[能源/化工]电厂用钢材的分类及牌号的表示方法-学习班

[能源/化工]电厂用钢材的分类及牌号的表示方法-学习班 第一节 电厂用钢材的分类及牌号的表示方法 一(电厂用钢的分类 1.按冶炼方法分类 (1)按冶炼设备的不同分为平炉钢，电炉钢，转炉钢。 (2)按脱氧程度分为镇静钢、半镇静钢、沸腾钢。 镇静钢脱氧较彻底，锅炉承压部件都用镇静钢。沸腾钢，脱氧不完全，钢中FeO较多，焊接时极易产生缺陷，在高温时，性能不稳定，锅炉承压部件禁止使用沸腾钢;压力容器视半镇静钢情况不同，有条件的选用。半镇静钢，介于镇静钢和沸腾钢之间，不得用于承压部件，锅炉的非承压构架可以使用。 2. 按化学成分分类 (1)碳钢 含碳量(C,)小于0.25%为低碳钢，含碳量(C,)在0.25,~0.60,之间为中碳钢，含碳量(C,)大于0.60%称为高碳钢。 (2)合金钢 合金元素总量小于5%时称为低合金钢;合金元素总量在5,~10%时，称为中合金钢;合金元素总量小于10%时，称为高合金钢。 按质量分类 3. (1)普通钢 按质量分为三种: 甲类钢—只保证机械性能， 乙类钢—只保证化学成分， 特类钢—保证机械性能和化学成分。 (2)优质钢 含硫量小于等于0.045%，含磷量小于等于0.040%，为一般优质钢。 含硫量小于等于0.020%，含磷量小于等于0.030%，为高级优质钢。 4.按金相组织分类 分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、马氏体钢、铁素体钢 5.按用途分类 分为锅筒用钢、受热面用钢、阀门用钢、紧固件用钢、容器用钢，还有其他非承压部件 用钢，如锅炉钢结构等。 二、碳钢的分类及编号 一)、碳钢的分类 1、按含碳量可分为 低碳钢:含碳量?0.25% 中碳钢:含碳量在0.25%~0.6% 高碳钢:含碳量,0.6% 2、按钢的质量可分为 普通碳素钢:钢中含S ?0.055%，P ?0.045% 0.040%，P ?0.040% 优质碳素钢:钢中含S ? 高级优质碳素钢:钢中含S ?0.030%，P ?0.035% 3、按钢的用途可分为 碳素结构钢 主要用于工程构件及机械零件，一般为低、中碳钢 碳素工具钢 用于制造各种工具、刀具、刃具、模具等，为高碳钢 二)、钢的编号及用途 1、普通碳素结构钢 甲类钢(A类钢):按机械性能供应，不保证化学成分。编号分为7级:甲1~甲7(或A1~A7)，钢号越大，强度越高、塑性越差。 乙类钢(B类钢):按化学成分供应，不保证机械性能。编号分为7级:乙1~乙7(或,1~B7)，含碳量越高。 特类钢(C类钢):既保证化学成分，又保证机械性能。编号分为4级:特2~特5(C2~C5)，很少使用，按客户要求供应。 2、优质炭素结构钢 0.8%，编号方法:用两位数字表示， 正常含Mn量的优质碳素结构钢:含Mn? 数字表示含碳量的万分数，如20、45等。 较高含Mn量的优质碳素结构钢:含Mn在0.7%~1.2%，编号方法:在正常含Mn量的优质碳素结构钢的后面加Mn表示，如20Mn、16Mn等 含S、P更低的成为高级优质碳素结构钢，在钢号后面加A。 3、碳素工具钢 含碳量一般在0.65%~1.3%，编号方法是用字母T(碳)加数字表示，数字表示含 碳量的千分之几，如T8、T12。钢号为T7~T13。 如为高级优质碳素工具钢，在在钢号后面加A，如T8A、T12A等。 三、合金钢的分类及编号方法 一)、合金钢的分类 1、按化学成分分类 按合金元素总含量的高低分为低合金钢(总量小于5%)、中合金钢(总量在5%~10%)、高合金钢(总量大于10%)。 按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼钢。 2、按用途分类 合金结构钢:普通低合金钢(用于建筑及工程结构钢);机器制造钢，分为渗碳钢、 调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。 合金工具钢:刃具钢、模具钢、量具钢。 特殊性能钢: 按其所具有的特殊物理、化学和机械性能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 二)、合金钢的编号方法 1、合金结构钢 编号:两位数字+元素符号+数字，前面两位数字表示平均含碳量的万分数，元素符号是指所含的合金元素，元素符号后面的数字表示合金元素在钢中平均含量的百分数。 例如12Cr1MoV、15CrMo、20Cr1Mo1NbTiB等 结构钢中，滚动轴承钢的编号有些特殊，钢号前加“G”字母，不标含碳量，标识所含合金元素的含量，如GCr15。 2、合金工具钢 编号:一位数字(或无数字)+元素符号+数字 前面的一位数字表示含碳量的千分数，其余的与合金结构钢的表示方法相同。如含碳量大于或等于1%，则用来表示含碳量的数字就省略。如9Mn2V。如元素符号后无数字，则表示该合金元素的含量小于1% 3、特殊性能钢 一般分为高合金钢和低合金钢 钢号编号方法与合金工具钢相似，如2Cr13、1Cr18Ni9Ti 4、锅炉用钢钢号表示符号的特殊意义 标有小写的“g”表示锅炉用钢板，如20g。 标有大写的“G”表示锅炉用无缝钢管，如20G。 标有大写的“R”表示容器用钢板，如20R,16MnR。 如汽包用钢20g，12Mng等，除氧器水箱用钢20R，16MnR等。 非电力部门使用的容器用钢，如12MnHP，“HP”表示焊接气瓶，16MnDR,“DR”表示低温容器等。 五、德国钢材钢号表示方法 DIN是德国工业(Deutsche Industria Norm)的标准代号，关于DIN标准的钢号表示方法有DIN17006系统和DIN17007系统两种，现以DIN17006为例作介绍。 1)按照强度的表示方法 ( 这种表示方法仅适用于非合金钢，钢号的主体由“st”(Stahl的缩写)字母和随后的抗 2拉强度值组成(单位为kgf/mm)组成，表示抗拉强度(R)的下限值;有的还标有?和?，m 表示级别，用斜线分开，?级表示用于低中压锅炉，?级表示用于高压、超高压锅炉，如 2st45.8/?表示R的下限为45.8kgf/mm(449MPa)，可用于高压、超高压锅炉。与我国GB5310m 中的20G相近。 (2)按照化学成分的表示方法 1)非合金钢 对于碳素钢来说，只有在使用时，当钢的其他性能比抗拉强度更重要，或钢材需用户自己进行热处理时(如渗碳钢、调质钢)，才采用按化学成分的表示方法。 它的钢号主体是由碳的符号“C”和表示平均碳含量万分之几的数字组成。必要时在主体前或钢号后加以缩写字母，来表示质量要求(硫、磷含量)、用途、熔炼方法等。 2)低合金钢和合金钢 钢号主体是由表示碳含量为万分之几的数字、合金元素符号和表示其含量的数字组成。合金元素采用化学符号来表示，并按其含量的多少依次排列;当含量相同时则按字母次序排列。 以合金钢为例，如果已知钢号，要确定各合金元素的含量，则应将含量百分数除以不同的系数，便可求得合金元素的平均含量。各合金元素的系数如下: Cr，Co，Mn，Ni，Si，W——除以,。 Al，Cu，Mo，Nb，Ti，V——除以10。 C，N，P，S——除以100。 如果计算结果带有小数，则实行四舍五入，变成整数。 例如:10CrMo910 P22 T22 10109 C=%=0.1%;Cr=%=2.25%;Mo=%=1%; 100410 196又如19Mn6: C=%=0.19%， Mn=%=1.5% 1004 )高合金钢 3 高合金钢即合金元素所含总量大于10%，在钢号首部加字母“,”，随后的数字除以100表示含碳量的百分数，其后为合金元素的符号，随后的数字表示合金元素的百分含量，不必除以任何系数。 10例如:X10CrNiTi1892，表示C=%=0.1%，Cr=18%，Ni=9%，Ti=2% 100 钢号中的含量都是平均值，欲知其含量范围，必须查阅技术标准。如果由于碳含量无关重要而不必注明时，则字母“X”也可省略。 六、日本钢材钢号表示方法 以日本工业标准(JIS)中的管材为例 (1)STPG××为350?以下承压部件用碳素钢管，××为R的下限值，例如STPG42m 2表示这种钢的R下限值为42kgf/mm(412MPa) m (2)STPT××用于350?以上的承压部件碳钢管，××表示R的下限值，单位是m 2kgf/mm。 (3)STBA××为合金钢管，××表示编号，其中STBA11-STPA12为钼合金钢管，STBA21-STBA26为铬钼合金钢管。 2(4)STB××为受热面碳钢管，××表示R的下限值，单位是kgf/mm。 m (5) SUS××为不锈钢，××为序号。 七、美国钢材钢号表示方法 (1)美国材料试验协会(ASTM)标准钢号表示方法 不直接表示成分和用途，一般在首部冠以字母“,”，接着表示序号数字和年号数字，这两个数字间用短线分开，表示实验性的钢号。如果再标以a或b，c，„表示修改的次数，前面这些仅是表示钢号标准号，在其后再标明具体钢号，例如， ,387-79bGr22C1.2，含义为:,表示以铁为基，387,序号，79,1979年，b,第二次修改，Gr,钢的类别，22,类别号，C1,等级，,,等级号。这个钢号的前半部分A387-79b表示压力容器用铬钼合金钢，后半部分为具体钢号，Gr22仅为其中的一个钢号，,表示供 货状态为正火，回火。 A213-76aTP304H，其中A213-76a为铁素体和奥氏体钢标准号，用于锅炉过热器和热交换器合金钢，TP304为钢号，TP表示类别，304为序号，,表示过热器和热交换器受热面钢管，平时常将A213-76aTP304H简单写为A213-TP304H，或简写为TP304H。 (2)美国机械工程师协会(ASME)标准 钢号表示方法基本上与ASTM相同，仅在ASME钢号前加一个“,”，例如SA299, SA213-76aTP304H等等。 还有“美国汽车工程协会标准”(SAE)“美国钢铁协会标准”(AISI)“美国铸造协会标准”(ACI)“美国政府标准”(FS)等。锅炉压力容器用钢，绝大部分用ASTM和ASME标准。另外，某些工业国家还有地区、集团、钢厂、厂商的标准、种类很多。 在工作中，若遇到不明钢号，可查阅有关资料，如《世界各国钢号手册》、《世界钢号大全》等。 第二节 受热面管、蒸汽管道钢材的选用 一(钢管工作条件及要求 1.过热器和再热器 (1)过热器和再热器用钢管工作条件 1)过热器用钢管工作条件 过热器的作用是将锅炉饱和蒸汽加热到额定过热汽温。过热器用钢管一般布置在烟气温度较高区域(1200?左右)，在高温压力长期作用下，即在产生蠕变的条件下工作的。 2)再热器用钢管工作条件 再热器的作用是将汽轮机高压缸排出的蒸汽，重新加热到较高温度，然后再送到汽轮机中压缸做功。一般是在超高压以上的锅炉中才有再热器装置，再热器管承受的工作压力较低，约为过热蒸汽压力的20,，它也是布置烟气温度较高区域，再热蒸汽的温度与过热蒸汽温度相近或相同，也是在高温压力长期作用下，即在产生蠕变的条件下工作的。 