发电厂管道材料

举例： 20G－GB 5310 高压锅炉用无缝钢管 20G－ 20g－ 20g－GB 713 锅炉用钢板 20-GB GB3087 低中压锅炉用无缝钢管 2020 20A 20E GB 699 冶炼方式、化学成分、钢坯、尺寸公差、非金属夹杂、力学性能 指标、应变时效敏感性等 4 高温金属部件在运行中的组织老化与损伤 供货态的管道材料组织结构属于非平衡组织，在高温和应力作用 下，将逐渐向平衡态组织转变，性能逐渐劣化，即产生组织老化与损 伤。 4.1 碳化物的球化和碳化物的聚集 在高温长期应力作用下，钢中原来的珠光体（贝氏体）的片层状 渗碳体Fe 、（FeCr） 渗碳体Fe3C、（FeCr）3C（在合金钢中称合金渗碳体或碳化物）， 逐步改变自己的形状为球体的现象；球化后的碳化物继续增大自己的 尺寸，使小直径的球变成大直径的球，这就是碳化物的聚集。影响因 尺寸，使小直径的球变成大直径的球，这就是碳化物的聚集。影响因 素包括：温度、时间、应力、钢的化学成分、冷变形和晶粒度。 素包括：温度、时间、应力、钢的化学成分、冷变形和晶粒度。
2 钢铁材料的基本知识 2.1钢的成分、组织和性能之间的关系 2.1钢的成分、组织和性能之间的关系 电厂管道的使用寿命是由所采用的钢的性能和使用条件共同决定 的，只有二者相匹配的时候才有合理的使用寿命。钢的最终使用性能 是由成分和组织决定的。 2.1.1 铁碳平衡相图 反映了在平衡条件下，不同铁碳合金的成分、温度、组织之间的 相互关系，并表示了合金中相的组成、相的相对含量和相的变化过程。 C含量小于2.11％的Fe-C合金称为钢，C<0.25%称为低碳钢，电厂个管 含量小于2.11％的Fe- 合金称为钢，C<0.25%称为低碳钢，电厂个管 道用钢一般都是低碳钢。 铁素体是C在体心立方α Fe中的固溶体；奥氏体是C在面心立方γ 铁素体是C在体心立方α-Fe中的固溶体；奥氏体是C在面心立方γFe中的固溶体；Fe3C是Fe与C形成的一种金属间化合物。 Fe中的固溶体；Fe Fe与
5.2 钼钢 添加Mo，抑制Fe的扩散，提高再结晶温度、产生固溶强化效果。 添加Mo，抑制Fe的扩散，提高再结晶温度、产生固溶强化效果。 – 15MoG、16Mo 15MoG、 珠光体球化速度减小，但石墨化依然严重，使用温度不超过 500℃ 500℃ 。 5.3 铬钼钢 Cr的作用：提高抗氧化能力、形成（Fe,Cr)3C、Cr7C3、M23C6等合金 Cr的作用：提高抗氧化能力、形成（Fe,Cr) 碳化物，减缓C 碳化物，减缓C在铁素体中的扩散，抑制球化和石墨化；强化铁素体 基体。 12CrMo （0.5Cr0.5Mo）、15CrMo（ 1Cr0.5Mo）；P11、P12； 0.5Cr0.5Mo）、15CrMo（ 1Cr0.5Mo）；P11、P12； 13CrMo44 – 组织：铁素体＋珠光体 – 500-510℃、510-530℃的蒸汽管道 500-510℃ 510-530℃ 12Cr2MoG；10CrMo910；P22； 12Cr2MoG；10CrMo910；P22；STPA24 – 良好的加工工艺性能和焊接性能；持久塑性好；对热处理不敏感， 大截面组织均匀，热处理方式多（退火、正火+ 大截面组织均匀，热处理方式多（退火、正火+回火、淬火＋回火、 热轧＋回火）； – 回火贝氏体或铁素体＋贝氏体组织或珠光体； – 570℃以下的管道 570℃
3.2 国内外电厂管道无缝钢管钢号对照
