金屬材料基本知識(shí)

金屬材料基本知識(shí)鋼鐵材料及其生產(chǎn)在人們生活中所用的、遇到的材料分為金屬材料和非金屬材料。金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防以及科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的工程材料。這不僅是由于其來源豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成熟，而且還具有優(yōu)良的性能。金屬材料又有鋼鐵（黑色金屬）和有色金屬等，如碳鋼、合金鋼、有色金屬、鑄鐵及其合金等。鋼與生鐵由于碳含量不同，性能和用途也不同。生鐵的含碳量一般有2.5-4.5%，按其用途分為煉鋼生鐵（含碳4%左右，是煉鋼的主要原料）和鑄造生鐵（鑄鐵）。最終煉出來的鋼碳含量一般都小于1.3%，除少數(shù)直接鑄成各種形狀的鑄件外，絕大多數(shù)先鑄成鋼錠，再經(jīng)軋制或鍛壓成各種鋼件和鍛件，然后供進(jìn)一步加工使用。其中應(yīng)用最為廣泛的是碳鋼和合金鋼。如將鋼按用途來劃分，有結(jié)構(gòu)鋼（建筑及工程用鋼或結(jié)構(gòu)用鋼，如鍋爐中的鋼結(jié)構(gòu)等）、工具鋼（各種量具、刃具、模具鋼等）和特殊性能鋼（耐熱鋼、不銹耐酸鋼及電工用鋼）；按質(zhì)量來劃分則有普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼三類；按冶煉方法、鋼液脫氧程度和鑄錠工藝的不同來劃分則有沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧完全的鋼，化學(xué)成分和力學(xué)性能均勻、焊接性能和抗腐蝕性好，一般用來做較重要的部件；受壓元件用鋼即是）和半鎮(zhèn)靜鋼三類；此外還有其余種類的如按金相組織分類方法。電站鍋爐所耗用的金屬材料數(shù)量大、品種規(guī)格多，除少量有色金屬和鑄鐵外，絕大多數(shù)為鋼材。其中有鋼管、鋼板、棒材、工字鋼、槽鋼、角鋼以及鑄鍛件等。一部分鋼材為普通鋼，用來制作鍋爐的普通結(jié)構(gòu)件，性能要求并不高（主要是一些普通鋼結(jié)構(gòu)，是從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中所引用的一些鋼號(hào)）。另一部分則用來制作高溫、高壓（或承受高應(yīng)力）條件下或處于腐蝕性介質(zhì)中長(zhǎng)期工作的元件。這些鍋爐鋼是綜合性能要求很高的材料。從20世紀(jì)50年代起，我國(guó)冶金部門、鍋爐制造行業(yè)和電力部門的科研、生產(chǎn)單位在鍋爐鋼合金化、冶金生產(chǎn)、焊接和熱處理工藝、性能測(cè)試、壽命分析諸方面開展了大量的應(yīng)用研究，形成了我國(guó)獨(dú)特的鍋爐用鋼體系，有利地保證了火電設(shè)備向大容量、高參數(shù)的不斷發(fā)展。從80年代以來，隨著我國(guó)鍋爐制造業(yè)與國(guó)外的不斷交流，也引進(jìn)了不少國(guó)外的優(yōu)質(zhì)鍋爐鋼種進(jìn)入我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)體系。鋼鐵的冶煉煉鐵的主要設(shè)備是高爐，高爐煉鐵的原料主要是鐵礦石、焦炭和熔劑（如石灰石等）。鐵的冶煉過程，實(shí)質(zhì)就是將鐵礦石中的氧化鐵還原成鐵的過程。高爐中焦炭本身的碳及其燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物一氧化碳都對(duì)氧化鐵起還原作用。鋼與生鐵的最主要區(qū)別就是碳含量不同，將生鐵進(jìn)行精煉以大幅度降低碳量（和各種雜質(zhì)）就得到符合要求的鋼。精煉所依托的原理主要含有脫碳反應(yīng)（FeO+C=Fe+CO）、硅錳的氧化反應(yīng)（2FeO+Si=2Fe+SiO，F(xiàn)eO+Mn二Fe+MnO）、去磷硫過程（去磷反應(yīng)2FeP+5FeO=PO+9Fe,2 2 25PO+4CaO=4CaO.PO,去硫反應(yīng)FeS+CaO二CaS+FeO）、脫氧反應(yīng)（沉淀脫氧：將含有Si、Mn、25 25Al等元素的脫氧劑直接加入鋼液中，使在鋼中的FeO還原，生成不溶于鋼液的氧化物，然后上浮排除；擴(kuò)散脫氧：是向爐渣中加入鋁粉、炭粉和硅鈣粉等脫氧劑，降低渣中FeO含量，破壞渣、鋼間的FeO的平衡，使鋼液中的FeO轉(zhuǎn)入渣中而脫氧，這種方法得到的鋼質(zhì)好）。煉鋼的方法主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼法，平爐煉鋼法，電爐煉鋼法和電渣重熔法四種。不同的煉鋼方法的工藝不同，但最終結(jié)果是：當(dāng)鋼液的成分和溫度均達(dá)到規(guī)定的要求，爐渣流動(dòng)性良好時(shí)，就可出鋼澆注。鋼錠組織鋼錠表面到心部，依次為細(xì)小的等軸晶粒、柱狀晶粒和粗大的等軸晶粒組成。