运行中，过热器管和再热器管的管壁温度高于管内介质温度约20~90?. 此外，由于过热器管和再热器管布置在炉内，还要承受高温烟气的腐蚀和烟气的磨损作用。 (2)过热器和再热器用钢管的要求 1)应具有足够高的蠕变极限、持久强度和持久塑性，并在高温下运行过程中具有相对稳定的组织。 2)具有高的抗氧化性能，所用钢材在工作温度下的氧化速度应小于0.1mm/a。 3)具有良好的冷热加工工艺性能和焊接性能。 2.水冷壁和省煤器用钢管工作条件及要求 (1)水冷壁和省煤器用钢管工作条件 1)水冷壁用钢管工作条件 水冷壁管用于吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使管内工质受热蒸发，完成加热和汽化过程，形成汽水混合物，并起保护炉墙的作用。运行中，由于管内水流的冷却作用，管子本身的工作温度并不高，但锅炉给水水质不好时，管子内壁容易产生垢下腐蚀，燃料中含硫量高时，管子外壁还会出现硫腐蚀，这些腐蚀都能影响锅炉的安全运行。 2)省煤器用钢管工作条件 省煤器的作用是利用锅炉排烟加热锅炉给水，以降低排烟温度，节约燃料。省煤器布置在锅炉烟气温度较低的区域，管内工质为温度不高的水，因此，其工作温度不高，但是温度波动较大，省煤器出口部分蛇形管容易产生疲劳损伤。此外，管子外壁在运行时还要受到烟气中飞灰颗粒的磨损作用。 (2)水冷壁和省煤器用钢管的要求 1)应具有一定的室温和高温强度，以使得管壁厚度不致于过厚，从而有利于加工并获得良好的传热效果。 2)具有良好的抗热疲劳性能和传热性能，以防因热疲劳或脉动疲劳损伤而导致过早的损坏。 3)具有良好的抗高温烟气腐蚀性能，并要求耐磨损性能、工艺性能良好、焊接性能良好。 3.蒸汽管道 (1)蒸汽管道的工作条件 蒸汽管道包括主蒸汽管道、导汽管和再热蒸汽管道，其作用是输送高温、高压过热蒸汽。运行中，蒸汽管道主要承受管内过热蒸汽的温度和压力作用，以及钢管重量、介质重量、保温材料重量、支撑和悬吊等引起的附加载荷的作用，管壁温度与过热蒸汽温度相近。即蒸汽管道是在产生蠕变的条件下工作的。此外，在锅炉启停和变负荷工况下，还要承受周期性变化的载荷和热应力的作用，即还承受低循环疲劳载荷的作用。 (2)蒸汽管道用钢要求 1)应具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性。 55蒸汽管道通常以10h或2×10h的高温持久强度作为强度的主要依据，再用蠕变极限进行校核。持久强度反映材料抗持久破坏的能力，蠕变极限反映材料抗长期变形的能力。材料的热强性高，可提高蒸汽管道运行安全性，还可以减少因管壁过厚给加工工艺带来的困难。 )在高温下、长期运行过程中应具有相对稳定的组织。 2 3)蒸汽管道的热加工和焊接的工作量很大，钢材应有良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。 二(选材原则 主要取决于工作温度。工作温度愈高，所用钢的合金元素含量愈高，钢材价格亦高，焊接性能亦随之变差，此时，应优先考虑钢材的热强性和组织稳定性。焊接性能变差可用改善工艺措施来补救。此外，由于蒸汽管道布置在炉外，且采用大口径钢管制造，一旦破裂，后果严重，故对同一钢号，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30~50?。 三(受热面管、蒸汽管道常用钢种 锅炉受热面管、蒸汽管道常用钢种的特性及其主要应用范围和类似钢号，如表3-5所示。 联箱常用钢种可参照蒸汽管道钢材的选用。 表3-5 锅炉受热面钢管和蒸汽管道常用钢号、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 CT20(前苏); 1.良好的工艺性能，无回火脆性 1.壁温?425?的20(20G) S20C(日) 2.在530?以下具有良好的抗氧化性蒸汽管道和集箱 GB699 1020(美);XC18(NF) 能 2. 壁温?450? GB5310 3.在470~480?下长期运行，会发生珠C22、CK22(德) 的受热面管 光体球化和石墨化 N2024(CSN) 1.成分最简单的低合金热强钢，其热强16М(前苏) 1.壁温?500?的15MoG 性和腐蚀稳定性优于碳素钢，工艺性 STBA12 (日) 蒸汽管道和集箱 能与碳素钢大致相同 (15Mo3、16Mo) 2. 壁温?530?STPA12(日) 2. 在500~550?下长期运行，会发生GB5310 的受热面管 A209-T1(美) 珠光体球化和石墨化 3.焊接性能良好，需预热和焊后热处A335-P1(美) 理 15Mo3(德) 12ХМ(前苏) 1.壁温?510?的 1.属低合金耐热钢，综合性能较好 12CrMoG 蒸汽管道 T2、P2(美) 2. 在480~540?下具有足够的热强性 GB5310 2. 壁温?540?12CrMo195(德) 和组织稳定性，无热脆性现象 的受热面管 15CD2(法) 1.冷加工性能和焊接性能良好，无石墨15ХМ(前苏) 化 1.壁温?510?的T12、P12(美) 15CrMoG 蒸汽管道和集箱 2. 在500~550?长期运行，会发生碳 13CrMo44(德) 化物球化 GB5310 2. 壁温?540? STBA22 (日) 的受热面管 3.在520?以下，有较高的持久强度和 STPA22(日) 良好的抗氧化性能 T22、P22(美) 1.壁温?570?的10CrMo910(德) 1.长期在高温下运行，会出现碳化物从 12Cr2MoG 蒸汽管道和集箱 铁素体基体中析出并聚集长大现象 STBA24 (日) GB5310 2. 壁温?580? 2.持久塑性比较好 STPA24(日) 的受热面管 HT8 1.在铬钼钢中加入少量的钒，阻止长期 1.壁温?540?的 高温下钼向碳化物中的转移，提高钢12ХМФ(前苏) 蒸汽管道 12CrMoV 的组织稳定性和热强性 14MoV63(德) 2. 壁温?570?GB3077 2.与12Cr1MoV钢相比:?550?时， 的受热面管(过热 其性能基本相同;>550?时，性能低 器管) 于12Cr1MoV钢 1.壁温?555?的1. 在钢中加入少量的钒，降低合金元12Cr1MoVG 12Х1МФ(前苏) 蒸汽管道和集箱 素由铁素体向碳化物中转移的速度， GB5310 13CrMoV42(德) 弥散分布的钒碳化物可强化铁素体基2. 壁温?570? 体 的受热面管 12Cr1MoV 2.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 3.工艺性能和焊接性能较好，但对热处 理的敏感性较大，常出现冲击韧 性不均匀现象 4.在500~700?回火时，有回火脆性现 象 5.长期在高温下运行，出现珠光体球 化及合金元素向碳化物转移，使热强 性能下降 1. 与12Cr1MoV钢相比，含钼量有所 提高，故热强性能稍高 A405-61T(美) 壁温?580?的蒸 15Cr1Mo1V 2. 在570?以下长期使用组织稳定 15Х1М1Ф(前苏联) 汽管道和集箱 3.具有良好的抗氧化性能，焊接性能 较好 1.属贝氏体无铬低合金热强钢，具有较 高的热强性，580?时的持久强度比壁温?580?的受12MoVWBSiXt 12Cr1MoV钢2.25%Cr-1%Mo钢高许 热面管(过热器管 (无铬8号) 多 和再热器管) 2.抗氧化和热加工良好，组织稳定性好 1.属贝氏体低合金热强钢，用于代替高 12Cr2MoWVTiB 合金奥氏体铬镍钢 壁温?600?的受12Х2МФCP(前苏) (钢102) 热面管(过热器管2.具有良好的综合机械性能、工艺性能 和再热器管) 和相当高的持久强度，抗氧化性能良GB5310 好，组织稳定性好 12Cr3MoVSiTiB 1.属贝氏体热强钢,在600?有足够高壁温?600?的受 的持久强度，无热脆倾向，组织稳定热面管(过热器管(Π11) 性好 和再热器管) GB5310 2.为保证有较好的高温性能，回火温度 不宜过高(?710?)。工艺性能稍差 1.壁温540~560?1.属12,Cr型马氏体热强钢，具有良HT9 的蒸汽管道和集好的耐热性能，热强性能低于钢102X20CrMoV121 箱 1Х12В2МФ 和Π11 (F12) 2. 壁温?610?(前苏) 2.抗氧化能力可达700?，但工艺性能的过热器管 DIN17175 X20CrMoWV121 较差，在锻造轧制和焊接时易产生裂 3. 壁温?650?(F11，德) 纹 的再热器管 1.属中铬贝氏体钢 10Cr5MoWVTiB STPA25(日) 壁温630~650?的2.具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性和 再热器管 (G106) 组织稳定性。热强性能较高，工艺性T5、T5C(美) 能良好 T9、P9(美) 1.属马氏体型耐热钢，抗氧化的抗腐蚀 性能优于低合金钢，但钢的热强性能STBA26、STPA26 (日) 壁温?650?的再 1Cr9Mo1 低于12Cr1MoV钢 热器管 X12CrMo91 (德) 2.焊接性能差，且有空淬现象 HT7 1. HCM9M是9Cr-2Mo型铁素体钢 2.具有高的抗氧化和抗高温蒸汽腐蚀 壁温?620?的亚性能，并具有更高的热强性和组织稳1Cr9Mo2 临界、超临界锅炉定性。 HCM9M(日) 过热器管、再热器 在550?时，该钢的许用应力比管、集箱和导汽管 2.25%Cr-1%Mo钢、9Cr-1Mo钢高， 但比奥氏体不锈钢低 3.焊接性能较好，冷弯后需进行热处理 1.是美国在9Cr-1Mo钢基础上添加微 量V、Nb，调整Si、Ni和Al添加量1.壁温?600?的X10CrMoVNb91(德) 后形成的超9Cr钢 蒸汽管道和集箱 10Cr9Mo1VNb TUZ1OCDNV92(法) 2.高温强度优异，抗氧化和抗蒸汽腐蚀2. 壁温?650? (GB5310) SA213-T91(美) 性能与在9Cr-1Mo钢相当 的受热面管(过热 SA335-P91(美) 器管和再热器管) 3.在550?以上，其设计许用应力为 2.25Cr-1Mo钢、T9钢的两倍 大型锅炉的再热 SUS304 HTB (日) 1.属各国通用的18-8型铬镍奥氏体不器管、过热器管及 1Cr19Ni9 锈热强钢 蒸汽管道。 SUS304 HTP (日) GB5310 2.钢的热强性能、耐腐蚀性能和焊接性用于锅炉管允许TP304H(美) 能良好，冷变形能力非常高 的抗氧化温度12Х18Н9(前苏) 705? 大型锅炉的再热1. 属各国通用的奥氏体不锈热强钢 器管、过热器管及SUS316 HTB (日) 2.由于钢中含2,~3,的钼元素，对各蒸汽管道。 0Cr17Ni12 Mo2 种无机酸、有机酸、碱、盐类的耐腐SUS316 HTP (日) 用于锅炉管允许蚀性和耐点蚀性显著提高 TP316H(ASME) 的抗氧化温度 3.