電廠金屬常用材料選用

電廠金屬材料選用

第一講

金屬材料在電廠設(shè)備中的重要性火力發(fā)電設(shè)備由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其輔機(jī)配套而成，設(shè)備用鋼種類繁多。部件運(yùn)行條件各異，有的長期在高溫、高壓下運(yùn)行，有的在高速旋轉(zhuǎn)條件下承受扭矩和沖擊載荷的作用，有的則在煙、汽、水等腐蝕介質(zhì)條件下工作。因此對材料性能的要求也各不相同。正確選用火電機(jī)組重要部件的金屬材料，充分發(fā)揮材料的可用潛力，是提高機(jī)組可靠性運(yùn)行的有效方法。金屬材料在電廠設(shè)備中有決定性的作用，隨著機(jī)組材料使用的正確與否，直接威脅著設(shè)備及人身的安全，近幾年由于材料問題而發(fā)生的事故時有發(fā)生。如下案例：?

?

?案例一：青海華電大通發(fā)電有限公司2×300MW工程2號機(jī)組主蒸汽管道（材質(zhì)P91）于2006年10月31日21時10分調(diào)試階段鍋爐嚴(yán)密性試驗(yàn)及安全門整定時爆裂，爆裂位置位于約17m標(biāo)高汽機(jī)房內(nèi)立管上，裂口沿立管縱向分布、長約900mm、呈脆斷特征，裂口端部距最近焊口約2m。爆裂造成2死1傷（均為民工）。爆裂時主汽參數(shù)為13.36MPa、483℃，為2號爐2006年10月17日首次點(diǎn)火后最高參數(shù)。（如圖）案例二：2006年12月12日9時2分，山西神頭第二發(fā)電廠#1機(jī)標(biāo)高6.5米層主蒸汽管道發(fā)生爆裂事故，正在汽機(jī)和鍋爐房工作的7名清潔工被燒傷或灼傷，其中2名重傷者經(jīng)搶救無效死亡。事故機(jī)組為捷克制造500MW，于1992年7月16日投產(chǎn)，分別于1994年8月、1997年8月、2001年9月和2006年9月進(jìn)行過四次大修。發(fā)生事故主蒸汽管道規(guī)格為Φ400多×42mm，材質(zhì)為SN417134馬氏體耐熱不銹鋼材料。（如圖）案例三：伊川三電主汽管道裂紋：外壁：裂紋區(qū)位于凹坑上半部分（管道安裝方向），磁粉探傷后經(jīng)測裂紋區(qū)長約125mm，沿管子軸向分布。凹坑長約400mm，凹坑上半部分寬約18mm,下半部分寬約45mm，凹坑處壁厚41mm。內(nèi)壁：縱向有一條主裂紋長約498mm,較為平直?？v向裂紋中部寬約7mm，紋尖端寬約1.5mm。（如圖）案例四：洛陽雙源熱電有限責(zé)任公司#1機(jī)組主汽管道焊縫，在1998年1月4日累計(jì)1732小時后開裂泄漏，對主汽管道焊縫全部進(jìn)行返修處理。在2011年9月29日#2機(jī)組大修時在同結(jié)構(gòu)處再次發(fā)現(xiàn)兩道主汽管道裂紋。（如圖）案例五：洛陽雙源熱電有限責(zé)任公司主汽疏水母管爆破斷裂，汽水6米管道間主汽管疏水母管爆裂。（如圖）?金屬材料基礎(chǔ)知識普及?碳鋼的分類按含碳量分為：