根據(jù)鋼中的含氧量和凝固時(shí)放出的一氧化碳的程度，可將鋼錠分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鋁進(jìn)行充分脫氧，使所含氧量不超過0.01%,以至于鋼液在凝固時(shí)不析出一氧化碳，得到成分比較均勻，組織比較致密的鋼錠，稱為鎮(zhèn)靜鋼。受壓部件所使用的鋼必須是鎮(zhèn)靜鋼。在冶煉末期，鋼液僅進(jìn)行了輕度脫氧，而使得相當(dāng)數(shù)量的氧（0.03%以上）留在鋼中，則鋼液注入錠模后，鋼中的氧會(huì)與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，析出大量的一氧化碳，引起鋼液沸騰，稱之。其成分偏析大、組織不致密，性能不均勻，沖擊韌性低。鋼的加工冶煉成的鋼錠，除一部分用于大型鍛件、鑄件外，大部分要通過軋制（金屬在轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥間借助磨擦力的作用，使得坯料得以連續(xù)地進(jìn)入軋輥而變形，即截面變小和長(zhǎng)度增加）、擠壓（通過對(duì)在壓模內(nèi)的材料進(jìn)行擠壓，使材料按壓模出口形狀而形成）、鍛造（自由鍛和模型鍛造兩種）、拉絲等方法制成型材、板材、管材和線材等，供各部門使用。中厚鋼板全是熱軋產(chǎn)品，薄板有冷軋和熱軋兩種。無縫鋼管有熱軋（或擠壓）、也有冷拔和冷軋。型鋼軋制所采用的軋輥是帶有型槽的軋輥，其中凹入的部分稱軋槽，兩個(gè)軋輥的軋槽合起來稱為孔型，鋼坯就是經(jīng)過一系列的孔型而軋成型材的。對(duì)金屬材料性能的要求金屬材料至少應(yīng)具有材料技術(shù)條件規(guī)定的性能要求（標(biāo)準(zhǔn)要求的性能）、設(shè)計(jì)用的性能數(shù)據(jù)（使用性能）以及制造運(yùn)行要求的性能資料（工藝性能）。這三方面的性能加上經(jīng)濟(jì)可行性是選用金屬材料鋼的依據(jù)。2.1材料技術(shù)條件規(guī)定的性能金屬材料技術(shù)條件規(guī)定的性能是材料研制與評(píng)定時(shí)做過大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)和應(yīng)用條件提煉出來的。對(duì)供貨鋼材檢測(cè)這些性能可對(duì)鋼材質(zhì)量是否符合元件制造要求做出評(píng)估。主要是指化學(xué)成分、力學(xué)性能、沖擊性能、金相組織、工藝性能、成品實(shí)物等方面的特性。2.1.1化學(xué)成分技術(shù)條件規(guī)定的化學(xué)成分包含合金元素（c、Cr、Ni、Mo、W、V、Nb、Ti、B、Re,以及含量>0.5%的Si、>0.75%Mn稱之，其決定鋼的耐熱性和物理性能、力學(xué)性能、抗腐蝕性能和工藝性能）、殘存元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.30%或更少的Cr、Ni、Mo、W、Cu和微量V、Nb、B等,是煉鋼時(shí)從爐料帶入鋼中的。有時(shí)對(duì)保證金屬材料用鋼的性能有利,但含量高時(shí)會(huì)使鋼的工藝性能變差）和有害元素（H、0、N、P、S、Pb、As、Sn、Bi、Sb、Se等，是煉鋼時(shí)從爐料或環(huán)境介質(zhì)帶入鋼中的。其對(duì)金屬材料鋼的塑性、韌性、熱強(qiáng)性、工藝性能都有不良影響）。金屬材料常用金屬材料的常規(guī)力學(xué)性能主要有以下幾種：強(qiáng)度（是指金屬材料抵抗變形和破壞的能力，工程上金屬材料的主要強(qiáng)度性能指標(biāo)是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。鋼材的屈強(qiáng)比過高，如b/a>0.75，對(duì)受壓元件不利，因?yàn)閺澒芎蠡貜棁?yán)重，難以冷校正，而熱校又影響sb熱強(qiáng)性，特別是對(duì)102類鋼）；塑性（斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示，對(duì)塑性相同的材料采用不同標(biāo)距時(shí)，其試驗(yàn)值也不相同，在數(shù)值上ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是50mm標(biāo)長(zhǎng)6>65>610。采用低合金鋼板制作受壓元件的國(guó)家，在金屬材料強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定了受壓元件用鋼板必須具有的最小65值，各標(biāo)準(zhǔn)并不一樣，GB9222規(guī)定的是18%。屮是表征金屬塑性的一個(gè)較為真實(shí)的指標(biāo)，為了防止焊接時(shí)的層狀撕裂，鍋筒和大梁用的特厚板厚度方向的屮值應(yīng)高一些）。金屬材料抵抗瞬間沖擊載荷的能力，一般用擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)來確定；其很大程度上反應(yīng)了鋼的冶金質(zhì)量和成品熱處理的質(zhì)量，是材料的強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。