在高温下具有较高的蠕变强度 705? SUS321 HTB (日) 1. 属用钛稳定的铬镍奥氏体不锈热强 SUS321 HTP (日) 钢 0Cr17Ni12Ti 同上 TP321H(ASME) 2(组织较稳定，并具有较高的热强性 能和持久断裂塑性 12Х18Н12T(前苏) 1Cr19Ni11Nb SUS347 HTB (日) 1. 属用铌稳定的铬镍奥氏体不锈热强 同上 钢 GB5310 SUS347 HTP (日) TP347H(ASME) 2.热强性能高于18-8型TP304H钢 3.具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能，X10CrNiNb189(德) 在碱、海水和很多种酸有很好的耐腐 蚀性 1. “超级9Cr ”钢，其化学成份为 1964 年，法国电9Cr-2Mo ，并添加了Nb 、V 等合金元 力公司批准EM12素 EM12 钢管可用于2.代替过去使用的不锈钢管。 (9Cr-2MoVNb ) 620 ?的过热器3.该钢种是二元结构，冲击韧性差，和再热器， 后来未得到广泛应用 1.HCM2S是在T22的基础上，吸收了钢 102的优点改进的，600?的强度比T22壁温?600 ?的 2.25Cr-1.6WVNb 高93,，与钢102相当， 过热器、再热器管 T24 (7CrMoVTiB10-10 ) (HCM2S ) 2.由于C 含量降低，加工性能和焊接壁温?600 ?的性能优于钢102 ，可以焊前不预热，联箱 焊后不热处理 1.在T ,P91 钢的基础上加1.5%, 2.0%的W ，降低了Mo 含量，大大 可取代超临界和增强了固溶强化效果 超超临界锅炉中9Cr-0.5Mo 2.采用控轧控冷技术，改良了轧制工SA213-T92(ASME) 的奥氏体过热器、 -2WVNb 艺，使钢材的高温稳定性方面上了一 再热器，并可用于SA335-P92(ASME) 个档次 (NF616) 壁温?620 ?时3. 600 ?许用应力比T91 高34 ,，的主蒸汽管 达到TP347 的水平，是可以替代奥氏 体钢的候选材料之一 12Cr-0.4Mo SA213-T122(ASME) 1. 在德国钢号X20CrMoV121的基础替代奥氏体管材上改进的12%Cr 钢，添加2 ,W 、用于超临界、超-2WcuVNb SA335-P122(ASME) 0.07%Nb和1%Cu ，固溶强化和析出(超)临界锅炉的(HCM12A) 强化的效果都有很大增加 过热器、再热器和 主蒸汽管 2. 600 ?和650 ?的许用用应力分别比F11钢 提高113%和168 ,，具有更高的热强性和耐蚀性 3. 在650 ?以下时，蠕变强度高于SUS347H 4. 蒸汽氧化性能和抗高温腐蚀性能优于9%Cr 钢 5. 其热传导性比奥氏体钢好，热膨胀系数小，氧化垢不易剥离 1.通过对12Cr-W-Co 钢的研究，表明高的钨和低的碳含量能够提高蠕变断计划用于11Cr-3W- 11Cr-2.6W- 裂强度，而且Co 的存在可以避免δ34.3MPa 、650 ?2.5CoVNbB 3CoVNbTaNdN 铁素体的形成 的超(超)临界锅 (NF12) (SAVE12) 炉中 2. 蠕变断裂强度高于P92 、P91 和F12 钢 第三节 汽包钢材的选用 汽包(又称为锅筒)是锅炉中最大、关键的受压元件，其作用是实行汽水分离，保证正常的水循环;除去盐分，获得良好的蒸汽品质;负荷变化时起蓄热和蓄水作用。 一(汽包工作条件 1.汽包是在一定的温度和压力下进行工作的，由于锅炉的设计参数不同，汽包的工作压力、温度也不同，随着锅炉蒸汽出口压力和温度的提高，汽包的工作压力、温度不断提高。一台蒸发量为400t/h的锅炉(10.0MPa表压、540?)，汽包的工作压力为11.23MPa，工作 ?/540?)，汽包的工作压力温度为320?;蒸发量为670t/h的锅炉(14.0MPa表压、540 为16.0MPa，工作温度为350?;蒸发量为1021t/h的锅炉(18.6MPa表压、540?/540?)，汽包的工作压力为20.0MPa，工作温度为364?。 汽包承受水、蒸汽的腐蚀作用。 2. 3.汽包的启动和停炉时，由于水位的波动，在汽包汽水交界处存在温度的交变，产生较大的热应力，可能引起疲劳裂纹的产生。同时在启停时，汽包存在温度的变化，在管孔周围由于这种温度的变化而产生热应力，再加上低周疲劳以及应力集中的作用，也可能引起裂纹的产生。 二(汽包的安全性 由于选材、结构设计的不合理，冶金和制造质量欠佳，以及运行不当等原因，使得汽包某一局部区域的强度和塑性、韧性等力学性能降低，而产生破裂。这时，汽包内部高压工质与大气相通，引起内部工质剧烈地沸腾，压力骤然上升产生“爆炸”。从热力学的角度来看，汽包爆炸是个绝热过程，同外界没有能量交换，这样的爆炸事故，撕裂了汽包，摧毁其邻近设备和建筑物，造成人身伤亡，其破坏性极大。 三(汽包用钢的要求 1.冶炼方法和冶金质量 (1)采用平炉、电炉、真空冶炼、真空自耗电极冶炼等方法。真空冶炼、真空自耗电极冶炼的钢质量远高于平炉、电炉。 (2)镇静钢 (3)优质或高级优质钢。使钢中P、S、Cu、As、Sn及Pb等有害杂质元素的含量尽可能地减少，从而保证钢的纯净度。 (4)钢应具有良好的低倍组织，要求钢的分层、非金属夹杂物、气孔及疏松等缺陷应在标准的规定之内，并力求减少到最低限度;不允许有白点和裂纹。 2.较高的室温和中温强度 在设计汽包时，钢的室温、中温强度作为确定许用应力的依据。一般来说，按照我国和西欧等一些国家的习惯，对低、中压锅炉汽包选用强度级别较低的钢种;高压、超高压、亚临界锅炉汽包，则选用强度级别高的钢种。而美国的习惯，无论那类锅炉汽包，一般均采用强度较低的C-Mn钢进行设计。 3.良好的塑性储备和小的缺口敏感性 制造汽包用的钢板，需进行下料、卷板等工序，故要求钢有较好的塑性和冷弯性能。汽包在制造过程中，钢板表面还要开孔和焊接管接头，会在局部区域造成应力集中，钢板应有良好的塑性，以减少对应力集中的敏感性。根据近代断裂力学的观点，任何材料都不是完美无缺的，汽包钢板的冶金和焊接缺陷，都是造成裂纹扩展的策源地，因此要求汽包钢板具有较高的断裂韧性，以提高其对裂纹扩展的阻力。 4.良好的可焊性 汽包制造过程中，要进行许多焊接工序，，诸多的焊接接头的质量和性能的好坏，对产品的安全可靠运行产生重要的影响，因此，要求汽包用钢对各种焊接工艺有很大的适应性，其形成各种焊接裂纹的敏感性要小，这样才能使得焊接质量符合预期的要求。 5.较小的时效敏感性 钢材经冷加工后，在室温或较高的温度下，冲击韧性随时间的增加而不断地下降，在200~350?区间内，这个过程进行得尤为激烈;而汽包的工作温度正是在这一温度区间内，因此，要求汽包用钢应有较小的时效敏感性。一般要求冲击值的下降率不大于50,或者下 2降后的冲击值不小于29~34J/cm。 四(汽包用钢及其应用范围 汽包用钢可分为优质碳素钢和普通低合金钢两大类。碳钢主要以低碳钢为主，其次是中碳钢，普通低合金钢主要以碳-锰钢为主，其次是在基础上，单独或复合加入一种或几种合金元素，如Cr、Ni、Mo、V及Nb等，便形成C-Mn-Mo、C-Mn-Ni-Mo、C-Mn-Mo-V、C-Mn-Mo-Nb、C-Mn-Mo-Cr-Ni-V等各种系列的钢种。 1.国内常用钢种及应用范围 国内汽包常用钢种、强度级别及建议应用范围，如表3-6所示。 表3-6 国内常用汽包用钢及应用范围 钢种及 特 性 强度级别 应用锅 应用使用 技术条件 R(MPa ) 炉类型 温度(?) eL 低压小 A3 215 ?450 型锅炉 低、中 钢的塑性、韧性及焊接性能均较好，但对应变245 20g(GB713) ?450 压锅炉 时效较为敏感，强度不高。该钢板以热轧状态 交货，必要时进行890~920?正火处理 265 22g(GB713) 中压锅炉 ?450 各种性能均较好，厚度小于16mm的钢板，焊 ?5.9 MPa12 Mng前可不预热。用于代替20g钢可节约金属约 295 ?400 低、中压锅(GB713) 17,，一般情况下，钢板以热轧状态交货，必 炉 要时进行900~920?正火处理 具有良好的综合机械性能、工艺性能和焊接性 能，缺口敏感性比碳钢大，疲劳强度较低。一?5.9 MPa16 Mng 345 ?400 般情况下，钢板以热轧状态交货，必要时进行低、中压锅(GB713) 900~920?正火处理，可显著提高韧性，并降炉 低脆性转变温度 具有良好的综合机械性能和焊接性能，缺口敏 感性和时效敏感性较大。与16 Mng钢相比，中、高 15 MnVg 390 ?400 冷脆倾向稍大，为改善钢的韧性，降低脆性转 (GB713) 压锅炉 变温度，应进行940~980?正火，600~650? 消除应力退火 具有良好的综合机械性能，但对热处理工艺较 为敏感，尤其对冲击韧性和延伸率影响较大，高压、超 14 MnMoVg 490 ?500 特别适合生产厚度在60mm以上的厚钢板，一 (GB713) 高压锅炉 般经960~980?正火，630~650?回火下使用。 生产中应防止产生白点和夹层缺陷 热强性能较好，屈服比较高，焊接性能好，但 正火加回火状态下的机械性能不够稳定，与14 高压、超 18 MnMoNbgMnMoVg钢相比，常出现强度、塑性、韧性不 490 ?500 (GB713) 能同时满足技术条件要求的情况。大锻件及特高压锅炉 厚板有白点倾向，焊前须经200~250?预热， 焊后应采取后热去氢措施 高压、超 是在调整BHW35钢中镍铌含量的基础上研究 13 MnNiMoNb 390 高压、亚 ?500 成功的国产钢种，其各项性能指标均已达到 BHW35钢水平 临界锅炉 2. 国外常用钢种及应用范围 国外某些工业发达国家锅炉汽包用某些常用钢种及应用范围，如表3-7所示。 表3-7 国外一些常用汽包用钢及应用范围 强度级别 应用锅 应用使用 国钢种及技术 钢系 特性 别 标准 R(MPa ) 炉类型 温度( ?) eL SB42 低、中压 255 类同20g ?450 JIS G3103 锅炉 SB46 低、中压 245 碳钢 类同22g ?450 JIS G3103 锅炉 SB49 中、高压 265 近似于16 Mng ?450 JIS G3103 锅炉 日 本 SV41 类同12 Mng 中压锅炉 JIS C-Mn SPV36 类同16 Mng 中压锅炉 JIS A302B 高压、超高C-Mn- 315 ?450 压锅炉 Mo ASTM C-Mn- A302C 超高压、亚 345 ?450 临界锅炉 Ni-Mo ASTM 20K 低、中压 245 碳钢 类同20g ?450 ГOCT5520 锅炉 22K 中、高压 265 碳钢 类同22g ?450 ГOCT5520 锅炉 前10Г 苏类同12 Mng ГOCT 联 C-Mn 16ГC 类同16 Mng ГOCT C-Mn- 16ГHM 高压、超高 325 近似13 MnNiMo54(BHW35) ?500 压锅炉 Ni-Mo ГOCT A30 A285GrB A414GrB 低、中压 类同20g ?450 ASTM 锅炉 碳钢 A515Gr60 美 225 国 ASTM A285 Gr 类同22g 中压锅炉 A414 Gr A678 Gr?A 中、高压 类同16 Mng C-Mn ASTM 锅炉 A299 机械性能稳定，高温抗拉强度 高、超高ASTM 较高，冲击韧性较好，脆性转 295 ?400 压、亚临界 变温度低于-30?