發(fā)電廠管道材料大全

發(fā)電廠

管道材料目次1概述2鋼鐵的基本知識2.1鋼的成分、組織和性能之間的關(guān)系2.2材料的力學(xué)行為3耐熱鋼3.1熱強鋼的發(fā)展3.2國內(nèi)外鋼號對照3.3電廠管道用鋼的要求目次4高溫金屬部件在運行中的組織老化與損傷4.1碳化物的球化和碳化物的聚集 4.2石墨化（碳鋼和低碳Mo鋼）4.3時效和新相形成4.4合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配4.5金屬在高溫下的氧化與腐蝕5典型鋼種介紹5.1碳鋼與碳錳鋼5.2鉬鋼與鉻鉬鋼5.3馬氏體耐熱鋼6電廠管道的檢驗和監(jiān)督1概述 火電廠管道作為熱力系統(tǒng)中各個設(shè)備（鍋爐汽輪機和輔助設(shè)備）之間的聯(lián)絡(luò)管路，輸送不同的介質(zhì)。必須按照介質(zhì)的溫度和壓力等使用條件、材料的特性如焊接性能、加工工藝性能以及經(jīng)濟性來選擇材料，并在管道的設(shè)計、制造和運行中充分考慮到材料的特性。 火力發(fā)電廠金屬材料選用依據(jù)DL/T715火力發(fā)電廠金屬材料選用導(dǎo)則。2鋼鐵材料的基本知識2.1鋼的成分、組織和性能之間的關(guān)系 電廠管道的使用壽命是由所采用的鋼的性能和使用條件共同決定的，只有二者相匹配的時候才有合理的使用壽命。鋼的最終使用性能是由成分和組織決定的。2.1.1鐵碳平衡相圖 反映了在平衡條件下，不同鐵碳合金的成分、溫度、組織之間的相互關(guān)系，并表示了合金中相的組成、相的相對含量和相的變化過程。C含量小于2.11％的Fe-C合金稱為鋼，C<0.25%稱為低碳鋼，電廠個管道用鋼一般都是低碳鋼。 鐵素體是C在體心立方α-Fe中的固溶體；奧氏體是C在面心立方γ-Fe中的固溶體；Fe3C是Fe與C形成的一種金屬間化合物。2.1.2鋼中的合金元素與雜質(zhì)元素 有意識加入鋼中改善力學(xué)、物理、化學(xué)性能的元素稱為合金元素，電廠管道用鋼的主要合金元素有Cr、Mo、V、W、Nb、Ni等； 冶煉中帶入常存的元素稱為雜質(zhì)元素，對鋼的性能產(chǎn)生不利影響的雜質(zhì)元素為有害元素如S、P等。2.1.3鋼的熱處理 將金屬及其合金加熱到一定的溫度，保溫然后以一定的速率冷卻，使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得預(yù)期的性能（機械、加工、物理化學(xué)性能）的操作工藝。 電廠管道用鋼的最終熱處理一般為正火＋回火，低碳鋼有時在熱軋后直接使用，有時為了保證厚壁鋼管的性能均勻采用淬火＋回火。根據(jù)成分和冷卻條件不同可分別得到鐵素體、回火珠光體、回火貝氏體、回火馬氏體及其組合。 對某些合金在加熱和冷卻過程中一直保持奧氏體組織，不發(fā)生相變，稱為奧氏體鋼，與此對應(yīng)，按照歐美習(xí)慣珠光體、貝氏體、馬氏體耐熱鋼鋼統(tǒng)稱為鐵素體耐熱鋼。2.2材料的力學(xué)行為2.2.1室溫力學(xué)性能 屈服強度、抗拉強度和塑性；沖擊功：材料在抵抗瞬間沖擊載荷的能力，以夏比沖擊試驗來確定。沖擊功比延伸率等塑性指標對冶金質(zhì)量等更為敏感。脆性轉(zhuǎn)變溫度：材料的沖擊功隨試驗溫度降低而降低，材料發(fā)生脆性斷裂的臨界溫度稱為韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，一般把整個沖擊斷口中50%為脆性結(jié)晶區(qū)所對應(yīng)的溫度作為脆性臨界轉(zhuǎn)變溫度FATT50。