类型 GB5310 ASME SA106/ SA335 106B/C P1 P12 P22 P23 P24 P91 P92 P122 P36 15NiCuMoNb5-6-4 15NiCuMoNb57CrMoVTiB10-10 7CrMoVTiB10X10CrMoVNb9-1 X10CrMoVNb9X10CrWMoVNb9-2 X10CrWMoVNb9X11CrMoWVNb9-1-1 X11CrMoWVNb9SUS410J3 TP 7CrWVMoNb9-6 7CrWVMoNb9STPA28 STPA29 16Mo 13CrMo44 10CrMo910 STPA24 EN 1021610216-2 P235GH JIS G3458 G3456 STPT 410 STPA12
4.2 石墨化（碳钢和低碳MO钢） 石墨化（碳钢和低碳MO钢） 石墨化就是耐热钢在运行中渗碳体分解为铁和游离石墨，在钢中形成 了石墨“夹杂”的现象。主要发生在碳钢和Mo钢中，碳钢450~700℃ 了石墨“夹杂”的现象。主要发生在碳钢和Mo钢中，碳钢450~700℃，钼 钢480~700℃。温度和合金元素、晶粒尺寸和冷变形。 480~700℃ 4.3 合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配 Cr、Mn、Mo尤其是Mo在基体中的含量逐渐降低，转移到碳化物中、 Cr、Mn、Mo尤其是Mo在基体中的含量逐渐降低，转移到碳化物中、 碳化物类型、结构、分布状态发生变化：碳化物量越来越多，颗粒变大。 4.4时效和新相形成 4.4时效和新相形成 耐热钢在服役过程中从组织的过饱和固溶体中析出一些新相导致性能 随时间发生变化的现象，时效过程中析出的一般是碳化物、氮化物和金属间 化合物，如P91中的Laves相、Z相等，WB36中的Cu相等。 化合物，如P91中的Laves相、Z相等，WB36中的Cu相等。 4.5 金属在高温下的氧化与腐蚀 电厂金属中涉及的氧化腐蚀问题很多，对电厂管道主要有外壁氧化、 蒸汽侧氧化、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
3 耐热钢 3.1 热强钢的发展 高温下工作的钢称为耐热钢，包括抗氧化钢和热强钢两大类，电 厂汽水管道用钢均是热强钢。耐热钢与热强钢间并不严格区分。 电厂用耐热钢按其晶格类型可以分为铁素体耐热钢和奥氏体耐热 钢两大类。我国沿用前苏联的体系又将铁素体型的耐热钢按正火态的 组织细分为珠光体、贝氏体、马氏体耐热钢。 电厂管道用钢导热性能差，管系推力大，抗热疲劳 性能差，影响机组启停灵活性, 性能差，影响机组启停灵活性,此外应力腐蚀敏感性高、无损探伤也 困难。 电厂管道用钢经历了碳钢－钼钢－铬钼钢－铬钼钒钢－9-12%Cr 电厂管道用钢经历了碳钢－钼钢－铬钼钢－铬钼钒钢－9 马氏体钢等几个发展阶段，合金化程度越来越高，使用温度也越来越 高。
2.2.2 高温下的变形与断裂 蠕变：材料在长时间的恒定载荷、较高的恒定温度下缓慢地产 生不能恢复的塑性变形的现象。 蠕变曲线分为蠕变减速阶段、蠕变 恒速阶段、蠕变加速阶段。 持久强度：在给定的温度T 持久强度：在给定的温度T下，达到规定的持续时间而不发生断 裂的最小应力，σ ，锅炉汽机材料一般规定的时间为10 裂的最小应力，στT，锅炉汽机材料一般规定的时间为105h。 持久塑性：持久强度试验断裂后试样的延伸率或断面收缩率，对管道 用钢一般要求3 5%。 用钢一般要求3-5%。 设计中是否考虑蠕变主要取决于温度，通常碳钢在300-350℃以 设计中是否考虑蠕变主要取决于温度，通常碳钢在300-350℃以 上，合金钢在400-450℃以上就应考虑蠕变问题。 上，合金钢在400-450℃以上就应考虑蠕变问题。 影响钢的持久强度的因素包括化学成分、冶炼方法、组织结构、 热处理工艺等 2.2.3 疲劳－动载荷下的失效 构件在变动载荷和应变长期作用下由于累积损伤而引起的断裂 现象，高温条件下的工作构件，承受高温疲劳或蠕变现象，高温条件下的工作构件，承受高温疲劳或蠕变-疲劳交互作用。