金屬材料元件設(shè)計(jì)選材時(shí)，不能忽視鋼材的沖擊韌性。壓扁試驗(yàn)用來模擬受熱面和管道彎管工況，同時(shí)也可暴露表面檢查時(shí)不易發(fā)現(xiàn)的鋼管表面折疊、重皮等缺陷。擴(kuò)口試驗(yàn)用來模擬脹管工況，但有時(shí)還不足以表征脹管所要求的材料特性。鋼板冷彎試驗(yàn)用來表征鋼板沖壓、卷板時(shí)的塑性，也可暴露鋼板的某些缺陷。金屬材料的顯微組織類型、實(shí)際晶粒度、表面脫碳、夾雜物等級(jí)等，是鋼材冶金質(zhì)量和成品熱處理質(zhì)量的直接反映，并從根本上決定了金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能。顯微組織類型：GB5310規(guī)定的組織類型是根據(jù)組織與熱強(qiáng)性能之間的關(guān)系制定的。如12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB鋼管中出現(xiàn)自由鐵素體將明顯降低持久強(qiáng)度；12Cr1MoV的貝氏體或珠光體過少也會(huì)降低持久強(qiáng)度；15CrMo、12Cr1MoV若出現(xiàn)不完全相變產(chǎn)物將明顯降低熱強(qiáng)性。實(shí)際晶粒度：實(shí)際晶粒度的級(jí)別差不能過大，否則也會(huì)降低熱強(qiáng)性。表面脫碳：受熱面管的脫碳將明顯降低鋼管的熱強(qiáng)性能。夾雜物等級(jí)：級(jí)別高也一樣地降低熱強(qiáng)性能。鋼板、鋼管成品表面和內(nèi)部存在的缺陷可能成為開裂源，須通過適當(dāng)?shù)臒o損和表面檢測(cè)手段進(jìn)行控制。成品表面的防護(hù)涂層、標(biāo)記對(duì)鋼材的驗(yàn)收和金屬材料元件的制造均有影響，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。對(duì)于高溫高壓及重大結(jié)構(gòu)用鋼材，對(duì)其進(jìn)行必要的探傷是控制材料質(zhì)量是非常重要不可替代的，由于破壞性試驗(yàn)總是在實(shí)物上取部分材料來進(jìn)行試驗(yàn)，以代表該材料的性能，總是有局限性的，而采用探傷的手段對(duì)材料進(jìn)行整體的檢查可以對(duì)材料全面的進(jìn)行檢查，能夠找出存在的缺陷，是否超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，是檢驗(yàn)材料整體連續(xù)性的有效手段。根據(jù)鋼鐵材料的不同形狀，用途和標(biāo)準(zhǔn)要求，采用不同的探傷方法，主要的探傷方法有：水壓，超聲波，渦流，磁粉，著色，滲透，漏磁等，每一種方法都有其偏重的檢查范圍，對(duì)于重要的材料，往往不是一種方法就可以達(dá)到要求，而是采用其中的幾種方法，以達(dá)到全面檢驗(yàn)的目的，根據(jù)需要可以采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，方法和合格的級(jí)別來控制產(chǎn)品的質(zhì)量。部分材料由于使用的部位及運(yùn)行環(huán)境等比較特殊，很可能會(huì)提出超出一般技術(shù)要求的特殊性能要求，比如：鍋爐材料中的汽包用鋼板和吊桿用料，由于壓力大，又處于高溫下，部件本身重量大等等原因，材料必須要保證高溫瞬時(shí)拉伸性能，原材料必須超聲波探傷合格。隨著核電材料的應(yīng)用，很可能會(huì)提出較一般技術(shù)要求高得多的特殊性能要求，比如：硬度，側(cè)向膨脹量，鐵素體含量，線彭脹系數(shù)等等。2.2設(shè)計(jì)用的性能金屬材料元件設(shè)計(jì)與壽命估算用的材料性能數(shù)據(jù)，是根據(jù)材料研制和評(píng)定的試驗(yàn)結(jié)果以及正式供貨后大量的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出的。所推薦的金屬材料性能數(shù)據(jù)會(huì)不斷修正。這實(shí)際上是使用性能：設(shè)計(jì)時(shí)為了保證機(jī)械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件等能正常工作，材料應(yīng)具備的性能，主要有力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、剛度、塑性、韌性等，與溫度還有關(guān)系），物理性能（密度、比熱容、熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率、線膨脹系數(shù)、電阻率、彈性模量、泊松比等）化學(xué)性能（抗氧化性、抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性等）。使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍、使用安全可靠性和使用壽命。