，焊前预热SA299 锅炉 温度低(150?) ASME A302 Gr?B 近似于14 MnMoVg ASTM H? 低、中压 255 类同20g ?450 DIN17155 锅炉 碳钢 H? 类同22g 中压锅炉 DIN 类同12 Mng 中压锅炉 13Mn6 中、高压 类同16 Mng 17Mn4 锅炉 冶炼、热加工性能及焊接性能C-Mn 德 19 Mn5 良好，断裂韧性和低循环疲劳国 中、高压 314 性能也较好。钢板的正火温度?400 19 Mn6 锅炉 为890~950?，消除应力退火DIN17155 温度为520~580? 是含锰、镍和钼元素，强韧性 配合良好的低合金钢，组织稳13MnNiMo5高、超高 C-Mn-Ni定，具有良好的综合力学性能4 392 压、亚临界?500 -Mo-Nb 和工艺性能。一般经 锅炉 (BHW35) 890~950?正火，580~690?回 火下使用，属低合金贝氏体钢 第四节 其它锅炉部件选材 一(阀门用钢 锅炉阀门按用途分类有截断阀、调节阀、止回阀、分流阀及安全阀等，阀门是由许多零件所构成的，本书主要介绍阀体、阀杆、阀瓣和阀门弹簧等零件用钢。 阀体用钢 1. (1)阀体用钢的工作条件及要求 阀体是阀门的主要受压零件，并承受介质的温度、腐蚀、管道和阀体的附加作用力的影响。因此要求阀体材料应具有足够的强度和韧性，良好的工艺性及耐介质的腐蚀性能。 (2)电站锅炉阀门阀体用钢 电站锅炉阀门阀体用钢主要是铸钢，常用的铸钢如表3-8所示。 表3-8 电站锅炉阀门阀体常用铸钢 钢号 特 性 主要应用范围 ZG25 冶炼、铸造性能很好，焊接性能良好，一般焊前不预热 高、中压参数机组 ZG20CrMo 冶炼、铸造性能较好，焊接性能较好 最高使用温度500~520? ZG20CrMoV 可焊性较差 最高使用温度540? ZG15Cr1Mo1V 综合性能较好的低合金热强铸钢 最高使用温度570? 2.阀杆和阀瓣用钢 (1)阀杆和阀瓣用钢的工作条件 阀门中的阀杆和阀瓣在运行时，要承受一定的压力和温度的蒸汽介质的作用，润滑剂和填充材料的腐蚀作用及水汽的冲蚀作用。在阀门开启过程中还要承受拉、压、扭转及磨擦的作用。 (2)阀杆和阀瓣用钢的要求 1)长期在工作温度影响下，钢应有一定的强度和韧性，并要求钢的组织有足够的稳定性。 2)零件表面应抗磨性能好，且有较好的抗磨擦性能。 3)零件表面应能耐润滑剂和填充材料的腐蚀作用，水汽的锈蚀作用及冲蚀作用。 (3)常用阀杆和阀瓣用钢 锅炉阀门常用阀杆和阀瓣用钢的选用，如表3-9所示. 表3-9 阀杆和阀瓣用钢的选用 钢 种 最高使用温度(?) 用 途 35(氮化) ?350 中低压阀门阀杆 40Cr(镀铬) ?450 高、中压阀门阀杆 2Cr13 ?450 高、中压阀门阀杆 3Cr13 ?450 高、中压阀门阀瓣 38CrMoAlA(氮化) ?540 高中压阀门阀杆、阀瓣 25Cr2MoV ?510 高压阀门阀杆 25Cr2Mo1V ?550 高压阀门阀杆 20Cr1Mo1VNbB ?570 高压、超高压阀门阀杆 20Cr1Mo1V1A ?570 高压、超高压阀门阀杆 3.阀门弹簧用钢 (1)弹簧工作条件及要求 阀门弹簧主要是螺旋弹簧，在弹簧工作时，弹簧要承受较高的温度(?450)和扭转应 力，同时弹簧还要与高温蒸汽和水接触。根据弹簧的工作条件，则要求弹簧应具有下列性能: 1)在?450?温度下具有较高的弹性极限和较好的抗松弛性能。 2)具有一定的抗蒸汽和水的腐蚀能力。 3)具有高的疲劳极限。 4)具有良好的工艺性能。 2)阀门常用的弹簧钢 ( 目前，锅炉阀门常用的弹簧钢及最高工作温度如下: 60Si2MnA:最高工作温度为300? 50CrVA:最高工作温度为400? 30W4Cr2VA:最高工作温度为500? 二(锅炉压力容器用钢 锅炉压力容器所用的钢材，必须选用正确，这是保证锅炉压力容器长期安全运行的重要条件之一。对锅炉压力容器常用金属材料的选用，如表3-10所示。 表3-10 板 材 适用范围 钢的种类 钢号 标准编号 工作压力(MPa) 壁温(?) 20R1 GB6654 ?5.9 ?450 碳素钢 ?20g,22g GB713 ?5.9 ?450 12Mng，16Mng GB713 ?5.9 ?400 合金钢 ?16MnR GB6654 ?5.9 ?400 ?应补做时效冲击试验合格。 ?制造不受辐射热的锅筒时，工作压力不受限制。 三(吊杆用钢 我国生产的锅炉大多数采用悬吊式结构，即锅炉本体主要重量悬吊在锅炉构架顶端梁上，整个炉体象一个鸟笼悬吊在顶梁上。锅炉各部件都是通过吊杆装置悬吊在顶梁上，吊杆所吊的部件主要有水冷壁、汽包、过热器、再热器、省煤器、受热面管集箱、空气预热器、蒸汽管道、煤粉输送管道及烟道等。 吊杆结构形式主要有铰链吊杆、锻造吊杆、焊接吊杆、螺纹吊杆、U型吊杆等，吊杆装置一般包括吊杆、耳板、塔板、销轴、垫圈、螺母等零件。 1.锅炉吊杆用钢的工作条件及要求 由于锅炉本体各部件均是通过吊杆悬吊在锅炉顶梁或立柱上，吊杆本身承受较大的拉应力，不同部位的吊杆其工作温度也不同。所以吊杆用钢的要求如下: (1)应具有较高的强度; (2)具有较好的焊接性能; (3)具有较好的冷加工工艺性能; (4)具有较低的缺口敏感性; (5)具有一定的耐腐蚀性。 2.锅炉吊杆常用钢种 吊杆常用钢种的最高温度及用途如表3-11所示。 表3-11 吊杆常用钢种的最高温度及用途 钢 种 最高使用温度(?) 主 要 用 途 20 ?350 汽包、集箱及各受热面等吊杆 35 ?400 集箱、管道等吊杆 SA675 Gr70 ?410 汽包、集箱等吊杆 35CrMo ?450 顶棚集箱等吊杆 12Cr1MoV ?500 顶棚集箱、蒸汽管道等吊杆 SA182 F11 ?550 顶棚集箱、蒸汽管道等吊杆 四(锅炉受热面固定件和吹灰器用钢 1(锅炉受热面固定件及吹灰器对金属材料的要求 (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。 (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。 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如表3-12所示。 表3-12 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 主要应用 钢号与技术条件 特 性 类 似 钢 号 范围 属马氏体型耐热钢，热强性能不高。在 12CrMo195(WNr1.7362) 550?以下，在含硫的氧化性气氛中和热石油 ?650?1Cr5Mo STBA25(JIS G3462) 介质中，具有良好的耐热性和耐蚀性。该钢可 的锅炉吊 焊性差，焊后应缓冷，并经850?高温回火，GB/T 1221 15X5M(ГOCT 20072-74) 架 用以改善焊缝性能。此钢在650?以上开始剧502(ASTM、AISI) 烈氧化，但仍有一定的热强性 属马氏体型耐热钢，在800?有较好的抗氧 化性。与1Cr5Mo钢相比，含Si量多1.5%， 使钢的回火脆性倾向增大，零件在高温下长时 工作温度间工作时会产生脆性破断。该钢在含硫的氧化 ?700?性气氛中和热石油介质中的抗腐蚀性能很好。 1Cr6Si2Mo 的锅炉吊X6CM(ГOCT 5632-61) 经正火、回火热处理后有较高的持久强度和蠕 架及省煤变强度。该钢有空淬现象，热加工后，如冷却 器管夹 过快，会发生裂纹，应缓冷。可焊性差，可采用电焊，不宜气焊，焊前须预热到300?, 400?，焊后进行750?回火处理 属马氏体型耐热钢。在800?以下有良好的 工作温度SUH1(JIS G43111988) 抗氧化性;低于650?有较高的热稳定性和热4Cr9Si2 ?800?强性。该钢可焊性差，小截面零件经较高温度40X9C2(ГOCT 5632-71) 的锅炉吊GB/T 1221 预热后可进行焊接，焊后需进行退火或调质处Z45CS9(NFA35) 架 理 属铁素体型不锈耐酸钢。该钢在700?,800? 工作温度空冷状态下具有良好的抗晶间腐蚀性，在 ?1000?SUH446(JISG4312-1984) 1000?左右耐热不起皮，具有良好的抗氧化 1Cr25Ti 的锅炉吊性。该钢的塑性和韧性好，但强度较低，热脆15X25T(ΓOCT5632-72) 架及吹灰性倾向大，长期运行后韧性很快降低，因此， 器 运行中不宜受冲击载荷。焊接性能较差 都是Cr-Ni奥氏体型耐热钢。1Cr20Ni14Si2钢 工作温度的最高抗氧化使用温度为1000?，其氧化腐蚀X20CrNiSi2012(W-Nr 为1Cr20Ni14Si2 率:900?时为0.1mm/a，1100?时为1.1mm/a。1.4828) 1000?, 1Cr25Ni20Si2 由于1Cr25Ni20Si2钢Cr、Ni含量比 1100?的20X20H14C2(ГОСТ 1Cr20Ni14Si2钢高，抗氧化性更好，最高抗氧GB/T 1221 锅炉吊563272) 化使用温度达1100?，且抗疲劳性能较好，组 架、夹马 织稳定。1Cr20Ni14Si2钢在600?,800?有析 出σ相的脆化倾向，可焊性较好 属Cr-Mn-N系奥氏体型耐热钢。具有较好的抗工作温度 3Cr18Mn12Si2N 氧化性、抗硫腐蚀和抗渗碳性。该钢有时效脆?950? 性倾向，但时效后，在高温下仍有较高的韧性。的锅炉吊GB/T 1221 室温和高温性能优于1Cr20Ni14Si2钢 架和夹马 属Cr-Mn-Ni-N系奥氏体型耐热钢。该钢具有 较好的高温强度和高温塑性、良好的抗氧化 性、抗渗碳性和耐急冷急热的热疲劳性能。在工作温度 2Cr20Mn9Ni2Si2N 融盐中也有较好的耐蚀性。可焊性好，焊接裂?1000? 纹敏感性小，可用各种焊接方法焊接，焊前不的锅炉吊GB/T 1221 需要预热，焊后不需要热处理。该钢有冷加工架 硬化倾向。该钢在700?,800?时，由于析出碳化物和σ相，会使冲击值明显下降 属Fe-Al-Mn系双相型耐热钢。在850?具有良 好的抗氧化性，在含硫气氛中有较好的耐蚀 工作温度性。与常用的高铬铁素体型耐热钢相比，有较 ?850? 