正常常使使用用的的钢钢材材应应为为22Cr1MoV钢钢，若若误误用用了了20钢钢，由由于于该该钢钢用用于于
29、主主蒸蒸汽管道的允许温度是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。，因此只要运行几干小时就会发生爆破。使使用用了了大大于于壁壁厚厚负负偏偏差差的的拆拆叠叠、结结疤疤、离离层层、发发纹纹和和大大于于壁壁厚厚5的的横横向向发发裂裂以以及及严严重重夹夹杂杂、脱脱碳碳的的管管子子称称为为使使用用有有缺缺陷陷的的钢钢材材。这这些些缺缺陷陷的的存存在在严严重重地地削削弱弱了了管管壁壁强强度度，在在高高温温和和应应力力的的长长时时间间作作用用下下，缺缺陷陷部部位位容容易易形形成成应应力力集集中中现现象象，产产生生裂裂纹纹使使缺缺陷陷加加深深，腐腐蚀蚀介介质质也也可可能能侵侵入入缺缺陷陷区
30、区域域使使腐腐蚀蚀速速度度加加快快，使使受受热热面面管子承受不了介质的压力而爆破。管子承受不了介质的压力而爆破。有有缺缺陷陷管管子子爆爆破破时时，爆爆破破口口往往往往是是沿沿缺缺陷陷豁豁开开，裂裂纹纹较较直直。爆爆破破口口边边缘缘一一般般有有两两部分，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。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。2023/2/232023/2/231414你现在浏览的是第十四页，共59页二、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锅炉炉汽汽包包钢钢材
31、材处处于于中中温温(350(350以以下下)高高压压状状态态下下工工作作，它它除除承承受受较较高高的的内内压压以以外外，还还会会受受到到冲击、疲劳载荷及水和蒸汽介质的腐蚀作用。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)较较高高的的强强度度，包包括括常常温温和和中中温温强强度度。在在设设计计时时，屈屈服服极极限限和和抗抗拉拉强强度度都都作作为为钢钢材材许许用用应应力的计算依据。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)较较低低的的缺缺口口敏敏感感性性。在在制制造造锅锅炉炉时时，要要在在锅锅炉
32、炉钢钢板板上上开开孔孔和和焊焊接接管管子子接接头头，往往会会造造成成应应力力集中，因此要求钢材有较低的缺口敏感性。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。2023/2/232023/2/231515你现在浏览的是第十五页，共59页(二二)汽包用钢介绍汽包用钢介绍 常用的
33、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。过过去去生生产产的的中中、低低压压锅锅炉炉汽汽包包均均用用20g20g或或228228钢钢板板来来制制造造。由由于于大大量量地地发发展展了了低低合合金金高高强强度度钢钢，现现在在已已逐逐步步地地采采用用12Mng12Mng、16Mng16Mng、l5Mnv8l5Mnv8等等普普通通低低合合金金钢钢板板，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，节省大量钢材。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。16Mng16Mng钢钢是是结结合
34、合我我国国资资源源生生产产的的屈屈服服极极限限为为350MPa350MPa级级的的普普通通低低合合金金钢钢，是是我我国国应应用用得得最最早早、最最广广泛泛的的普普通通低低合合金金钢钢种种之之一一。推推荐荐应应用用的的范范围围为为4040450450，采采用用16Mng16Mng钢钢代代替替2020钢钢后后，钢钢材材可可节节省省20203030。16Mng16Mng钢钢具具有有良良好好的的综综合合机机械械性性能能、焊焊接接性性能能以以及低温冲击韧性；但是缺口敏感性比碳钢大。及低温冲击韧性；但是缺口敏感性比碳钢大。15MnVg15MnVg钢钢强强度度比比16Mng16Mng钢钢高高，也也具具有有良
35、良好好的的综综合合机机械械性性能能及及焊焊接接性性能能。用用于于制制造造中中、高高压压锅锅炉炉汽汽包包。15MnVg15MnVg钢钢板板也也有有较较大大的的缺缺口口敏敏感感性性，板板材材中中硫硫化化物物夹夹杂杂的的存存在在会增加材料的缺口敏感性。会增加材料的缺口敏感性。2023/2/232023/2/231616你现在浏览的是第十六页，共59页14MnMoVg14MnMoVg钢钢是是屈屈服服极极限限为为500MPa500MPa级级的的普普通通低低合合金金钢钢。钢钢中中由由于于加加入入了了0 05 5MoMo，提提高高了了钢钢的的屈屈服服强强度度及及中中温温机机械械性性能能，特特别别适适合合生生