2.2.1短時(shí)強(qiáng)度鍋筒、大梁以及一部分受熱面元件和管道的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)需要鋼的短時(shí)強(qiáng)度保證值（是指室溫和中溫下的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)下限值）,這是因?yàn)楣ぷ鳒囟任丛诓牧系娜渥儨貐^(qū)。鍋爐受熱面、集箱、高溫吊桿等元件在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)需要持久強(qiáng)度（在高溫和應(yīng)力長(zhǎng)期作用下抵抗斷裂的能力，是指在一定溫度和規(guī)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)引起斷裂的最大應(yīng)力值，以O(shè)T表t示，其中T示溫度。C,t示時(shí)間h）統(tǒng)計(jì)平均值，運(yùn)行監(jiān)督時(shí)需要蠕變強(qiáng)度（材料在一定溫度下、在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)，產(chǎn)生一定蠕變變形量或引起規(guī)定的蠕變速度，此時(shí)所能承受的最大應(yīng)力）性能值。二者均為熱強(qiáng)性能指標(biāo)。金屬材料抵抗高溫氧化的能力稱之，為高溫元件強(qiáng)度計(jì)算要求的一個(gè)重要性能指標(biāo)。鍋爐高溫受熱面管件的外壁與高溫?zé)煔饨佑|、內(nèi)壁與蒸汽接觸，受熱面固定裝置、吹灰器噴管或噴頭、燃燒器噴嘴等與高溫?zé)煔饨佑|，煙氣與蒸汽介質(zhì)會(huì)對(duì)金屬表面產(chǎn)生高溫氧化作用，形成氧化物，使元件壁厚逐漸減薄，應(yīng)力增大，同時(shí)氧化物的附著使受熱面壁溫升高嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致元件失效。提高鋼的高溫抗氧化性能的基本方法是合金化；對(duì)加入鋼的中的合金元素應(yīng)滿足下列要求：（1）能在鋼的表面形成一層穩(wěn)定的合金氧化膜，以阻止鐵與氧結(jié)合，為此合金元素的的離子應(yīng)比鐵離子小，比鐵更容易氧化，（2）合金氧化膜應(yīng)與鐵基體結(jié)合緊密，不容易剝落。Al、Si、Cr三種元素均可滿足上述要求。Al、Si的過多加入會(huì)影響鋼的組織穩(wěn)定性，故目前主要加入Cr來提高鋼的抗氧化性能。要使鋼具有足夠的抗氧化性，溫度越高，則所要加入的Cr量越多：在600-650C間，約要5%的Cr；800C時(shí)，約要12%的Cr；950C時(shí)，約要20%的Cr；1100C時(shí)，要28%的Cr。但大多數(shù)情況下一般不單獨(dú)加Cr,應(yīng)同時(shí)加入Cr和Al，Cr和Si或Cr、Al、Si,這樣一方面可以降低Cr的使用量，另一方面還可提高鋼的熱強(qiáng)性能。大型火電機(jī)組特別調(diào)峰機(jī)組的鍋筒、集箱等元件，在強(qiáng)度計(jì)算和壽命估算時(shí)需要材料的低周疲勞性能數(shù)據(jù)。這是因?yàn)樵惺艿闹芷谛阅芙蛔冚d荷使某些應(yīng)力集中部位（如鍋筒的接管開孔處）的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼材的屈服強(qiáng)度，會(huì)引起塑性變形。循環(huán)周次在100000次之內(nèi)、且伴有塑性變形的疲勞為低周應(yīng)變疲勞。鍋筒、大梁、集箱等厚壁元件用鋼，難免在冶金生產(chǎn)和元件成形、焊接、熱處理等制造過程中產(chǎn)生某種缺陷或者微裂紋，在外力和環(huán)境作用下可能形成宏觀裂紋并擴(kuò)展，最終導(dǎo)致低應(yīng)力脆性斷裂。分析和估算承受載荷時(shí)裂紋擴(kuò)展至斷裂的壽命，需要材料的斷裂韌性和疲勞裂紋擴(kuò)展速率的數(shù)據(jù)。斷裂韌性：A）平面應(yīng)變斷裂韌性KIC是抵抗裂紋發(fā)生擴(kuò)展的能力，由GB4161規(guī)定的斷裂韌性試驗(yàn)來確定，主要用于評(píng)定較脆的材料；B）裂紋尖端張開位移臨界值6&和C）臨界J積分，J]C按GB2038規(guī)定的方法來確定。B和C專用于評(píng)定塑性較好的材料的斷裂韌性。疲勞裂紋擴(kuò)展速率：是有裂紋元件在交變載荷作用下裂紋是否會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致材料發(fā)生斷裂的性能判據(jù)。金屬材料元件設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和壽命估算時(shí)需要材料的某些物理參數(shù)，如密度、比熱容、熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率、線膨脹系數(shù)、電阻率、彈性模量、泊松比等。這些參數(shù)是由材料的物理性能試驗(yàn)測(cè)出，化學(xué)成分相近的材料，其物理參數(shù)也基本相近，基本上不受加工的影響。