1）低碳鋼：含碳量≤0.25%2）中碳鋼：含碳量0.25%~0.6%

3）高碳鋼：含碳量＞0.6%按鋼的質(zhì)量分為：

1）碳素鋼：鋼中含S≤0.055%，P≤0.045%2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含S≤0.040%，P≤0.040%3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼種含S≤0.030%，P≤0.035%?碳鋼的編號及用途：1）碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼的牌號按照力學(xué)性能中的屈服強(qiáng)度分為五種來編號：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275，數(shù)字越大說明屈服強(qiáng)度越高，碳鋼中的含碳量也越高，塑性也就越低。這類鋼用于制造鋼板、圓鋼以及各類型鋼。2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含錳量≤0.8%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。如20、45鋼即表示含碳量為0.20%、0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。含錳量在0.7%~1.2%之間編號常在鋼號后面加寫Mn，如20Mn.這類鋼應(yīng)用廣泛，低碳、中碳、高碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用于各個領(lǐng)域。3）高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這種鋼S、P含量更低，鋼號后面加寫A字，如20A。20A廣泛用于鍋爐的水冷壁管。?合金鋼的分類按化學(xué)成分分類：低合金鋼：合金元素含量≤5%中合金鋼：合金元素含量5%~10%高合金鋼：合金元素含量≥10%按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼：一類為建筑及工程結(jié)構(gòu)用鋼，即普通低合金鋼。一類為機(jī)器制造用鋼，分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼和軸承鋼等。合金工具鋼：合金工具鋼分三類：刃具鋼、模具鋼、量具鋼。特殊性能鋼：此鋼按其所具有的特殊物理、化學(xué)和力學(xué)性能分為磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。?合金鋼的編號方法：合金結(jié)構(gòu)鋼：這類鋼的編號是：兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字前面兩位數(shù)字表示鋼中含碳量的萬分?jǐn)?shù)，元素符號指所含的合金元素，元素符號后面的數(shù)字表示該元素含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素含量小于1%或1.5%時，鋼號中只標(biāo)元素符號，不標(biāo)數(shù)字。例如：12Cr1MoV表示鋼種含碳量約0.12%，含Cr量約1%，Mo、V含量均小于1%。合金工具鋼：這類鋼編號是：一位數(shù)字+元素符號+數(shù)字一位數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)，合金元素及其含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如：9Mn2V表示鋼中含碳量約0.9%，含Mn量約2%，含V量＜1%。特殊性能鋼：高合金特殊性能鋼的鋼號表示方法與合金工具鋼相似。例如2Cr13。低合金特殊性能鋼的鋼號表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似。例如25Cr2Mo1V。?電廠金屬材料選材的基本原則?綜合考慮材料的使用性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性使用性能應(yīng)根據(jù)部件的設(shè)計(jì)工作溫度、受力狀況、介質(zhì)特性及工作的長期性和安全性確定。工藝性能應(yīng)根據(jù)部件的幾何形狀、尺寸、制造工藝及部件失效后的修復(fù)方法來確定。?選用的金屬材料應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求產(chǎn)品合格證及質(zhì)量證書應(yīng)齊全，包括：材料牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱處理工藝以及其必要的性能和試驗(yàn)結(jié)果等資料。此材料還要經(jīng)金屬監(jiān)督專職工程師驗(yàn)收合格后才能使用。選擇代用材料時，應(yīng)選用化學(xué)成分、性能相近或略優(yōu)者同時應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，保證在使用條件下各項(xiàng)性能指標(biāo)均不低于設(shè)計(jì)要求。?

?制造、安裝中使用代用材料，應(yīng)得到設(shè)計(jì)單位及使用單位的許可，并由設(shè)計(jì)單位出具修改通知單。檢修中使用代用材料應(yīng)征得金屬監(jiān)督專職工程師的同意，并經(jīng)總工程師批準(zhǔn)。為防止錯用金屬材料，代用前和組裝后，應(yīng)對代用材料進(jìn)行光譜或其他方法復(fù)查，確認(rèn)材料無誤后，方可投入運(yùn)行。??電廠常用金屬材料?受熱面及疏水管道常用材料：按使用溫度級別從低到高依次為：材料20G15Mo315CrMo12Cr1MoV鋼102T91最高使用溫度℃450530540570600650材料T92TP304TP347TP347HFGSuper304HHR3C最高使用溫度℃650705705705705620?用在機(jī)爐外管道時一般溫度再下降約30℃；我們選擇材料時，首先應(yīng)清楚該處工況，即溫度及壓力，主要是溫度。材料不能相互替代。300WM機(jī)組主汽及熱段疏水管道一般選用12Cr1MoV，600WM及以上機(jī)組一般選用T91、T92。?四大管道材料的選用：按使用溫度級別從低到高依次為：材

料20GWB3615CrMo12Cr1MoV

12Cr2Mo1最高使用溫度℃425

500

510

540

570材料15Cr1Mo1VP91P92最高使用溫度℃570650

650?現(xiàn)在四大管道選用材料相對單一，給水管道一般為20G、WB36，熱段一般選用12Cr2Mo1、P91、P92，冷段一般為20G，主汽選用12Cr2Mo1、P91、P92，選用15Cr1Mo1V較少。四大管道相對比較好掌握。?閥門材料的選用：按使用溫度級別從低到高依次為：材料20/25/ZG200-400/ZG230-450WC115CrMo最高使用溫度℃450