對電廠管道來說，F(xiàn)ATT5050是個重要的指標，如水壓試驗，許多常用鋼其脆性轉(zhuǎn)變溫度在室溫附近，如12Cr1MoV鋼、15Cr1Mo1V鋼等。管道用鋼的FATT50隨著運行時間的延長會逐漸上升。2.2.2高溫下的變形與斷裂 蠕變：材料在長時間的恒定載荷、較高的恒定溫度下緩慢地產(chǎn)生不能恢復(fù)的塑性變形的現(xiàn)象。蠕變曲線分為蠕變減速階段、蠕變恒速階段、蠕變加速階段。 持久強度：在給定的溫度T下，達到規(guī)定的持續(xù)時間而不發(fā)生斷裂的最小應(yīng)力，στT，鍋爐汽機材料一般規(guī)定的時間為105h。 持久塑性：持久強度試驗斷裂后試樣的延伸率或斷面收縮率，對管道用鋼一般要求3-5%。 設(shè)計中是否考慮蠕變主要取決于溫度，通常碳鋼在300-350℃以上，合金鋼在400-450℃以上就應(yīng)考慮蠕變問題。 影響鋼的持久強度的因素包括化學(xué)成分、冶煉方法、組織結(jié)構(gòu)、熱處理工藝等2.2.3疲勞－動載荷下的失效 構(gòu)件在變動載荷和應(yīng)變長期作用下由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象，高溫條件下的工作構(gòu)件，承受高溫疲勞或蠕變-疲勞交互作用。3耐熱鋼3.1熱強鋼的發(fā)展 高溫下工作的鋼稱為耐熱鋼，包括抗氧化鋼和熱強鋼兩大類，電廠汽水管道用鋼均是熱強鋼。耐熱鋼與熱強鋼間并不嚴格區(qū)分。 電廠用耐熱鋼按其晶格類型可以分為鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼兩大類。我國沿用前蘇聯(lián)的體系又將鐵素體型的耐熱鋼按正火態(tài)的組織細分為珠光體、貝氏體、馬氏體耐熱鋼。 電廠管道用鋼通常都是鐵素體耐熱鋼，原因是奧氏體耐熱鋼盡管熱強性能好，但熱膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性能差，管系推力大，抗熱疲勞性能差，影響機組啟停靈活性,此外應(yīng)力腐蝕敏感性高、無損探傷也困難。 電廠管道用鋼經(jīng)歷了碳鋼－鉬鋼－鉻鉬鋼－鉻鉬釩鋼－9-12%Cr馬氏體鋼等幾個發(fā)展階段，合金化程度越來越高，使用溫度也越來越高。3.2國內(nèi)外電廠管道無縫鋼管鋼號對照類型GB5310ASMESA106/SA335EN10216-2JISG3458G3456碳鋼20G106B/CP235GHSTPT410Mo鋼15MoGP116MoSTPA12CrMo鋼15CrMoGP1213CrMo4412Cr2MoGP2210CrMo910STPA2407Cr2MoW2VNbBP2308Cr2Mo1VTiBP247CrMoVTiB10-107CrWVMoNb9-69-12％Cr10Cr9Mo1VNbNP91X10CrMoVNb9-1STPA2810Cr9MoW2VNbBNP92X10CrWMoVNb9-2STPA2911Cr9Mo1W1VNbBNP911X11CrMoWVNb9-1-110Cr11MoW2VNbCu1BNP122SUS410J3TP15Ni1MnMoNbCuP3615NiCuMoNb5-6-43.3電電廠廠管管道道用用鋼鋼的的要要求求使用用溫溫度度下下的的高高溫溫強強度度良好好的的高高溫溫組組織織穩(wěn)穩(wěn)定定性性熱疲疲勞勞性性能能和和蠕蠕變變－－疲疲勞勞性性能能；；可能能要要考考慮慮蒸蒸汽汽側(cè)側(cè)抗抗氧氧化化性性能能；；優(yōu)良良的的焊焊接接性性能能電廠廠管管道道用用鋼鋼均均為為專專用用鋼鋼鋼的的冶冶金金質(zhì)質(zhì)量量分分類類普通通鋼鋼（（P≤≤0.045%，