2.3制造和運(yùn)行要求的性能制造時(shí)所要求的性能主要就是指工藝性能，即材料在被制成機(jī)械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件等的過程中能否承受各種冷熱加工的性能，如鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的性能。工藝性能對(duì)制造成本、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響。2.3.1變形能力熱彎成形的管件和用鋼板熱卷成形的鍋筒、集箱，應(yīng)取鋼材強(qiáng)度低、塑性好的溫度為最佳成形溫度。而冷彎成形的受熱面管件和用薄板沖壓成形的空氣預(yù)熱器波形板，可用原材料驗(yàn)收時(shí)的塑性指標(biāo)、硬度、冷彎試驗(yàn)結(jié)果來評(píng)定冷變形能力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和必要的性能測(cè)試對(duì)鋼的焊接性能作出評(píng)定。這種評(píng)定主要著眼于被焊鋼材在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式的條件下，考察熱影響區(qū)抗冷裂紋（主要取決于鋼材的淬硬性，這與碳當(dāng)量有關(guān)）和抗熱裂紋（焊后去應(yīng)力處理時(shí)，在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生晶間開裂，與鉻銅鉬釩鈮鈦等有關(guān)）的能力，以及焊接頭的力學(xué)性能、耐蝕性是否滿足要求。是指在落錘試驗(yàn)時(shí)，材料剛好發(fā)生斷裂的最高溫度，由落錘試驗(yàn)來確定。該溫度可用來確定金屬材料受壓元件的水壓試驗(yàn)的溫度，主要為防止受壓元件水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生脆性破裂。高溫下金屬材料元件用鋼除了受到氧化外，還可能受到其它氣體，如SO2、so3、h2s、H2等的作用，產(chǎn)生諸如：1）硫腐蝕（水冷壁管、過熱器管、再熱器管，鉻鎳奧氏體鋼管抗高溫硫腐蝕的能力不及鐵素體、球光體、馬氏體型鋼管）、2）氫腐蝕（蒸汽與溫度于400°C的鐵接觸會(huì)產(chǎn)生氫原子，若不能很快被蒸汽帶走，將溶入鋼中，向內(nèi)部擴(kuò)散滯于晶界處，與鋼中的碳形成CH4，產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，使晶界開裂，嚴(yán)重時(shí)造成爆管），3）尾部受熱面的硫酸露點(diǎn)腐蝕（金屬材料燃用含硫量高的燃料時(shí)，硫可形成SO3，使煙氣露點(diǎn)提高，易結(jié)露形成硫酸造成露點(diǎn)腐蝕），以及4）奧氏體鋼氯離子腐蝕（空氣和水中的氯離子會(huì)造成奧氏體鋼的氯離子應(yīng)力腐蝕）等金屬腐蝕現(xiàn)象。提高鋼材抗高溫腐蝕性能的措施仍是加入Cr、Al、si等合金元素最為有效，這些元素加入后一方面形成致密氧化膜起保護(hù)作用，另一方面可提高鋼的電極電位，使Fe離子不容易被拉走，材料也不易被腐蝕。如加入11.7%Cr,鋼的電極電位就由負(fù)變成正，所以一般的不銹鋼的含Cr量為12-13%。在室溫時(shí)，鋼的組織一般是穩(wěn)定的。但在高溫及應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，由于原子擴(kuò)散過程的加劇，鋼的組織將逐漸發(fā)生變化，從而引起鋼的性能發(fā)生改變，特別是對(duì)鋼的高溫強(qiáng)度及塑性產(chǎn)生不利的影響。耐熱鋼在高溫時(shí)表現(xiàn)出來的組織變化有以下四種：珠光體組織球化和碳化物聚集、碳化物結(jié)構(gòu)石墨化、合金元素在固溶體和碳化物之間重新分配、時(shí)效并產(chǎn)生新相。（A）珠光體組織球化和碳化物聚集：珠光體球化是指鋼材經(jīng)高溫長(zhǎng)期運(yùn)行后，珠光體組織中的滲碳體由片狀逐漸變成球狀，并聚集長(zhǎng)大。20碳鋼、15CrMo、12Cr1MoV等珠光體耐熱鋼，其原始組織一般為鐵素體加珠光體，所以它們?cè)诟邷叵伦钇毡榈慕M織不穩(wěn)定性就是珠光體球化。發(fā)生球化的原因是：球狀滲碳體比片狀的更為穩(wěn)定；因前者的表面積比同體積的球狀滲碳體的大，總表面能較高；在高溫下，由于原子得到能量，活動(dòng)能力增強(qiáng)，將自發(fā)從高能量狀態(tài)向低能量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。珠光體球化會(huì)使鋼的室溫和高溫強(qiáng)度降低，尤其使蠕變極限和持久強(qiáng)度下降，從而加速了高溫部件在運(yùn)行過程中的蠕變速度，導(dǎo)致破壞加速。如對(duì)12Cr1MoV鋼的試驗(yàn)表明：完全球化后，該鋼的持久強(qiáng)度比未球化的降低約1/3；含Mo量0.5%的鋼在538C下使用20年后，蠕變極限下降77%。