2Mn18A15SiMoTi 高的组织稳定性和较小的时效脆性倾向。厚度 的锅炉吊?6mm的扁钢，可进行冷冲压成型、冷剪;厚 架 度?6mm的扁钢，应该用热冲压成型。焊接性能尚可，焊前可不预热 第四章 汽轮发电机主要部件钢材的选用 第一节 汽轮机叶片选材 一(叶片的工作条件 汽轮机叶片分为静叶片和动叶片;动叶片分为汽轮机高压转子前几级与低压转子未几级，两处叶片的运行条件差异很大，未级叶片工作温度小于100?。 汽轮机叶片担负着将蒸汽的热能转换为机械能的作用，工作条件极其复杂。 运行中转子高速度旋转时，由叶片的离心力引起拉应力，叶片各个截面的重心不在同一直线上或叶片安装位置偏高，叶轮辐射方向所产生的弯曲应力，由蒸汽流动的压力造成叶片的弯曲应力和扭转应力，都传递到叶根的销钉孔或根齿，还会产生剪切和压缩应力。由于机组的频繁启停、气流的扰动、电网频率的改变等因素的影响，叶片承受交变载荷的作用。 另外，转子平衡不好，隔板结构和安装质量不良，个别喷嘴损坏等，会引起叶片振动的激振力。处于湿蒸汽区的叶片，特别是末级叶片，还要经受化学腐蚀和水滴的冲蚀作用。 二(叶片用钢要求 1.较高的强度、塑性和热强性能。对工作温度?400?的叶片，以室温和高温力学性能为主，而对于高压汽轮某此区域在400?以上工作的叶片，因其允许的变形量很小，除室温性能外，还应具有较高的持久强度和蠕变极限，持久塑性和组织稳定性好，持久缺口敏感性低。 2.优良的耐蚀性。高温段叶片容易受到氧腐蚀，处于湿蒸汽区工作的叶片容易发生电化学腐蚀，在停机过程中，叶片也会受到化学腐蚀和电化学腐蚀。为此，处于湿蒸汽区工作的叶片多采用耐蚀性好的不锈钢制造，或采用非不锈钢予以适当的表面保护处理。 3.高的振动衰减率。振动衰减率标志着材料消除振动的能力，它影响叶片共振的安全范围。造成汽轮机叶片的断裂原因总是或多或少与振动相联系，因此，选用减振性能好的材料，可使由于振动导致叶片断裂的可能性减少。 4.高的断裂吸引力(高的断裂韧性)。当叶片材料具有高的断裂吸收功时，可使叶片的抗断裂能力提高，允许裂纹长度增加，有利于在检修中及时发现，避免运行中突然断裂。 5.良好的耐磨性。特别是后几级叶片，为防止由于水滴的冲刷磨损，要求材料耐磨性好。 6.良好的工艺性能。叶片成型工艺复杂，加工量大，约占主机总加工工时的1/3，因此，要求加工工艺性能好，有利于叶片大批量生产并降低成本。 三(叶片常用钢材选用 汽轮机叶片常用钢材的特性及主要应用范围和类似的钢号，如表4-1所示。 表4-1 汽轮机叶片常用钢材、特性及应用范围 钢号与技 特 性 主要应用范围 类似钢号 术条件 以锰为主要合金元素的合金结构钢。经调质处理后，工作温度<450? 强度、韧性和塑性均比较满意，低温冲击值也比较高。的汽轮机压力级25Mn2V 25MnV8(德) 钢中合金元素较少，符合我国资源情况，可作为低碳各级动叶片和隔 镍钢的代用钢 板叶片 20CrMo 广泛应用的铬钼结构钢，具有良好的机械性能和工艺 中压125MW以下汽YB6 性能，焊接性能尚好。在520?以下具有良好的高温 轮机压力级叶片 持久性能 GB3077 该钢有较高的强度，淬透性也较好。但钢的强度偏高工作温度<500?20CrMoV 时，其冲击值往往稍低，因此应严格控制化学成分和的汽轮机压力级 YB6 热处理工艺 各级动叶片 属马氏体型铬不锈钢。碳含量较高、淬透性好，且有SUS410(JIS) 较高的耐蚀性、热强性、韧性和冷变形性能。钢的减 410(ASTM) 振性是已知钢中最好的。应严格控制钢的热加工始锻 工作温度<450?1Cr13 410S21(BS) 温度和终锻温度，否则钢易过热而导致晶粒粗大，并 的汽轮机变速级GB1220 析出大量的δ铁素体，使钢的韧性降低。要求进行高X10Cr13(DIN) 叶片及其它几级 温或低温回火，避免在370~560?之间进行回火。低GB1221 Z12C13(NFA) 动、静叶片 温回火可消除淬火过程中形成的内应力，高温回火在12X13 保证良好的耐蚀性的同时，可获得优良的综合力学性 (ΓΟСΤ) 能 2Cr13 SUS420J(JIS) 1属马氏体不锈钢。在大约700?以下具有足够高的强工作温度<450?，GB1220 S42000(ASTM) 度、热稳定性和很好的减振性能，并具有较高的韧性且截面较大、要求 和冷变形能力。与1Cr13钢相比，含碳量稍高，故强强度较高的后几GB1221 420 S37(BS) 度也稍高，但塑性和韧性稍低 级叶片及低温段 X20Cr13(DIN) 长叶片 Z20C13(NFA) 改型的12,铬钢的典型钢种之一。由于钢中加入了钼工作温度<540?1Cr11MoV 15X11Mφ 和钒，其热强性和组织稳定性均比13,铬钢高。具有的汽轮机变速级 良好的减振性和小线膨胀系数，工艺性能较好，对回及高温区动、静叶 (ГΟСТ) 火脆性不敏感 片 是12,铬钢的改型钢种之一。由于钢中加入钨钼钒等 元素，提高了钢的热强性，具有较高的持久强度、持工作温度<580?1Cr12WMoV 15X12BHMФ 久塑性和组织稳定性，减振性能良好。由于钢的屈服的汽轮机变速级 强度较高，耐蚀性能较好。中因加入了相当数量的铁及高温区动、静叶GB1221 (ЭИ802) 素体元素钨、钼和钒，故组织中含有一定数量的δ铁片 素体 是12,铬钢的改型钢种之一。由于钢中加入钨、钼、2Cr12W 18X12BMБΦР 工作温度<590? 钒、铌、硼多种强化元素，因此，热强性能较高，抗 的汽轮机动叶片 MoNbB (ЭИ993) 松弛性能较好 是强化的12,型马氏体耐热不锈钢。与1Cr12WmoV 2Cr12Ni C-422(美国) 工作温度<590?钢相比，由于钢中碳、钼和钨含量均有所增加，并加 MoWV 入少量镍元素，因此使钢的热强性能得到提高，此外，的汽轮机动叶片SUH616(JIS) 钢的缺口敏感性不小，并具有良好的减振性、抗松弛和围带 GB1221 616(ASTM) 性能和工艺性能 在12,铬钢基础上加入较多量的镍、钨、钼、钒等强 用作300MW汽轮机化元素改进而成的高强度马氏体不锈钢。具有高的强2Cr12Ni2 度及良好的韧性配合。与调质处理叶片相比，形变处末级和次末级动 W1Mo1V 理叶片晶粒细化且分布较为均匀，机械性能和断裂韧叶片 性较高 1Cr17Ni2 SUS431(JIS) 属马氏体钢。经淬火加低温回火后，具有高的强度、工作温度<450?， 韧性和耐蚀性。为避免钢中因α相增多而引起机械性要求高耐蚀性和GB1221 S43100(ASTM) 能降低，应控制钢中的镍铬含量。热加工时，停锻温高强度的叶片 X22CrNi17(DIN 度应高一些，以改善塑性和表面质量，还应控制较大Z15CN16(NFA) 的加工比，以得到均匀的组织 14X17H2 属典型的马氏体沉淀硬化不锈钢。既保持不锈钢的耐 蚀性，又通过马氏体中金属间化合物的沉淀强化提高0Cr17Ni4 SUS630(JIS) 用作既要求耐蚀 了强度。该钢的衰减性能好，抗腐蚀疲劳性能及抗水Cu4Nb S17400(ASTM) 性又要求较高强 滴冲蚀的能力优于12,铬钢。经过热处理的锻件，应 度的汽轮机低压(17-4PH) Z6CNU17.04 具有均匀的回火马氏体组织，晶粒度为ASTM6号或更 末级动叶片 GB1221 (NFA) 细，纤维状或块状δ铁素体平均量不超过5,，以保 证锻件性能 第二节 汽轮机转子、主轴和叶轮等锻件选材 一(汽轮机转子的结构形式和工作条件 常见的汽轮机转子有套装式转子、整锻转子和焊接转子。套装式转子是主轴加工成阶梯形，再把叶轮套装在主轴上。整锻转子是主轴、叶轮和其它主要部件，均由一整体锻件加工而成，叶片直接装在转子的轮槽里。焊接转子是由许多盘形锻件与轴头焊接而成的。 高压转子与低压转子工作条件温度差异很大。 汽轮机主轴、转子体、轮盘和叶轮均在复杂的应力作用下工作。蒸汽通过叶片、叶轮时在主轴上产生扭转力矩;转子高速旋转时，要承受由自重产生的交变弯曲应力和大的离心力作用;旋转振动还会造成频率较高的附加交变应力;甩负荷或发电机短路会产生巨大的瞬时扭应力和冲击载荷;高压转子还要承受由温度梯度引起的热应力作用，低压转子不考虑温度应力。 高压转子在高温蒸汽下运行会引起蠕变损伤，由于机组的启停或变负荷还会产生疲劳损伤。 二(汽轮机转子用钢要求 1.锻件冶金质量好，材料性能均匀，不应有裂纹、白点、缩孔、折叠、过度的偏析以及超过允许的夹杂和疏松。 锻件材料性能的均匀性，可在锻件热处理后，通过测定硬度的方法进行检验。对硬度的均匀性的要求为:对于转子体和主轴锻件，在同一圆弧表面上各点间的硬度差不应超过 30HBS，在同一母线上的硬度差不应超过40HBS。对于轮盘和叶轮，在轮缘和轮毂的半径方向上每隔90?各测1 点，轮缘和轮毂间任意两点的硬度差不应超过40HBS，轮缘各点间和轮毂各点间的硬度差不应超过30HBS。 2.转子经最终热处理后，具有较低的残余应力，以免因局部应力增大或产生热变形而引起机组振动。 对主轴和转子体锻件均应测定残余应力，其值不应大于相应锻件强度级别材料径向屈服强度下限值的8,。对于汽轮机轮盘和叶轮锻件，当直径大于600mm时，在最终热处理后应检查残余应力。锻件直径为600~1000mm时，其残余应力不应大于400MPa，锻件直径大于1000mm时，残余应力不应大于50MPa。 3.锻件材料具有足够的强度、塑性和韧性等良好的综合力学性能。 4.高压转子应具有较高的蠕变极限、持久强度和长期组织稳定性;断裂韧性高，脆性转变温度低。 5. 高压转子材料具有良好的抗高温氧化和抗高温蒸汽腐蚀能力。 三(汽轮机转子常用钢的选用 汽轮机转子、主轴和叶轮常用钢材的特性及主要应用范围和类似钢号，如表4-2所示。 表4-2 汽轮机转子、主轴和叶轮常用钢材的特性及主要应用范围 钢号与技 特 性 主要应用范围 类似钢号 术条件 具有良好的淬透性，较高的抗拉强度及疲劳强度。中压以下汽轮机叶40Cr 40X(ГOCT) 经调质后，具有良好的综合力学性能。切削加工性轮及各种重要的调GB3077 5140(AISI) 能尚好，冷加工塑性中等 质零件 有较高的热强性和低温冲击韧性，综合性能较好。 工作温度520?以下St560TS 合金元素含量不高，工艺性能良好，为条件性可焊 17CrMo1V 的汽轮机低压焊接 接钢。为防止焊接裂纹及焊接引起的脆性，要尽量(瑞士) 转子 减少钢中的硫、磷含量 钢的强度较高，淬透性亦较好。但强度偏高时，冲 35CrMoV 用作500~520?以下 击韧性往往偏低并不稳定，需严格控制化学成分和 GB3077 工作的转子和叶轮 热处理。该钢的焊接性能差，焊接预热温度 300?以上 是国外在大型汽轮机机组中应用最广泛的高、中压 工作温度540?以下30Cr1Mo1V 转子钢。具有较好的热强性和淬透性，有良好的综 的汽轮机高、中压转 合机械性能，切削加工性能良好，锻造工艺性能也ASTMA470 子 较好，抗腐蚀性和抗氧化性尚可 属珠光体热强钢。具有较高的强度和韧性，在500? 