，S≤≤0.050%））優(yōu)質(zhì)質(zhì)鋼鋼（（P、、S均均≤≤0.035%））高級級優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)鋼鋼（（P≤≤0.035%，，S≤≤0.030%））特級級優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)鋼鋼（（P≤≤0.025%S≤≤0.015%））對對碳碳鋼鋼和和合合金金鋼鋼要要求求略略有有不不同同。。電廠廠管管道道用用鋼鋼必必須須是是專專用用鋼鋼，，冶冶煉煉方方式式、、對對S、、P、、非非金金屬屬夾夾雜雜、、各各項項性性能能都都有有特特殊殊的的要要求求.舉例例：：20G－－GB5310高高壓壓鍋鍋爐爐用用無無縫縫鋼鋼管管20g－－GB713鍋鍋爐爐用用鋼鋼板板20-GBGB3087低低中中壓壓鍋鍋爐爐用用無無縫縫鋼鋼管管2020A20EGB699冶煉煉方方式式、、化化學(xué)學(xué)成成分分、、鋼鋼坯坯、、尺尺寸寸公公差差、、非非金金屬屬夾夾雜雜、、力力學(xué)學(xué)性性能能指指標標、、應(yīng)應(yīng)變變時時效效敏敏感感性性等等4高溫溫金金屬屬部部件件在在運運行行中中的的組組織織老老化化與與損損傷傷供貨貨態(tài)態(tài)的的管管道道材材料料組組織織結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)屬屬于于非非平平衡衡組組織織，，在在高高溫溫和和應(yīng)應(yīng)力力作作用用下下，，將將逐逐漸漸向向平平衡衡態(tài)態(tài)組組織織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變，，性性能能逐逐漸漸劣劣化化，，即即產(chǎn)產(chǎn)生生組組織織老老化化與與4.1碳化物的球化和碳化物的聚集

在高溫長期應(yīng)力作用下，鋼中原來的珠光體（貝氏體）的片層狀滲碳體Fe3C、（FeCr）3C（在合金鋼中稱合金滲碳體或碳化物），逐步改變自己的形狀為球體的現(xiàn)象；球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的聚集。影響因素包括：溫度、時間、應(yīng)力、鋼的化學(xué)成分、冷變形和晶粒度。4.2石石墨墨化化（（碳碳鋼鋼和和低低碳碳MO鋼鋼））石墨墨化化就就是是耐耐熱熱鋼鋼在在運運行行中中滲滲碳碳體體分分解解為為鐵鐵和和游游離離石石墨墨，，在在鋼鋼中中形形成成了了石石墨墨““夾夾雜雜””的的現(xiàn)現(xiàn)象象。。主主要要發(fā)發(fā)生生在在碳碳鋼鋼和和Mo鋼鋼中中，，碳碳鋼鋼450~700℃℃，，鉬鉬鋼鋼480~700℃℃。。溫溫度度和和合合金金元元素素、、晶晶粒粒尺尺寸寸和和冷冷變變形形。。4.3合合金金元元素素在在固固溶溶體體和和碳碳化化物物之之間間的的重重新新分分配配Cr、Mn、Mo尤尤其是Mo在基體中中的含量逐逐漸降低，，轉(zhuǎn)移到碳碳化物中、、碳化物類類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)、分布狀狀態(tài)發(fā)生變變化：碳化化物量越來來越多，顆顆粒變大。。4.4時效效和新相形形成耐熱鋼在服服役過程中中從組織的的過飽和固固溶體中析析出一些新新相導(dǎo)致性性能隨時間間發(fā)生變化化的現(xiàn)象，，時效過程程中析出的的一般是碳碳化物、氮氮化物和金金屬間化合合物，如P91中的的Laves相、Z相等，WB36中中的Cu相相等。