在火電廠中，引起爆管事故的重要原因往往就是珠光體發(fā)生嚴(yán)重球化，因而要對(duì)金屬材料鋼管等設(shè)備的材料進(jìn)行珠光體球化程度監(jiān)督，定期檢查其發(fā)展情況。影響珠光體球化的因素主要是溫度、時(shí)間及鋼的化學(xué)成分。溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，則球化嚴(yán)重；鋼中加入Cr、Mo、V、Nb、Ti等到合金元素能阻止碳在固溶體中的擴(kuò)散或形成穩(wěn)定的碳化物，所以能阻礙或減緩滲碳體向球狀轉(zhuǎn)變和聚集。但鋼中加入鋁Al會(huì)加速球化過程。（B）石墨化：鋼中的Fe3C在高溫和應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生分解，從而析出游離態(tài)的C（石墨），這一組織轉(zhuǎn)變稱為石墨化。石墨化是球化的繼續(xù)與發(fā)展，是碳鋼和珠光體鉬鋼組織不穩(wěn)定的一種最危險(xiǎn)形式。碳鋼在450C、鉬鋼在485C以上，經(jīng)幾萬(wàn)h運(yùn)行后，就會(huì)出現(xiàn)石墨化，使鋼材的性能惡化，造成脆性爆管事故。石墨化不僅很大程度上消除了碳化物對(duì)鋼的強(qiáng)化作用，而且由于石墨本身的強(qiáng)度和塑性極低，相當(dāng)于在鋼中出現(xiàn)了裂紋或孔隙，危害極大。鋼中的化學(xué)成分對(duì)其石墨化傾向有決定性的影響：Al、si、Ni是促進(jìn)石墨化的元素，故熱力設(shè)備用的碳鋼和鉬鋼應(yīng)盡可能不用Al、si脫氧，而加入碳化物形成元素Cr、V、Ti、Nb等形成穩(wěn)定性更高的碳化物，可使?jié)B碳體的穩(wěn)定性提高，從而能有效地阻止石墨化過程。高溫蒸汽管道經(jīng)過冷變形和焊接，也會(huì)促進(jìn)石墨化進(jìn)程，特別是在焊接熱影響區(qū)中，最易出現(xiàn)鏈狀石墨化石墨，使管子破裂，對(duì)焊縫采用退火或正火后回火等措施，可大大減少石墨化傾向。（C） 合金元素在固溶體和碳化物之間重新分配：鋼的組織，在高溫和應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，固溶體中的合金元素逐漸減少，碳化物中的合金元素逐漸增多，使固溶體中的合金元素逐漸貧化。對(duì)耐熱鋼來說，固溶體中的合金元素的貧化主要是指Mo、Cr貧化。這樣重新分配的結(jié)果，使鋼的強(qiáng)度、蠕變極限和持久強(qiáng)度下降，對(duì)高溫部件的運(yùn)行構(gòu)成威脅。合金再分配的過程隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)而加強(qiáng)。鋼中含碳量的升高也會(huì)加速這一過程。特別是溫度接近于鋼材的使用溫度上限時(shí)，合金元素遷移的速度更快。鋼的化學(xué)成分對(duì)合金元素的再分配有決定性的影響。由于合金元素的再分配與擴(kuò)散過程有關(guān)，因此鋼中加入能延緩擴(kuò)散過程的元素將有利于固溶體的穩(wěn)定。如在鉻鉬鋼中加入V元素，則可減慢Mo、Cr的遷移過程，所以Mo、Cr、V鋼較Mo、Cr鋼時(shí)的使用溫度更高。（D） 時(shí)效和新相的形成：耐熱鋼在高溫應(yīng)力下工作，隨時(shí)間的推移，從過飽和固溶體中分解出高度彌散的強(qiáng)化相粒子（新相），使鋼的性能隨之變化。時(shí)效前期強(qiáng)化相的粒子細(xì)小而彌散，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，而韌性、塑性降低，即表現(xiàn)出彌散沉淀強(qiáng)化；隨時(shí)間延續(xù)，新相粒子聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)化效果漸漸消失，鋼的室溫和高溫強(qiáng)度都顯著下降。鋼在時(shí)效過程中的析出的新相主要是碳化物，另外有一些氮化物和金屬間化合物。奧氏體和馬氏體等高合金耐熱鋼時(shí)效的傾向較大，而低合金的珠光體耐熱鋼的時(shí)效傾向較小。耐熱鋼的強(qiáng)化和分類熱電站用鋼多數(shù)是耐熱鋼，無論是普通的熱電廠還是核電廠，材料使用的環(huán)境均需要耐高溫。3.1耐熱鋼的強(qiáng)化原理鋼中加入合金元素，即通過合金化來提高鋼的熱強(qiáng)性，是耐熱鋼的主要強(qiáng)化措施。合金對(duì)鋼的強(qiáng)化作用主要表現(xiàn)在強(qiáng)化固溶體、強(qiáng)化晶界、強(qiáng)化滲碳體及沉沉淀強(qiáng)化。耐熱鋼是以固溶體為基體的，固溶強(qiáng)化是耐熱鋼的重要手段之一，加入合金元素能強(qiáng)化基體的主要原因是：合金元素增強(qiáng)了固溶體原子間的結(jié)合力（這主要是因?yàn)榧尤隒r、Mo、W、Mn、Nb等元素能增加金屬原子間鍵合的電子數(shù)，鍵合電子數(shù)越多，原子間結(jié)合力越強(qiáng)。只有V、Ni會(huì)降低a固溶體的結(jié)合力）；合金元素引起晶格畸變（合金元素的原子半徑與鐵原子半徑大小不同，大多數(shù)合金原子的半徑比鐵原子的大，原子半徑相差愈大，引起的晶格畸變也愈大，晶格常數(shù)的改變就大。