36、产产厚厚度度为为60mm60mm以以上上的的厚厚钢钢板板，以满足制造高压锅炉汽包的需要。以满足制造高压锅炉汽包的需要。14MnMoVBReg14MnMoVBReg钢钢是是500MPa500MPa级级的的多多元元低低碳碳贝贝氏氏体体钢钢，屈屈服服极极限限比比碳碳钢钢高高一一倍倍，有有良良好好的的综综合合机机械械性性能能。由由于于加加入入了了适适量量的的硼硼、稀稀土土，所所以以钢钢的的强强度度更更高高了了，符符合合我国资源情况。我国资源情况。18MnMoNbg18MnMoNbg钢钢也也是是500MPa500MPa级级的的低低合合金金钢钢，不不仅仅有有较较高高的的屈屈服服极极限限，而而且且耐耐热热性
37、性能也较高。能也较高。14CrMn 14CrMn MoVBgMoVBg钢钢的的屈屈服服极极限限很很高高，s s650650一一700MPa700MPa。该该钢钢又又加加入入强强化化元元素素铬铬，也也是是微微量量多多元元低低合合金金钢钢，不不仅仅强强度度高高，塑塑性性、韧韧性性也也较较好好，焊焊接接性性能能也也好好，并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。2023/2/232023/2/231717你现在浏览的是第十七页，共59页(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：锅锅炉炉设设备备中中的的燃燃烧烧室室、水水冷冷壁壁管管、过过热热器器、省省煤
38、煤器器、空空气气预预热热器器等等部部件件中中均有吹灰装置，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。吹吹灰灰器器工工作作的的时时间间很很短短，但但是是工工作作温温度度却却很很高高。吹吹灰灰管管应应能能保保证证用用到到五五年年以以上上，喷喷头头应应保保证证能能用用到到二二年年左左右右。所所以以要要用用具具有有高高的的抗抗氧氧化化性性能能和和较较高高的的高高温温强强度度的的材材料来制造。料来制造。燃燃烧烧室室的的吹吹灰灰器器，其其工工作作温温度度约约为为9001000，工工作作35min，又又放放回回到到原原来来的的250400的
39、的炉炉墙墙处处。高高温温过过热热器器区区的的吹吹灰灰器器工工作作温温度度约约800900；高高温温省省煤煤器器和和高高温温空空气气预预热热器器区区的的吹吹灰灰器器工工作作温温度度约约500550；低低温温省省煤煤器器和和低温空气预热器区的吹灰器工作温度小于低温空气预热器区的吹灰器工作温度小于450。由由于于布布置置在在不不同同部部位位的的吹吹灰灰器器工工作作温温度度不不同同，因因而而所所用用的的材材料料有有奥奥氏氏体体耐耐热热钢、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。钢、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。2023/2/232023/2/231818你现在浏览的是第十八页，共59
40、页用钢：用钢：燃燃烧烧室室、高高温温过过热热器器区区所所用用的的吹吹灰灰器器材材料料是是：Cr25TiCr25Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr131Cr13等等钢钢种种。Cr25TiCr25Ti钢钢具具有有很很高高的的抗抗氧氧化化性性能能及及抗抗晶晶间间腐腐蚀蚀的的能能力力，在在10001000左左右右耐耐热热不不起起皮皮，但但是是强强度度较较低低，焊焊接接性性能能也也不不好好，承承受受的的力力不不能能过过大大。lCr18Ni9TilCr18Ni9Ti钢钢及及1Cr131Cr13钢钢则则相相反反，具具有有较较好好的的热热强强性性和和其其它它机机械械性性能能，但但抗氧化性能
41、比抗氧化性能比Cr25TiCr25Ti钢差。钢差。当当温温度度小小于于450450时时应应尽尽量量采采用用低低合合金金钢钢、碳碳钢钢和和耐耐热热铸铸铁铁。如如2020钢钢表表面面渗渗铝铝或或渗渗铬铬后后可可具具有较好的抗氧化性能，能满足在这个温度范围内使用。有较好的抗氧化性能，能满足在这个温度范围内使用。2023/2/232023/2/231919你现在浏览的是第十九页，共59页(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
42、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，因因此此也也要要求求具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，应用的材料也不同。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，应用的材料也不同。Cr