工作温度535~550?30CrMoV9 27Cr2MoV 及550?下长期保温仍有良好的塑性，组织稳定性 的汽轮机整锻转子 JB/T1265 较好，室温冲击值变化很小。钢的工艺性能不够稳(德国) 和叶轮 定，浇注及锻造工艺性能较差 具有较高的蠕变强度持久强度，一定的持久塑性和用作蒸汽参数为 组织稳定性，良好的室温力学性能，较好的工艺性500~540?、 28CrNiMoV 能及抗脆性破坏能力。高温性能稍低于27Cr2MoV9.8~15.7MPa的汽 钢 轮机高中压转子 属贝氏体类型钢。与17CrMo1V钢相比，强度高、 用作汽轮机低压焊淬透性好、脆性转变温度低。该钢有较高的高温性 25Cr2NiMoV 能和焊接性能，冶炼、锻造热处理工艺性能良好，接转子 但对回火温度及回火时间较敏感 该钢淬透性好、强度高，在冶炼和浇注时采用真空制造300MW、 30Cr2Ni4MoV 除气，提高了钢的纯净度，使其室温冲击值提高，600MW等大功率机 脆性转变温度下降。具有回火脆性 组汽轮机低压转子 工作温度550?以下20Cr3MoWV Эй415 具有高的热强性和抗松弛性能，良好的淬透性。对 的汽轮机转子和叶 转子解剖发现，中心与边缘性能相差较大 GB3077 (ГOCT) 轮等大型锻件 淬透性高，无回火脆性倾向。白点敏感性和缺口敏工作温度450?以 33Cr3MoWV 感性比34CrNi3Mo钢低。采用水淬油冷工艺，金下，截面厚度小于 相组织细密均匀，其性能良好 450mm的汽轮机转子 和叶轮 工作温度450?以 是不含镍、含铬较低的大锻件用钢。钢的淬透性高， 下，轮毂厚度大于 大截面上强度性能均匀，并有较好的锻造、焊接和 18Cr2MnMoB 300mm的叶轮，直径 切削加工等工艺性能。与相同强度等级钢相比，使 大于500mm的汽轮机 用合金元素少，成本低 主轴和转子 工作温度450?以下 是不含铬、镍元素的大锻件用钢。性能接近于 30Mn2MoB 的大截面中强度零 34CrMo1钢，具有较高的淬透性，热加工性能良好 件 第三节 汽轮发电机转子、无磁性护环和磁性环锻件选材 一(汽轮发电机转子用钢 1.汽轮发电机转子的工作条件 汽轮发电机转子承受着极大的复杂应力。汽轮发电机以转速3000r/min正常运行和以转速3600r/min超速试验时，转子本体将产生很大的离心力，由于传递扭矩的需要和突然二相短路时，瞬时扭矩可骤增4~8倍，转子还要承受巨大的扭应力和瞬时冲击载荷，转子的自重也会引起较大的交变弯曲应力，配合处还存在过盈装配压应力等。此外，在转子中心孔处及线槽区承受几何形状所产生的附加应力。 2.汽轮发电机转子用钢要求 (1)具有较高的强度(特别是屈服强度)、塑性和韧性，良好的疲劳性能和低的脆性转变温度。由于转子在运行中受力情况复杂，因此对转子锻件的纵向、切向和径向力学性能都有一定的要求。 (2)整个锻件的材料性能均匀，不允许有影响锻件性能的缩孔。疏松、气孔、裂纹和非金属杂质等缺陷存在。锻件材料的均匀性可用测量硬度的方法进行检验。 (3)转子锻件残余应力要尽量小，且分布均匀，以防局部应力增大或产生弯曲变形。 (4)转子不仅是受力结构件，同时又是磁场回路的一部分，锻件应具有优良的导磁性能。 二(无磁性护环用钢 1.无磁性护环的工作条件 护环是一个保护发电机转子端部线圈在旋转负荷下运转的圆圈体钢部件，通常采用以下四种方法予以固定:平行配合法，阶梯配合法，卡口式连接法和浮动配合法。护环的受力情况复杂，当汽轮发电机运行时，转速高达3000r/min，护环除了承受本身离心力外，还承受了转子绕组端部的离心力，仅护环本身的离心力就能达到护环所受全部作用力的50,。 为了保证护环与转子同心，防止振动，用热套方法，将护环一端紧套在转子轴身端部，另一端紧套在中心环上，因此在配合处存在过盈装配应力。有些护环为了通风冷却，常在其上开一些通风孔，因此造成应力集中。 发电机由于采用空气冷却、氢气冷却或水冷却，容易受到各种腐蚀介质的侵蚀，存在着应力腐蚀危险。 运行中的无磁性护环失效的主要原因有两方面:一是由于局部范围应力高、加工硬化和材料的韧性差，产生应力集中区的脆断;二是氯化物、硝酸盐及潮湿空气或冷却水引起的应力腐蚀开裂。 2.无磁性护环的用钢要求 为了保证汽轮发电机组的长期安全运行，在使用中必须考虑护环材料的基本性能。同时护环材料应具有较高的强度，特别是较高的屈服强度，具有尽可能高的塑性和韧性，护环的组织应当均匀，尤其是晶粒要细。要求残余应力小，而且分布均匀，以防止由于变形、应力腐蚀的发展及各种应力叠加，发生破坏事故，由于护环受力情况复杂，因此要求冶炼、热锻制坯、冷变形等都要有严格的工艺制度，以避免出现内部裂纹或类似裂纹的缺陷。此外，为了减少发电机端部漏磁和涡流损失，要求采用无磁性护环，即磁导率小于1.38H/m。 三(汽轮发电机磁性环锻件的工作条件及其用钢要求 除无磁性护环外，汽轮发电机还有一些环锻件，如中心环、风扇环、小护环、水箱压环等锻件，它们也是较为重要的部件，要求质量较高，不允许有白点、裂纹、折叠、重皮及其他严重影响使用性能的缺陷。 锻件用钢应在电炉或平炉中冶炼，也可采用其它冶炼工艺。壁厚在65mm以上的3级锻件及4~8级锻件所用钢水，在铸锭前或铸锭过程中应进行真空处理，以去除有害气体，特别是氢气。 锻件锻后应立即进行退火或正火，性能热处理为淬火加回火。1~6级锻件最终回火温度不低于595?，7级和8级锻件最终回火温度不低于560?。 在精加工后，全部表面应进行磁粉检验。锻件在性能热处理后应进行超声波检验。 四(汽轮发电机转子、无磁性护环和磁性环锻件选材 汽轮发电机转子和护环常用钢号、特性及其主要应用范围，如表4-3所示。 表4-3 汽轮发电机转子和护环常用钢号、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 35CrMoA用于工作温度为34CrMo1A钢与35CrMoA钢的区别在于提高了钼 35CrMoA 480?以下的汽轮机主轴和叶的含量，以适应大型锻件如主轴、叶轮和转子等需 GB3077 轮。 要，该钢工艺性能较好，热强性能较高，长期使用 34CrMo1A 组织比较稳定，但淬透性较差，工件的尺寸和强度34CrMo1A可用于390MPa强度 都受到一定的限制，热处理一般不采用激冷，为了级别的汽轮发电机转子和JB/T1267，JB/T7026 得到较高的机械性能，冶炼时C、Cr、Mo元素含200MW以下的汽轮机主轴转子JB/T1265，JB/T1266 量希望控制在上限;下限时，对淬透性影响较大 和叶轮轮盘。 是大截面高强度钢，淬透性高，综合性能良好。回 34CrNi1Mo 火稳定性好，回火温度范围较宽(540~660?),有 34CrNi2Mo 利于调整强度和韧性。冷热加工工艺性能良好。该用作工作温度为400?以下的34CrNi3Mo 钢限制在400?以下使用，当温度达到400~450?汽轮机及汽轮发电机转子和叶 时，力学性能急剧下降，超过450?持久强度和蠕轮 JB/T1267，JB/T7026 变强度都很低。由于含碳量较高，钢的裂纹敏感性JB/T1265，JB/T1266 和白点敏感性大 与34CrNi3MoV钢相比，碳含量低，除25CrNi1MoV25CrNi1MoV钢可用作200MW 钢外，合金元素含量增加，杂质元素受到严格控制，及以下汽轮发电机转子和25CrNi1MoV 提高了导磁性能，增加了淬透性，综合性能好，脆637~785MPa强度级别的汽轮JB/T1267，JB/T7026 性转变温度低，但具有回火脆性。这主要与杂质元机转子。 JB/T1266 素P、Sn、As等的含量有关，脆化温度范围大致为25Cr2Ni4MoV、26Cr2Ni4MoV25Cr2Ni4MoV 350~575? 钢主要用于制造大功率汽轮机26Cr2Ni4MoV 低压转子和汽轮发电机转子，已JB/T1267，JB/T7178 用于300MW、600MW机组低 压转子和汽轮发电机转子。 40Mn18Cr3 均为锰铬系无磁性奥氏体钢，屈服强度较低，其中 40Mn18Cr3、40Mn18Cr4、40Mn18Cr4V、40Mn18Cr4 50Mn18Cr4VN正逐步被50Mn18Cr5类钢所替代。40Mn18Cr4V 钢中钨、氮起强化作用，加氮能扩大和稳定奥氏体，主要用作强度级别较低的汽轮50Mn18Cr4 加钨可使碳化物沉淀较慢，利于强化操作。强化方发电机无磁性护环 50Mn18Cr4N 法有半热锻、冷扩孔或爆炸等加工硬化方法。加钒 50Mn18Cr4WN 的钢可在固溶处理后，采用人工时效的方法，通过 沉淀硬化来提高强度 JB/T1268，JB/T7029 该钢是在50Mn18Cr5钢基础上发展起来的。采用 变形强化和沉淀时效强化的复合强化，使屈服强度用作屈服强度大于981MPa的50Mn18Cr5Mo3VN 大于981MPa,而塑性仍保持在较高的水平上。钼的汽轮发电机无磁性护环 增加是改善钢的抗点腐蚀能力 系锰铬系无磁性奥氏体钢，是在50Mn18Cr4的基50Mn18Cr5 主要用作200MW以下汽轮发础上，通过增加铬、氮的含量，增加奥氏体稳定性 50Mn18Cr5N 而发展起来的。该类钢具有较好的加工硬化特性，电机无磁性护环 JB/T1268，JB/T7029 但在潮湿气氛中对开裂敏感 很类似于50Mn18Cr5类钢，都用锰元素来稳定奥 氏体组织和改善强度，都具有很高的固溶处理强度 和加工硬化能力，许多环节可以用相同的工艺方法主要用作高强度级别的汽轮发1Mn18Cr18N 及其装备进行生产。 电机无磁性护环，在JB/T1268 300~600MW汽轮发电机中作为通过增加铬含量，用氮代替碳，与50Mn18Cr5类 护环用钢而广泛应用 钢相比，具有更高的韧性和良好的抗应力腐蚀性 能，力学性能各向异性和残余应力较弱，强度受温 度的影响要大 第四节 高温紧固件选材 紧固件主要是指连接汽轮机和锅炉设备中的汽缸、主汽门、阀门、蒸汽管道等零件的螺栓和螺母，其作用是使上述零件紧密结合，在运行过程中不产生漏汽。 一(紧固件用钢的工作条件 螺母上紧后，使螺栓受到拉应力，由于这个拉应力使螺栓产生作用于法兰结合面上的压力，使所连接的两密封面紧密结合。这种受力状态，在高温高压条件下的长期高温应力作用下，螺栓会产生应力松弛现象，从而导致螺栓压紧应力降低，最终会造成法兰结合面出现间隙而发生漏汽。 螺栓在使用中如果发生断裂，会引起严重的人身和设备事故，造成很大的经济损失，因此，为了保证机组安全可靠运行，在选用螺栓和螺母材料时，首先应考虑钢材的松弛稳定性、蠕变脆性，其次强度和加工性能。 一般认为，当工作温度超过400?时，就会出现较明显的松弛现象。 4目前，我国螺栓设计工作期限为2×10小时，最小密封应力取1.4MPa。 二(紧固件用钢的要求 1.抗松弛性高，要求用较小的初紧力，也可保证在一个大修期内螺栓的压紧应力不低于要求的最小密封应力。 2.强度高，由于螺栓初紧应力不能超过钢材的屈服点，因此，当材料强度高时，可以加大初紧力。 