电厂金属材料论文

电厂金属材料论文 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

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汽包水冷壁材料及事故原因

摘要

随着电力工业的发展，在火电厂中大容量，高参数的锅炉和汽轮机机组逐渐增多，对电厂金属材料的要求也越来越高，由于电厂金属材料多数是在高温，高压和腐蚀介质作用的长期运行，会发生组织和性能的变化，甚至可能引起某些零部件的失效，零部件失效后往往会造成严重事故，直接影响火电厂的安全发供电。因此，本文就水冷壁，汽包的用钢及其要求分析事故发生的种类和原因

关键词：汽包水冷壁所用材料事故原因

1.水冷壁管用钢及其要求

水冷壁管：在锅炉运行时，水冷壁管和炉膛内火焰接触，燃料燃烧所产生的热量通过水冷壁管加热锅炉炉水。对水冷壁管金属来说，是用锅炉炉水冷却水冷壁管。在正常运行时，由于管内水流的冷却作用，其工作温度并不高，这种温度水平一般的耐热钢均能承受。

在水冷壁管的运行过程中，容易产生“垢下腐蚀”现象。其产生与锅炉给水的水质及锅炉运行工况有关，其中尤其是锅炉水质的好坏与水冷壁管的安全运行有密切相关。此外若燃煤中含硫量高，在运行过程中会出现水冷壁管的硫腐蚀，严重时会危及锅炉的安全运行，目前解决硫腐蚀的主要措施是用表面渗铝钢管作为水冷壁管。

对水冷壁管材料的主要要求有：水冷壁管金属具有一定强度（以使得管壁厚度不致于过厚，否则会影响加工与传热），传热效率高，有一定的抗腐蚀性能，工艺性能好（如冷弯、焊接等性能），在某些情况下还要求其热疲劳性能好（如在直流锅炉上）。2．汽包用钢及其要求：

主要用于制造重要的受压部件，即压力容器筒体如汽包，一般由钢板卷成两个半圆或圆筒，两头加上封头焊接而成。汽包处于中温（350℃以下）、高压状态下工作，它除了受较高的内压力外，还受到冲击、疲劳载荷、热应力、水和蒸汽介质的腐蚀作用。其运行时装有大量的有压力的饱和汽水，如果因其破裂而发生爆炸，则会发生厂毁人亡的灾难性事故。所以汽包是极其重要的，它的安全运行与许多因素有关，但材料的性能却是最重要的因素之一。在制造汽包过程中，钢板要经过各种冷热加工工序，如下料、卷板、焊接和热处理等，且汽包所处的温度是饱和蒸汽的温度，因而对汽包钢板有下列要求：

较高的强度（包括室温和中温强度），屈服强度和抗拉强度是设计决定许用应力的依据；

高压锅炉汽包一般采用400MPa以上强度级别的钢种；

良好的塑性和冷弯性能（下料和卷板等工艺的要求，加工时不易出现裂纹）；

室温冲击韧性和时效冲击韧性（因其运行温度正好处于时效过程进行得较为强烈的温度范围）；

较低的缺口敏感性，在锅炉制造中要在钢板表面开管孔和焊接管接头，造成应力集中；

良好的焊接性能（要求低的含碳量，以防止产生焊接裂纹和应力集中），良好的冶金质量（要求S和P等杂质和气体含量尽量低、较好的低倍组织，要求钢的分层、非金属夹杂、气孔、疏松等缺陷尽可能少，不得有白点和裂纹）。

汽包用钢均为低碳钢或低合金钢，均属于珠光体钢，这是由汽包的工作温度决定的。为减少汽包钢板的厚度，以适应高参数机组的发展要求，在低碳钢基础上加入少量合金元素如Mn、V、Mo、B、Nb、Re等成为低合金珠光体锅炉钢。

目前，按国家标准GB713-1997《锅炉用钢板》，共有7种：20g、22Mng

（SA299）、15CrMog、16 Mng、19Mng（19Mn6）、13MnNiCrMoNbg和12Cr1MoVg 等；其余标准中的钢板见表1。

表1 钢板

钢的种类钢号标准编号适用范围

工作压力（MPa）壁温（℃）

碳素钢 Q235-A, Q235-B GB700GB3274 ≤ -

Q235-C, Q235-D

15,20 GB710, GB711,GB13237 ≤ -

20R GB6654,YB(T)40 ≤≤450

20g GB713 ≤≤450

22g YB(T)41

合金钢 12Mng, 16Mng GB713,YB(T)41 ≤≤400

16MnR GB6654, B(T)40 ≤≤400

下面介绍一下比较重要、常用的锅炉汽包板材。

1）20g钢板：是锅炉上最常用的碳钢板。它有适当的强度和良好的塑性，还有良好的冶炼、制板、焊接、热处理和冷热成型等工艺性能。它的用途极广泛，主要用于工作温度≤450℃的中低压锅炉做锅筒及法兰、集箱端盖等件，但在大型锅炉中用量较少，主要用在压力较低的部位。国外相近牌号有德国的HⅡ、日本的SB42和俄罗斯的20K。其化学成分C≤，，，S≤，P≤；热轧或热处理后的强度水平σs≥185-245，σb≥380-530 MPa；塑性δ≥22-26。

2）19Mn6（P355GH、19Mng）钢板：是DIN17155标准中的钢号，其是在以前的

19Mn5的基础上调整了Mn含量，并将一些强化元素控制在较低的水平，以保持力学性

能与19Mn5相同，是C-Mn细晶粒低合金钢，其在EN10028中的牌号为P355GH。该钢具有良好的综合力学性能，其在500℃以下的高温力学性能优于碳钢；还具有良好的可焊性以及冷热加工等工艺性能。它主要用于代替22g和16Mng制造高压锅炉的锅筒和封头，在我厂的300MW锅炉的高压加热器和低压加热器制造中也得到应用；也可用于石油化工设备中的高压容器和其它焊接结构件。相近牌号有中国的GB713中的

19Mng、16Mng、美国的SA299、日本的SB49和俄罗斯的16гс。其化学成分，，，S ≤，P≤，Al≥，其余有少量限制了上限的合金元素；正回火态下强度水平σs≥300-310，σb≥510-610 MPa；塑性δ≥20。

3）SA299（22Mng）钢板：是ASME规范中的成熟钢号，为一种成分简单的碳-锰-硅钢，其化学成分和强度级别类似于我国的16Mng和德国的19Mn6，但含碳量更高。常温屈服强度不低于275MPa。该钢的力学性能稳定并有良好的塑性、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展的性能，缺口效应不敏感，钢板厚度方向力学性能也较为均匀。它有良好的冶炼、制板、焊接和成型工艺性能。它主要用于制造工作温度不高于400℃的300MW和600MW机组锅炉的汽包、下降管、弯头和下环形集箱。相近牌号有中国的GB713中的22Mng该钢在我厂应用较少，若今后我厂有300MW和600MW机组锅炉订货，要求按ASME规范制造，可选用此钢制造汽包等部件。其化学成分C≤，，，S≤，P≤，其余有少量限制了上限的合金元素；正火态（或轧态）下强度水平σs≥275-290，σb≥515-655 MPa；塑性δ≥20。

4）BHW35钢板：BHW35为德国梯森钢厂的钢号，是德国六十年代研制成功的可焊贝氏体型耐热结构钢；其在EN10028中的牌号为13MnNiMo54；我国将其移植到

GB713，牌号为13MnNiCrMoNb。它是一种添加有镍、铬、钼和微量铌（铌起细化晶粒并强化的作用）的细晶粒低合金钢。该钢有较好的综合力学性能，有较高的高温屈服点