43、20Ni14Si2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氏体钢作高温马钢来代替昂贵的高铬镍奥氏体钢作高温马夹和吊架。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，用作工作温度在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
44、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，工艺性能和高温性能良好，可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，可用作工作温度在用作工作温度在8501100的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中的耐热构件。的锅炉过热器吊架及其它锅炉设备中的耐热构件。2023/2/232023/2/232020你现在浏览的是第二十页，共59页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叶片的工作条件：叶片的
45、工作条件：叶叶片片是是汽汽轮轮机机中中将将汽汽流流的的动动能能转转换换为为有有用用功功的的极极其其重重要要的的部部件件。按按照照工工作作条条件件叶叶片片分分为为与与转转子子相相连接并一起转动的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)。不不同同功功率率的的汽汽轮轮机机中中，处处于于不不同同级级的的叶叶片片因因工工作作条条件件不不同同，动动叶叶与与静静叶叶具具有有各各种种不不同同的的结结构、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。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
46、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，蒸汽中所含的盐类、氧和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。凝结水滴的量是不同的。2023/2/232023/2/2321
47、21你现在浏览的是第二十一页，共59页汽汽轮轮机机在在工工作作过过程程中中，动动叶叶承承受受着着最最大大的的静静应应力力、动动应应力力及及交交变变应应力力。叶叶片片愈愈长长,转转子子的的直直径径与与转转速速愈愈大大，在在叶叶片片上上由由离离心心力力所所产产生生的的拉拉应应力力便便愈愈大大。当当有有围围带带或或拉拉筋筋时时,还还要要考虑由它们产生的离心力对叶片的影响。考虑由它们产生的离心力对叶片的影响。汽汽轮轮机机在在工工作作过过程程中中，叶叶片片和和拉拉筋筋的的振振动动具具有有重重要要的的意意义义。叶叶片片的的振振动动是是引引起起叶叶片片断型事故的重要原因。断型事故的重要原因。导导致致叶叶片片
48、振振动动的的总总的的原原因因，是是汽汽轮轮机机转转子子转转动动时时，作作用用于于叶叶片片上上的的周周期期性性激激振振力力，又称为扰动力。又称为扰动力。产产生生周周期期性性激激振振力力的的原原因因很很多多。因因出出汽汽道道汽汽流流压压力力沿沿节节距距的的不不均均匀匀分分布布所所引引起起的的周周期期性性激激振振力力，其其频频率率是是转转子子的的转转速速与与静静叶叶片片片片数数的的乘乘积积，称称为为高高频频激激振振力力。由由于于隔隔板板通通流流面面积积不不均均匀匀所所引引起起汽汽流流力力的的不不均均匀匀而而产产生生的的周周期期性性激激振振力力，其其频频率率等等于于转转速速或或转转速速的的简单倍数，简
49、单倍数，称为低频激振力称为低频激振力。如如果果激激振振力力的的频频率率落落入入与与叶叶片片自自振振频频率率相相同同的的共共振振频频率率之之中中时时，则则振振幅幅就就要要突突然然增增大大至至不不能能允允许许的的程程度度，从从而而使使叶叶片片产产生生过过大大的的应应力力。视视应应力力超超过过允允许许值值的的程程度度不不同同，在在经经过过一一定定的的时时间间之之后后，即即会会发发生生叶叶片片的的断断裂裂。汽汽轮轮机机动动叶叶的的设设计计和和计计算算是是以以汽汽轮轮机机在在运运行行过过程程中中没没有有这种危险的共振为条件的。这种危险的共振为条件的。2023/2/232023/2/232222你现在浏览
50、的是第二十二页，共59页1 1良好的常温和高温机械性能良好的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：2023/2/232023/2/232323你现在浏览的是第二十三页，共59页（二）气轮机叶片材料介绍（二）气轮机叶片材料介绍制制造造气气轮轮机机叶叶片片的的材材料料，主主要要是是含含铬铬13%13%的的铬铬不不锈锈钢钢几几含含铬铬约约12%12%并并加加入入少少量量钨钨、钼、钒、铌等合金