3.缺口敏感性小，在螺栓螺纹处，实际上相当于一个缺口，是应力集中处，易发生断裂;如果螺栓材料塑性、韧性高，具有较小的缺口敏感性时，螺纹处便不易发生损坏。 4.热脆性倾向小，螺栓在运行中应不会因热脆性发生脆断。 5.有良好的抗氧化性。 6.要合理匹配螺栓与螺母材料，避免螺栓与螺母的“咬死”现象。一般规定，螺母硬度要比螺栓硬度低20~40HB，并且两者不要使用相同钢种。 三(紧固件常用钢种 电站常用的紧固件钢种和使用温度范围，如表4-4 所示。 表4-4 紧固件常用钢种及适用范围 用作螺栓时的钢号与技术条件 特 性 类似钢号 最高使用温度 强度较低。可调质处理，但淬透性低。优质钢的硫、35、40、45 磷含量低，脱氧好，有良好的塑性和韧性。焊接性400? GB 699 尚好。 具有较好的淬透性、良好的韧性、较高的强度，疲 劳强度也较好，但有一定的过热敏感性及回火脆性35SiMn 倾向，并有白点敏感性。冶炼时易受非金属夹杂物 400? 污染，造成热加工工艺上的困难。与40Cr钢相比，GB 3077 除低温冲击韧性稍差、缺口敏感性较高外，其他力 学性能相当 强度较高、韧性好，有较好的淬透性，冷变形中等，35CrMo 切削性能尚可。在高温下有高的蠕变强度和持久强GB 3077 480? 度，长期使用组织比较稳定。焊接时需预热，预热34CrMol 温度为150~400?。34CrMo钢由于提高了Mo含量，JB/T 1266 更适于生产大型锻件。 强度和淬透性较高，具有良好的抗松弛性能和工艺42CrMo 性能。该钢在油中临界淬透直径达26~107mm，在水 480? 中淬透直径达46~145 mm，但水淬时有开裂倾向，GB 3077 有形成白点的倾向，没有明显回火脆性 有较高的热强性，综合性能较好。该钢合金元素含 量较高，工艺性能良好。是条件性可焊接钢，焊前St560TS 17CrMolV 要预热，焊后要立即进行高温回火。为防止焊接裂520? (瑞士) 纹及焊接引起的脆性，要尽量减少钢中的硫、磷含 量 属珠光体耐热钢。室温强度高、韧性好。淬透性好。 在500?以下具有良好的高温性能和高的抗松弛性25Cr2MoVA ЭИ10 能，无热脆倾向。热处理后有回火脆性，并且对回510? GB 3077 (前苏联) 火温度敏感。调质处理时，回火温度宜高于工作温 度100~200?。亦可在正火及高温回火后使用。焊 接性能差 属中碳耐热钢。由于钢中含有较高的合金元素，因 而具有较高的耐热性和高温强度，较好的抗松弛性 能。钢的冷、热加工性能良好，但对热处理较 为25Cr2MolV ЭИ723 敏感，有回火脆性倾向，长期运行后容易脆化，即550? GB 3077 (前苏联) 硬度增高韧性降低。持久塑性较差，缺口敏感性也 较大。在蒸汽介质中耐蚀性差，需考虑表面保护。 多在调质或正火加回火后使用 性能优于25Cr2Mo1V，在565~570?有较高的热强20CrMolVl ЭИ909 性能和抗松弛性能，经过运行后，钢的强度和塑性 550? 略有降低，室温冲击值下降较多，但水平仍很高，DL439 (前苏联) 未表现出明显的脆化 是我国自行研制的低合金高强度钢。具有高的持久 强度和持久塑性，抗松弛性能好，热脆倾向小，缺 口敏感性低。当工作断面尺寸较大时，心部冲击值 往往有较大的波动。经常出现晶粒粗大现象，影响20CrlMolVNbTiB 力学性能。为防止产生粗晶，应尽量采用较低的锻570? DL439 造加热温度，严格控制终锻温度，并保证有足够的 锻造比。该钢材硬度大于260HB时，晶粒度越粗大， 冲击值越低。而在相同晶粒级别下，硬度越高，冲 击值越低。 是与20CrlMolVNbTiB钢相类似的高温螺栓钢。具 20CrlMolVTiB 有高的抗松弛性能、热强性能和良好的持久塑性， 570? 缺口敏感性低。钢的淬透性好，沿截面有较均匀的DL439 力学性能 2Cr12WMoVNbB 是12,铬钢的改进钢种之一。由于钢中加入钨、钼、590? 18X12BMБ 钒、铌、硼等多种强化元素，因此，热强性能较高，φ6 抗松弛性能较好 (ЭИ993) (前苏联) 是强化的12,铬型马氏体耐热不锈钢。与 2Cr12NiMoWV C-422(美国) 1Cr12MoWV钢相比，由于钢中碳、钼和钨含量均有 GB8732 SUH616(JIS) 550? 所增加，并加入少量镍元素，因此使钢的热强性能 得到提高，此外，钢的缺口敏感性小，并具有良好GB1221 616(ASTM) 的减振性、抗松弛性能和工艺性能 是在InconelX-750合金基础上进行改进、添加少量 微量元素而研制成的镍基合金。具有较高的热强性 GH4145 677? 能和抗松弛性能，持久塑性较好，缺口敏感性低， 抗应力腐蚀性能好，热膨胀系数低 Referactaloy26 属镍铬铁混合基沉淀硬化热强合金。该合金具有高 677? 的持久强度和抗松弛性能 (R-26) 第五节 其它部件选材 一(凝汽器用金属材料 1. 凝汽器的工作条件 凝汽器的主要功能，是将汽轮机排汽凝结成为锅炉给水用的凝结水。同时在汽轮机排汽口处建立和维持所要求的背压(真空)状态。 汽轮机排汽由排汽口进入凝汽器，在凝汽器中被冷却介质所冷却。比容较大的蒸汽将凝结成水，并在汽轮机排汽缸和凝结器蒸汽空间形成真空。按照凝汽方式的不同，凝汽器分为混合式和表面式，目前的超高压大型机组都采用表面式。 2. 凝汽器用钢要求 凝汽器外壳和水室材料一般采用碳钢和合金钢钢板。当水质为腐蚀性较强的海水时，应选择耐海水腐蚀钢板或采取防腐蚀措施。 凝汽器管板材料大多采用碳钢板。对腐蚀性强的海水，可选用HSn62-1板或与冷却管材质相同的管板材料。 冷却管材料选材时应考虑以下因素: (1)水中悬浮物和含砂量 H68A管材:适用于悬浮物和含砂量<100 mg/L HSn70-1A管材:适用于悬浮物和含砂量<300 mg/L HAl77-2A管材:适用于悬浮物和含砂量<50 mg/L B30管材:适用于悬浮物和含砂量<500 ~1000mg/L(短期可大于1000mg/L) 在采用硫酸亚铁处理时，H68A和 HSn70-1A管的悬浮物允许含量可提高到500 ~1000mg/L。 (2)水质污染程度 2-凝汽器冷却管一般适用于下述清洁程度的水中:硫离子(S)含量<0.02 mg/L,氨(NH)3<1 mg/L,溶解氧(O)含量<4 mg/L，化学耗氧量COD<4 mg/L。 2 (3)管内最低流速的限定 为防止水中悬浮物在管内沉积，对黄铜管，冷却水在管内的最低流速一般不应低于1m/s，白铜管则一般不应低于1.4m/s。 3. 凝汽器常用金属材料 凝汽器常用金属材料如表4-5所示，凝汽器常用管材牌号及技术标准、特性和主要应用范围如表4-6所示。 表4-5 凝汽器常用金属材料 名称 牌号及技术条件 用途 备注 H68A(GB8890) 黄铜管 热交换管束 用于淡水冷却 HSn70-1(GB8890) 锡黄铜管 热交换管束 用于淡水冷却 HSn70-1A(YB716) HAl77-2(GB8890) 铝黄铜管 热交换管束 用于海水冷却 HAl77-2A(YB716) B30(YB716) 用于要求高耐蚀部 BFe30-1-1(GB8890) 白铜管 热交换管束 分 BFe10-1-1(GB8890) 钛管 TA1或TA2(GB3625) 热交换管束 耐蚀性最好，成本高 TP304,TP321 不锈钢管 热交换管束 耐蚀性很好 Q235A(GB3274) 管板、盖板、水室、壳体、侧板等 板材 钛板(TA2或TA3) 管板 不锈钢板(1Cr18Ni9Ti) 防护板等 表4-6 凝汽器常用管材牌号、特性和主要应用范围 钢号与技 特 性 主要应用范围 类 似 钢 号 术条件 H68A黄铜具有很好的塑性和较高的强 度，切削加工性好，易于焊接。由于黄铜中 用于制造热交换器铜 含有微量砷，故能有效地拟制黄铜的脱锌腐70/30 Brass(CZ105) 管，如低压加热器、H68A 蚀。在大气及淡水中有较高的耐蚀性，但在(英国) 凝汽器铜管，使用在 轻度污染的冷却水中会出现层状脱锌与溃GB/T 溶解固形物,ЛМЩ-68-0.06 蚀。用于凝汽器管时，冷却水中允许的悬浮8890 300mg/L、氯离子,(前苏联) 物和含砂量不超过100mg/L，在采用硫酸亚 50mg/L的冷却水中 铁处理时，悬浮物的允许含量可提高到 500mg/L,1000mg/L Admiralty HSn70-1A称为锡黄铜，具有良好的力学 性能，在热态和冷态下加工性能好，切削性brass(CZ111)(英国) 能尚可，易于焊接和钎焊。在大气和淡水中CuZn28Sn(SOMS71) 有较高的耐腐蚀性，但在管子表面有沉积物用于制造凝汽器管，(德国) HSn70-1 或碳膜时易发生点蚀。由于锡黄铜中含有微使用在溶解固形物,ЛМЩ-70-1-0.06 GB/T 量砷，故有一定的抗脱锌能力，用于凝汽器1000mg/L、氯离子, 8890 (前苏联) 管时，冷却水中允许的悬浮物和含砂量不超150mg/L的冷却水中 BSTF(日本) 过300mg/L，在采用硫酸亚铁处理时，悬浮 物含量可提高到500mg/L,1000mg/L CuZn29Sn1(法国) Alloy 433(美国) HAI77-2A称铝黄铜。由于加入少量铍， 使其具有高的强度、硬度和良好的塑性。可 在热态及冷态下进行压力加工。又由于铝黄Aluminum 铜中含有微量砷和锑，故对海水及盐水有良brass(CZ110)(英国) 好的耐蚀性。HAI77-2A管耐砂蚀性能差，CuZn20Al(SOMS76)(德用于凝汽器管时，冷却水中允许的悬浮物和国) 用于制造凝汽器管， 含砂量不超过50mg/L，在悬浮物及含砂量较 使用在溶解固形物,ЛМЩ-77-2-0.06 HAI77-2 高的海水或淡水中，会使冷却水入口处管端 1500mg/L或海水的冷(前苏联) 产生严重的冲刷和腐蚀，腐蚀表面呈金黄GB/T 却水中。冷却水中允 色，腐蚀坑呈马蹄形，并有方向性。采用硫BSTF2(日本) 8890 许的悬浮物和含砂量 酸亚铁成膜处理，能有效地减缓管子的冲击BSTF3(日本) 不超过50mg/L 腐蚀。当管子表面附有有害膜时，往往会在BSTF4(日本) 短期内出现腐蚀;当管子安装不当或有振动 Alloy 687(美国) 时，易在淡水中发生应力腐蚀和腐蚀疲劳损 CuZn22Al2(法国) 坏。在污染的淡水中也不耐腐蚀，因此，一 般不推荐在淡水中使用，也不宜在浓淡交变 的冷却水中应用 BFe30-1-1(B30)称结构铜镍白铜，具有高用于制造凝汽器管， 的力学性能，耐砂蚀和耐氨蚀性能良好，并使用在悬浮物和含砂CN107(英国) 具有耐热性和耐寒性，在热态和冷态下压力量较高、流速较高且CuNi30Fe(德国) BFe30-1-1 加工性良好。这种管子在污染的冷却水中会含氧充足的海水冷却MH-70-30(前苏联) (B30) 发生点蚀或孔蚀 水中。