470550材料15Cr1Mo1V/12Cr1MoVWC6/WC91Cr18Ni9Ti(ZG)最高使用溫度℃570

593650?閥門材料選用一般參考對應(yīng)管系進(jìn)行選材，盡量做到與管系材質(zhì)一致或接近。凡屬下列類型的缺陷不允許補(bǔ)焊，應(yīng)予以報廢。a)涉及面廣，無法清除干凈的砂眼、夾渣、氣孔、貫穿性裂紋等缺陷。b)所在部位無法補(bǔ)焊或補(bǔ)焊后不能保證質(zhì)量或不能采取有效的檢查手段。c)精加工后發(fā)現(xiàn)的缺陷，經(jīng)補(bǔ)焊不能保證質(zhì)量的。??高溫緊固件材料的選擇：按使用溫度級別從低到高依次為：材料35/4535CrMo25Cr2MoV25Cr2Mo1V/20Cr1Mo1V最高使用溫度℃400

480510550材料20Cr1Mo1VTiB/C-422(2Cr12NiMo1W1V)R-26/GH4145最高使用溫度℃570

677?螺母強(qiáng)度宜比螺栓材料低一級，硬度低20HBW-50HBW。常用緊固件的硬度范圍及熱處理工藝：材料硬度（HBW）熱處理工藝35146-196840℃-860℃空冷45187-229

840℃-860℃空冷，580℃-630℃空冷35CrMo241-285850℃-870℃油/水冷，540℃-620℃回火25Cr2MoV248-293920℃-940℃油冷，640℃-690℃回火25Cr2Mo1V248-293950℃-980℃空冷，680℃6h回火20Cr1Mo1VTiB255-2931030℃-1050℃油冷，700℃6h回火C-422277-331980℃油冷，680℃回火??針對我廠各重要部件金屬材料的選擇?165WM機(jī)組重要部件金屬材料的選擇：主蒸汽管道：材料15Cr1Mo1V，規(guī)格Φ377×50注：與主蒸汽管道連接的疏放水管材質(zhì)為12Cr1MoV.??主給水管道：材料20，規(guī)格Φ273×28注：與主給水管道連接的小管材質(zhì)為20.?受熱面管道：一級過熱器聯(lián)箱：入口20G，Φ219×36，出口12Cr1MoV,Φ273×25一級過熱器管子：20G/12Cr1MoV，Φ38×4二級過熱器聯(lián)箱：入口12Cr1MoV，Φ325×30，出口12Cr1MoV,Φ133×20二級過熱器管子：12Cr1MoV，Φ38×5三級過熱器聯(lián)箱：入口12Cr1MoV，Φ133×17，出口12Cr1MoV,Φ133×24三級過熱器管子：12Cr1MoV，Φ38×6四級過熱器聯(lián)箱：入口12Cr1MoV，Φ133×20，出口12Cr1MoV,Φ133×24四級過熱器管子：0Cr18Ni10Ti/12Cr1MoV，Φ38×5/Φ38×7水冷壁聯(lián)箱：20G,Φ133×20水冷壁管子：20G,Φ60×6省煤器聯(lián)箱：20G,Φ219×25省煤器管子：20G,Φ32×4下降管：20,Φ273×26?300WM機(jī)組重要部件金屬材料的選擇?主蒸汽管道：材料P91，規(guī)格Φ455×50

再熱蒸汽管道：材料P22，規(guī)格Φ703×40注：與主汽管道和再熱蒸汽管道連接的疏放水管材質(zhì)為12Cr1MoV?主給水管道：材料20G，規(guī)格注：與主給水管道連接的小管材質(zhì)為20.?過熱蒸汽系統(tǒng)：頂棚過熱器集箱：入口20G，Φ273×50，出口20G，Φ335×60頂棚過熱器管子：15CrMoG,Φ48.5×6水平煙道集箱：20G，Φ273×50，后豎井側(cè)包墻集箱：20G，Φ273×45環(huán)形集箱：前部20G，Φ355×60，后部20G，Φ355×65低溫過熱器出口集箱：12Cr1MoVG，Φ406×50低溫過熱器管子：12Cr1MoVG/15CrMoG/SA-210C,Φ57×7前大屏集箱：入口12Cr1MoVG,Φ323×40，出口12Cr1MoVG,Φ368×45后屏集箱：入口12Cr1MoVG,Φ323×40，出口12Cr1MoVG,Φ355×50后屏過熱器管：TP347/T91/12Cr1MoVG,Φ51×9/×8.5分隔屏過熱器管：TP347/T91/12Cr1MoVGΦ51×6高溫