合金元素使晶格常數(shù)增加的次序?yàn)椋篊o、Cr、Ni、Mn、Mo、V、W、Al、Ti、Nb）；合金元素提高固溶體的再結(jié)晶溫度，延緩再結(jié)晶過程（如Co、Ni、Si、Mn、Cr、Mo、W等提高再結(jié)晶溫度的能力依次遞增，可有效地提高鋼的熱強(qiáng)性）；合金元素提高鐵原子的自擴(kuò)散激活能，并阻止碳與合金元素在固溶體中擴(kuò)散，使組織更加穩(wěn)定。如加入Mo、W、Ni、V等能阻礙擴(kuò)散過程的進(jìn)行。特別是當(dāng)多種合金元素共同加入后,它們的交互作用對(duì)固溶強(qiáng)化的效應(yīng)更明顯，也更主要）。由于晶界處原子排列不規(guī)則，存在大量缺陷和空位，原子沿晶界擴(kuò)散速度就比晶內(nèi)擴(kuò)散速度大得多；而且鋼中的硫、磷及其它低熔點(diǎn)的雜質(zhì)易于在晶界聚集，并往往與基體金屬形成易熔共晶組織。因此，高溫下晶界強(qiáng)度較低，有利于蠕變的進(jìn)行和蠕變裂紋的產(chǎn)生。故在高溫長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，鋼的斷裂形式也往往是晶間斷裂，所以強(qiáng)化晶界對(duì)提高鋼的熱強(qiáng)性具有十分重要的意義。合金元素對(duì)晶界的強(qiáng)化作用主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：純化晶界（S、P等雜質(zhì)元素在晶界聚集形成的脆性，可通過加入Mn、B、Re和堿金屬等化學(xué)性極活潑的元素,使之與上述雜質(zhì)在冶金過程中發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定難熔的化合物而加以消除）；填充晶界空位（B原子的直徑介于一般間隙原子如N、C等和置換原子之間，鋼中加入微量的B,無論其處于置換態(tài)還是處于間隙態(tài)，都能穩(wěn)定有效地填充晶界空位，使有利于原子擴(kuò)散的空位大大減少，晶界就處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)）；強(qiáng)化相沉淀（合金形成的碳化物在晶界上沉淀出不連續(xù)的強(qiáng)化相，可使裂紋沿晶界的發(fā)展受阻）。合金元素一部分溶入鐵素體基體進(jìn)行固溶強(qiáng)化，一部分溶入滲碳體使之成為合金滲碳體，如（Fe、Cr）3C等，合金滲碳體比滲碳體具有更高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。同時(shí)，合金元素還可在過飽和固溶體中沉淀出第二相（或更多相）顆粒，如碳化物、氮化物、硼化物等到難熔化合物，對(duì)晶體位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，因而鋼得到強(qiáng)化。這些沉淀相成分和結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、與基體差別越大，它就越穩(wěn)定，多元合金化可得到這種復(fù)雜的碳化物。形成的V4C3、NbC、TiC、Cr7C3、Mo2C等合金化合物在高溫下較穩(wěn)定，且彌散分布不易聚集長(zhǎng)大，從而提高基體的熱強(qiáng)性。3.2耐熱鋼中碳及合金元素的作用鋼的熱強(qiáng)性是隨含碳量的增加而降低的（增加含碳量，在高溫長(zhǎng)期使用過程中，從固溶體中析出的碳化物必然增多，奪走了固溶體中的合金元素，加速碳化物的長(zhǎng)大，使鋼的抗蠕變性能下降；增加含碳量，鋼中的石墨化加劇、鋼的焊接性能、冷變形工藝性能也隨之變壞,當(dāng)鋼的含碳量大于0.25%時(shí)，焊接就易出現(xiàn)裂紋）；但增加含碳量，可降低鋼的時(shí)效敏感性;故其碳含量也不能過低，而應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。熱力設(shè)備的耐熱鋼含碳量一般在0.1-0.3%。是耐熱鋼中不可缺少的元素，可以多方面提高鋼的性能,其主要表現(xiàn)在：提高抗氧化性、耐腐蝕性（在鋼的表面形成Cr2O3保護(hù)膜，阻止鋼被繼續(xù)氧化；Cr含量超過11.7%后，鋼的電極電位由負(fù)變正，提高了抗電化學(xué)腐蝕性能）；提高鋼的持久強(qiáng)度和蠕變抗力；阻止石墨化過程；阻止珠光體球化過程；提高鋼的淬透性；但會(huì)引起材料的熱脆性和降低鋼的可焊性。主要表現(xiàn)在：提高熱強(qiáng)性（其固溶強(qiáng)化作用顯著，并能提高再結(jié)晶溫度）；消除鋼的回火脆性，降低熱脆性；提高鋼的抗蒸汽腐蝕能力（這對(duì)鍋爐用鋼具有特別的意義）；阻止珠光體球化。當(dāng)這兩種元素復(fù)合加入時(shí)，其作用更為顯著（我國(guó)的12Cr2MoWVTiB等鋼上得到了廣泛應(yīng)用）。沉淀強(qiáng)化（v與碳形成的碳化物vc或v4c3，在較高溫度下也難于聚集，在鋼中基本上是均勻彌散分布）；降低合金元素的再分配速度（因V是強(qiáng)碳化物形成元素，其形成VC或V4C3的能力比Cr、Mo強(qiáng)，能使Cr、Mo盡可能地溶入固溶體中）；但過量的V反而會(huì)使V的碳化物粗化，因溶入固溶體的V會(huì)降低固溶體原子之間的結(jié)合力，故耐熱鋼中的V含量都在0.4%以下。