4.5金金屬在高高溫下的氧氧化與腐蝕蝕電廠金屬中中涉及的氧氧化腐蝕問問題很多，，對電廠管管道主要有有外壁氧化化、蒸汽側(cè)側(cè)氧化、應(yīng)應(yīng)力腐蝕、、腐蝕疲勞勞等。5電廠管管道典型鋼鋼種介紹5.1碳碳鋼與碳碳錳鋼主要鋼種：：20G、、P195GH、P235GH、STPT410、ASMESA106B、、C熱處理：熱熱軋態(tài)或正正火態(tài)供貨貨組織：鐵素素體＋珠光光體性能特點：：成分簡單，，塑性、韌韌性好、彎彎管、焊接接、熱處理理工藝性能能，應(yīng)用廣廣泛。SA-106C與20G碳鋼鋼類似，但但碳、錳含含量較高，，故其屈服服強度較20G高約約12%左左右，而塑塑、韌性也也并不差。。該鋼的生生產(chǎn)工藝簡簡單，冷熱熱加工性能能好。代替替20G可可以減薄壁壁厚約10%，節(jié)約約材料，減減少焊接工工作量，并并改善疲勞勞性能。組織穩(wěn)定性性不好：珠珠光體球化化和碳化物物聚集、石石墨化，原原因：高溫溫下C原子子的擴散容容易，鐵素素體中沒有有合金元素素。應(yīng)用范圍：：過熱器450℃以以下，高溫溫管道425℃以下下。5.2鉬鉬鋼添加Mo，，抑制Fe的擴散，，提高再結(jié)結(jié)晶溫度、、產(chǎn)生固溶溶強化效果果。15MoG、16Mo珠光體球化化速度減小小，但石墨墨化依然嚴嚴重，使用用溫度不超超過500℃。5.3鉻鉻鉬鋼Cr的作用用：提高抗抗氧化能力力、形成（（Fe,Cr)3C、Cr7C3、M23C6等合金碳化化物，減緩緩C在鐵素素體中的擴擴散，抑制制球化和石石墨化；強強化鐵素體體基體。12CrMo（0.5Cr0.5Mo）、15CrMo（1Cr0.5Mo））；P11、P12；13CrMo44組織：鐵素素體＋珠光光體500-510℃、、510-530℃℃的蒸汽管管道12Cr2MoG；；10CrMo910；P22；STPA24良好的加工工工藝性能能和焊接性性能；持久久塑性好；；對熱處理理不敏感，，大截面組組織均勻，，熱處理方方式多（退退火、正火火+回火、、淬火＋回回火、熱軋軋＋回火））；回火貝氏體體或鐵素體體＋貝氏體體組織或珠珠光體；570℃以以下的管道道對于碳鋼和和CrMo鋼一種廣廣為接受的的觀點是完完全的貝氏氏體組織比比F＋B或或珠光體好好；貝氏體在高高應(yīng)力短時時間下的蠕蠕變強度高高，但高溫溫下組織退退化比珠光光體更快，，因此在長長期服役下下，不同組組織的持久久強度會收收斂到一個個點；對P22鋼鋼，，收收斂斂點點540℃℃時時約約為為50000h。。因此此低低合合金金CrMo鋼鋼對對熱熱處處理理不不敏敏感感，，但但最最近近幾幾年年部部分分P22強強度度過過低低，，組組織織不不理理想想，，可可能能影影響響管管道道的的壽壽命命。。5.312Cr1MoV前蘇蘇聯(lián)聯(lián)開開發(fā)發(fā)的的鋼鋼種種12××1Mφφ，，在在國國內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)用用廣廣泛泛；；在P12（（1Cr0.5Mo））鋼鋼基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上添添加加0.25V，，形形成成穩(wěn)穩(wěn)定定的的碳碳化化物物并并抑抑制制其其它它元元素素如如Mo從從基基體體向向碳碳化化物物轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移，，顯顯著著提提高高了了組組織織穩(wěn)穩(wěn)定定性性和和熱熱強強性性，，許許用用應(yīng)應(yīng)力力比比P22高高許許多多。。