11Cr9Mo1W1VNbBN P911
3.3 电厂管道用钢的要求 使用温度下的高温强度 良好的高温组织稳定性 热疲劳性能和蠕变－疲劳性能； 可能要考虑蒸汽侧抗氧化性能； 优良的焊接性能 电厂管道用钢均为专用钢 – 钢的冶金质量分类 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） 优质钢（P 优质钢（P、S均≤0.035%） 0.035%） 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 特级优质钢（P≤0.025% 特级优质钢（P≤0.025% S≤0.015% ）对碳钢和合金钢要求略 有不同。 电厂管道用钢必须是专用钢，冶炼方式、对S、P、非金属夹 电厂管道用钢必须是专用钢，冶炼方式、对S 杂、各项性能都有特殊的要求. 杂、各项性能都有特殊的要求.
发电厂 管道材料
目 次
1 概述 2 钢铁的基本知识 2.1 钢的成分、组织和性能之间的关系 2.2 材料的力学行为 3 耐热钢 3.1 热强钢的发展 3.2 国内外钢号对照 3.3 电厂管道用钢的要求
目 次
4 高温金属部件在运行中的组织老化与损伤 4.1 碳化物的球化和碳化物的聚集 4.2 石墨化（碳钢和低碳Mo钢） 石墨化（碳钢和低碳Mo钢） 4.3 时效和新相形成 4.4 合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配 4.5 金属在高温下的氧化与腐蚀 5 典型钢种介绍 5.1 碳钢与碳锰钢 5.2 钼钢与铬钼钢 5.3 马氏体耐热钢 6 电厂管道的检验和监督
1 概述 火电厂管道作为热力系统中各个设备（锅炉汽轮机和辅助设备） 之间的联络管路，输送不同的介质。必须按照介质的温度和压力等使 用条件、材料的特性如焊接性能、加工工艺性能以及经济性来选择材 料，并在管道的设计、制造和运行中充分考虑到材料的特性。 火力发电厂金属材料选用依据DL/T 火力发电厂金属材料选用依据DL/T 715 火力发电厂金属材料选 用导则。
2.1.2 钢中的合金元素与杂质元素 有意识加入钢中改善力学、物理、化学性能的元素称为合金元素， 电厂管道用钢的主要合金元素有Cr、Mo、 电厂管道用钢的主要合金元素有Cr、Mo、V、W、Nb、Ni等； Nb、Ni等； 冶炼中带入常存的元素称为杂质元素，对钢的性能产生不利影响 的杂质元素为有害元素如S 的杂质元素为有害元素如S、P等。 2.1.3 钢的热处理 将金属及其合金加热到一定的温度，保温然后以一定的速率冷却， 使其组织结构发生变化，从而获得预期的性能（机械、加工、物理化 学性能）的操作工艺。 电厂管道用钢的最终热处理一般为正火＋回火，低碳钢有时在热 轧后直接使用，有时为了保证厚壁钢管的性能均匀采用淬火＋回火。 根据成分和冷却条件不同可分别得到铁素体、回火珠光体、回火贝氏 体、回火马氏体及其组合。 对某些合金在加热和冷却过程中一直保持奥氏体组织，不发生相 变，称为奥氏体钢，与此对应，按照欧美习惯珠光体、贝氏体、马氏 体耐热钢钢统称为铁素体耐热钢。