冷却水中允许 CNTF3(日本) 的悬浮物和含砂量可GB 8890 Allog 715(美国) 达500mg/L, CuNi30Mn1Fe(法国) 1000mg/L，短期可大 于1000mg/L TA1、TA2、TA3均为工业纯钛，它们具 用于制造凝汽器TA1 有较高的力学性能、优良的冲压性能，并可管子，可在受污染的 TA2 进行各种形式的焊接，焊接接头强度可达基海水、悬浮物含量高 体金属强度的90%，且切削加工性能良好。的水中，及在较高的TA3 钛管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀流速下使用 GB/T 性能。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈3620.1 钢、镍基合金还高。钛耐水冲击性能也较强 GB/T 3625 二(加热器常用金属材料 1.加热器的工作条件 给水加热器是利用汽轮机抽汽加热锅炉给水的热交换器设备，是实现回热循环利用，提高电厂热经济性的重要辅机设备。 加热器按传热方式不同可分为混合式和表面式两种，目前大多采用表面式。按给水压力的高低，又分为高压加热器和低压加热器，在给水泵与锅炉之间为高压加热器，在凝结水泵与给水泵之间为低压加热器。高压给水加热器水侧设计压力为9.81~28.05MPa，汽侧设计压力为1.47~7.24MPa。低压加热器管内压力达3.44 MPa，壳体压力为0.689 MPa以下。 2.加热器用钢要求 由于高压加热器工作压力很高，所以对所用材料，尤其是水室和水管材料，有严格要求。 (1)强度较高，选择400~600 MPa级别的钢种，以减少高压加热器体积，提高热交换效率。 (2)钢材应有良好韧性、塑性和较低的缺口敏感性。 (3)钢材应具有良好冷、热加工性能和可焊性。 (4)具有较高的抗腐蚀能力。 低压加热器则常用黄铜管作为热交换管，以提高热交换效率。对耐腐蚀性要求较高时需用不锈钢管。 3.加热器常用金属材料 高压加热器常用金属材料如表4-7所示。低压加热器常用金属材料如表4-8所示。 表4-7 高压加热器常用金属材料 钢材名称 钢号及技术条件 用途 备注 20A(沪Q/YB6049) 比GB5310要求略高 高压管 热交换水管 SA556C2(ASMESA556) 20g(GB713) SB42(JISG3103) 中板 汽侧壳体与封头 15MnVg(GB713) 15MnVR(GB6654) SA516 Gr.70(ASMESA516) 中、厚板 汽、水侧，壳体，封头 SA387Gr.11Cl.1(ASMESA387) 中、厚板 汽侧短接管 厚板 19Mn6(DIN7155) 水室封头、盖板 20(JB755) 大型锻件 汽侧接管 15CrMo(JB755) 20MnMo(JB755) 大中型锻件 管板、水室接管、密封座 20MnMoNb(JB755) 表4-8 低压加热器常用金属材料 名称 钢号及技术条件 用途 备注 H68(GB1529) 黄铜管 H68A(GB8890) 热交换管束 不锈钢管 SA688TP304(ASMESA688) Q235(GB3274) 筒体、水箱体、隔板等 20g(GB713) 筒体、封头等 16Mn(GB274) 中板 16MnR(GB6654) 管板、法兰侧板等 16Mng(GB713) 19Mn6(DIN17155) 管板 薄板 1Cr18Ni9Ti(GB4237) 防护板等 中型锻件 20(JB755) 水室法兰等 大中型锻件 20MnMo(JB755) 管板、水室盖及法兰等 三(除氧器常用金属材料 除氧器是利用喷淋水与蒸汽直接接触，并将水加热到工作压力下的饱和温度，以除去水中溶解氧和其他气体的设备。除氧器属于低压容器，按照其工作压力的不同，可以分为压力式除氧器和大气式除氧器两类。 额定工作压力p>0.098MPa表压力的热力除氧器，称为压力式除氧器，其匹配机组的最小容量为25MW供热式汽轮发电机组和220t/h高压锅炉。额定工作压力P=0.02MPa表压力的除氧器称为大气式除氧器。 除氧器由除氧头、给水箱和与之相连接的管道组成。 1. 除氧器的工作条件 除氧器系火力发电厂重要的热力设备，由于体积大、重量重，制造时一般先在制作车间加工成形，然后运到现场组装拼焊。其工作条件是: (1)在一定的压力下工作，机组启停和负荷变化时承受压力变化影响，并伴有振动发生。其设计压力规定不低于额定工作压力的1.25(滑压运行时)~1.3倍(定压运行时)。 (2)除氧器工作温度为加热蒸汽温度，即回热抽气温度，通常小于350?。启停时，容器金属壁温将发生明显变化，产生较大的热应力，致使焊缝等薄弱部位易出现裂纹或应力腐蚀，特别是在水侧或水汽分界面处。 (3)除氧头和给水箱长期在蒸汽、水、氧气等介质条件下工作，腐蚀严重，特别是除氧头部位，氧化比较集中，腐蚀速度很快，除氧头附近钢板经常发生腐蚀坑点和穿孔泄漏。 2. 除氧器用钢要求 除氧器是在一定的温度和压力下工作的，长期承受水和蒸汽介质等的腐蚀作用，同时还伴有冲击震动、疲劳载荷的作用，工作条件较为苛刻。在制造过程中，钢材要经过各种冷热加工工序，如下料、冷弯、卷板、焊接等，因此对除氧器用钢提出了较高的要求。 (1)较高的强度。除氧器设计选用的许用应力值是根据该钢材在设计温度下的抗拉强度和屈服强度数值计算出来的，取σ/nσ/n二者中的较小值。通常选用中等强度等级的低bbss 碳结构钢和低合金结构钢。 (2)良好的塑性、韧性和冷弯性能。钢材经过冷加工变形后，在室温或更高的温度下，由于时效过程发生而引起冲击韧性下降，因此要求选用钢种必须具有良好的塑性及足够的抗脆化能力，即较低的时效敏感性。 (3)对非金属夹杂如S、P含量要严格控制，气孔、缩孔等缺陷要尽量少，不允许有白点、裂纹等存在。 4)良好的加工性能和焊接性能。钢材焊接性能的好坏对除氧器制造质量有致关重要( 的影响，设计时要选用可焊性好的低碳钢或低合金钢，并对选用的钢材进行多种焊接性试验，以确定适宜的配套用焊接材料和最佳的焊接工艺。同时要求钢材具有良好的加工成形性能。 3. 除氧器常用金属材料 制造除氧器壳体目前常用的材料有:A3、A3F、16Mn、16MnR、20、20g等几种。经检查发现，用A3F、16Mn制造的除氧器普遍存在大量裂纹，这些裂纹产生的原因除与结构设计和焊接工艺不当有关之外，与材料本身也有很大关系，如16Mn属普通低合金钢，对焊接残余应力敏感，母材抗裂性低，焊接工艺性能差，同时技术标准中对该钢的冲击韧性没有要求。又如A3F是沸腾钢，钢质中S、P等杂质含量较高，这些杂质会加速氢脆裂纹的产生。所以，《电站压力式除氧器安全技术规定》中规定，A3F和16Mn不能用作除氧器材料。该规定中推荐的除氧器材料为: (1)壳体材料为A3、16MnR、20R、20g。 (2)除氧头材料为不锈钢与碳钢的复合钢板。 (3)常用钢管材料为10、20、12CrMo、12Cr1MoV、0Cr18Mo9Ti。 四(汽轮机与锅炉铸钢件用钢 1.汽轮机与锅炉铸钢件对金属材料的要求 (1)应具有良好的浇铸性能，即好的流动性及小的收缩性，为此，铸钢中碳、硅、锰的含量应比锻、轧件高一些。 (2)在高温及高应力下长期工作的铸钢件用钢，应具有较高的持久强度和塑性，并具有良好的组织性能稳定性。 (3)承受疲劳载荷作用的铸钢件(如汽轮机汽缸和蒸汽室)用钢，应具有良好的抗疲劳性能和较高的冲击韧性。 (4)承受高温蒸汽冲蚀与磨损的铸钢件用钢，应具有一定的抗氧化性能和耐磨性能。 (5)需要焊接的铸钢应具有满意的可焊性。 2.铸钢件常用材料牌号、特性及其主要应用范围 铸钢件常用材料有碳素铸钢及铬钼和铬钼钒合金铸钢。碳素铸钢多用于介质温度小于450?、压力为4MPa,32MPa的部件;合金铸钢多用于介质温度为450?,570?的部件。铸件与锻件相比，铸件多用于受力较小的部件。由于铸件内部不可避免地存在铸造缺陷，强 度计算时，许用应力的安全系数要适当放大。 汽轮机与锅炉铸钢件常用钢钢号、特性及其主要应用范围如表4-9所示。 表4-9 汽轮机与锅炉铸钢件常用钢钢号、特性及其主要应用范围 钢号与技 主 要 应 类 似 特 性 术条件 用 范 围 钢 号 为碳素铸钢。有一定的中温(400?,450?)强 用于工作温度?ZG 230-450 25Л 度和较好的塑性、韧性，且铸造性能良好。焊接 425?的汽缸、阀性能良好，焊前不需要预热，若缺陷较大，焊后JB/T 9625 (前苏联) 门和隔板等 需进行去应力退火。焊条用T507(结507) 为合金铸钢。在500?以下可以保持稳定的热 强性能，组织稳定且具有较满意的铸造工艺性能。 用于工作温度?在高于500?下使用时，热强性能会急剧下降。ZG20CrMo 20ХМл 510?的铸件，如20?的冲击性能不稳定，波动较大。脆性转变温 汽轮机汽缸、隔JB/T 9625 (前苏联) 度为-20?,50?。焊接性能尚可。预热温度为 板、蒸汽室等 200?,300?，焊后缓冷并进行去应力退火。焊 条用TRCr1Mo-7(热307) 为合金铸钢。钢的热强性能较好，组织稳定性 好，可在540?以下长期工作，工作温度,600? 时热强性能显著下降，在525?,600?长期保温 用于工作温度?后对20?的冲击值影响不大。该钢铸造性能较ZG20CrMoV 20ХМФЛ 540?的铸件，如差，铸造时容易热裂和产生皮下气孔。对热处理 汽轮机蒸汽室、汽JB/T 9625 (前苏联) 冷却速度比较敏感，容易在铸件内造成力学性能 缸及管道附件等 不均匀。焊接性能尚可，需预热250?,350?及 层间保温，焊后缓冷并尽快去应力退火。焊条用 TRCr1MoV-7(热317) 为合金铸钢。该钢的热强性能稍低于CrA356、 用于工作温度?Mo-V铸钢，塑性和韧性良好，铸造裂纹倾向较ZG15Cr1Mo A217 538?的汽轮机铸低，其强度和热强性能可以满足在538?以下长件，如内外汽缸，(ASTM) 期工作。焊接性能尚可。根据补焊金属的厚度不阀门等 同，焊前预热温度为100?,150?。焊条用 TRCr3Mo1-7(热407) 为合金铸钢。属综合性能良好的热强铸钢。该 用于工作温度?钢的铸造工艺性能较ZG20CrMoV钢稍差，容易 570?的铸件，如ZG15Cr1Mo1V 产生裂纹。对热处理冷却速度相当敏感，容易在15Х1М1Ф 汽轮机高中压缸、铸件中造成不均匀的组织和性能。焊接性能尚可，Л(前苏联) JB/T 9625 喷嘴室和主汽阀需预热到300?,350?及层间保温，焊后缓冷并 等 尽快去应力退火。焊条用TRCr1MoVW-7(热327) 为合金铸钢。该钢具有良好的综合性能，铸造 用于工作温度?A356、 性能较ZG15Cr1Mo1V钢好，抗腐蚀和抗高温氧 566?的汽轮机内 ZG15Cr2Mo1 A217 化性能优于ZG15Cr1Mo钢。焊接性能尚可。根 缸、阀壳、喷嘴室据焊补金属厚度，焊前预热温度?150?或?(ASTM) 等铸件 250?，焊条用TRCr3Mo1-7(热407)