正火火溫溫度度980-1020℃℃，，以以充充分分溶溶解解V的的碳碳化化物物；；對正正火火溫溫度度和和冷冷卻卻速速率率非非常常敏敏感感，，組組織織多多樣樣，，容容易易出出現(xiàn)現(xiàn)沖沖擊擊功功偏偏低低的的情情況況。。金屬屬溫溫度度≤≤570℃℃蒸蒸汽汽管管道道鋼鋼管管5.415NiCuMoNb5-6-4WB36是是德德國國開開發(fā)發(fā)的的一一種種NiCuMo調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)細細晶晶粒粒耐耐熱熱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼鋼主要要成成分分：：0.15C-1.1Mn-1.1Ni-0.7Cu-0.3Mo-Nb;Nb的的細細晶晶強強化化、、Cu的的析析出出強強化化；；Cu導(dǎo)導(dǎo)致致紅紅脆脆性性，，Ni含含量量必必須須在在1.5Cu以以上上熱處處理理：：880-980℃℃正正火火或或淬淬火火，，580-680℃℃回回火火；；加加熱熱均均勻勻采采取取合合適適的的冷冷卻卻速速率率非非常常重重要要；；組織織為為鐵鐵素素體體＋＋貝貝氏氏體體，，完完全全沒沒有有珠珠光光體體性能能特特點點強度度比比A106C、、16Mo3（（P1)等等有有大大幅幅度度提提高高；；最高高使使用用溫溫度度450℃℃，，實實際際使使用用溫溫度度350℃℃以以下下。。作為為給給水水管管道道使使用用溫溫度度范范圍圍不不會會產(chǎn)產(chǎn)生生蠕蠕變變；；應(yīng)該關(guān)注注使用中中的時效效問題；；供貨態(tài)有有50%Cu固固溶在基基體中，，運行過過程中會會析出納納米富銅銅相，引引起材料料的脆性性，脆性性轉(zhuǎn)變溫溫度可提提高70℃。1987－1998年年，德國國的WB36管管道和壓壓力容器器在運行行和水壓壓試驗中中發(fā)生了了一系列列問題，，運行溫溫度280-350℃℃。控制材料料中的S含量，，提高韌韌性儲備備應(yīng)用范圍圍：給水水管道5.5P23/P24最初主要要是針對對超超臨臨界鍋爐爐水冷壁壁而開發(fā)發(fā)：重點點考慮：：450℃℃以下良良好的抗抗拉強度度；550℃℃以下的的持久強強度；無需焊后后熱處理理的優(yōu)異異焊接性性能；P23（（SMI)&P24（V&M））從強度上上來講，，P23和P24至少少在545℃的的機組集集箱和管管道上有有很大的的優(yōu)勢；；國內(nèi)對P24沒沒有系統(tǒng)統(tǒng)的研究究，對P23的的研究應(yīng)應(yīng)該進一一步完善善，特別別是工藝藝性能評評價；現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在變截截面部件件如水冷冷壁、集集箱管座座焊接時時再熱裂裂紋問題題嚴重，，在大量量用于管管道和集集箱材料料前應(yīng)首首先解決決該問題題。5.69-12%Cr馬馬氏體鋼鋼T91/P91：10Cr9Mo1VNbNT92/P921.8WT911/P9111.0WT122/P1222.0WCu熱處理：：1040-1080℃℃×1h正火（（空冷））冶煉、熱熱加工過過程中的的粗大(Cr,Fe,Mo)23C6、(Nb,V)(N,C)相重重新固溶溶充分的奧奧氏體化化完全的馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變、80mm以下可可完全淬淬透高位錯密密度的、、高硬度度板條馬馬氏體680－－780℃回火火部分位錯錯的湮沒沒、亞晶晶界的形形成；M23C6在奧氏體體晶界、、板條界界、亞晶晶界的析析出；MX在晶晶內(nèi)、界界面處的的析出。。強度硬度度降低、、塑性韌韌性提高高多尺度強強化機理理位錯強化化W、Mo固