沉淀強(qiáng)化（Ti、Nb為強(qiáng)碳化物形成元素，其能形成高溫穩(wěn)定性比VC還高的TiC、NbC或Nb3C3，此外還可形成TiFe2、Fe3Nb2等細(xì)小彌散的金屬間化合物）；阻止Cr、Mo在固溶體和碳化物中的再分配，提高再結(jié)晶溫度,改善鋼的可焊性。但V、Ti、Nb在鋼中單獨(dú)加入效果并不明顯，需復(fù)合加入。顯著提高抗氧化性。近年來硅的應(yīng)用較多，鋁應(yīng)用受到限制（A1促進(jìn)珠光體球化，A1、Si加速石墨化過程）。微量B和少量Re元素能起到填充晶界空位、強(qiáng)化晶界、消除熱脆性等作用。3.3耐熱鋼分類耐熱鋼按其顯微組織不同，大致分為四類：珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。主要加入合金元素是Cr、Mo、V,其總含量較低，一般在5-7%以下，也稱為低合金耐熱鋼。其主要強(qiáng)化元素為Mo,—般在正火+回火溫度后使用，其組織為鐵素體+碳化物；由于這類鋼中的抗氧化合金元素含量不高,故其工作溫度范圍為350-620°C之間。按其用途不同，可分為鍋爐管子用鋼、汽包用鋼、緊固件用鋼和轉(zhuǎn)子用鋼。在熱力設(shè)備中，合金元素含量較低的鉻鉬鋼主要用于500-510C以下的蒸汽管道、集箱等零部件及540-550C以下的鍋爐受熱面管子；而合金元素較多的中碳鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼則主要用于550°C以下的汽輪機(jī)主軸、葉輪、汽缸、隔板及高溫緊固件等。由于其含抗氧化元素量不高，鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼在使用溫度分別超過550C和580C時(shí)，其組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性能急劇下降，持久強(qiáng)度大為降低。我國(guó)研制成功的12Cr2MoWVTiB（鋼102）、12Cr3MoVSiTiB、12MoVWBSi等新鋼種，由于多種元素的復(fù)合作用，其使用溫度可高達(dá)600-620Co由于鋼中的合金元素總量增加，鋼的淬透性提高，在正火后也能得到貝氏體組織，所以其具有更高的熱強(qiáng)性。此外根據(jù)我國(guó)資源情況，還研制和使用了20Cr1Mo1VTiB、20Cr1MoVNbB等緊固件用鋼。主要是Cr13型馬氏體不銹鋼（含Cr12%以上，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線大大向右移，奧氏體空冷時(shí)，也能得到馬氏體組織），用于制造汽輪機(jī)葉片等，其在高溫和應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，其鉻碳化物會(huì)造成鋼的組織不穩(wěn)定?？杉尤胍恍㎝o、W、V、Nb等合金元素，提高其使用溫度（1Cr13、2Cr13的最高使用溫度分別為470和450C），經(jīng)淬火+高溫回火得到回火索氏體（馬氏體）組織，某些鋼的應(yīng)用溫度可達(dá)580-600C。在鍋爐上應(yīng)用的目前是91、92、122、E911等鋼種。鋼中加入合金元素是Cr（高鉻達(dá)17左右）、Al、Si，其總含量相當(dāng)多，鋼具有單一的鐵素體組織，在加熱和冷卻時(shí)不發(fā)生相變，故不能用淬火來強(qiáng)化。這類鋼的特點(diǎn)是：抗氧化和耐腐蝕性（在含硫氣氛中）優(yōu)良，但在高溫下有晶粒長(zhǎng)大傾向、且脆性較大、熱強(qiáng)性能差，故其實(shí)際上是抗氧化用鋼。這類鋼不宜作受沖擊載荷的零件、只宜制作各種承受應(yīng)力不大的爐用構(gòu)件如過熱器吊架、退火爐罩、熱交換器等。鋼中加入含量較高的某些合金元素，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線大大向右移，還能使Ms點(diǎn)降到室溫以下，這樣鋼在室溫下也仍具有奧氏體組織。奧氏體晶格致密度比鐵素體高、原子間的結(jié)合力大、合金元素在奧氏體中擴(kuò)散很慢，故其熱強(qiáng)性很高、較高的塑韌性和良好的可焊性；加之此類鋼中的Cr、Ni含量高，故又有優(yōu)良的抗氧化性和耐蝕性。但其室溫強(qiáng)度低，易產(chǎn)生加工硬化，故加工困難，此外其導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)大。熱力設(shè)備中常用的奧氏體鋼1Cr18Ni9、1Cr19Ni11Nb、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、 4Cr14Ni14W2Mo、2Cr20Mn9Ni2Si2N、Mn17Cr7MoVNbBZr等，其在600C左右都有足夠的熱強(qiáng)性，其抗氧化溫度可達(dá)700-900C或更高，鍋爐管道、汽輪機(jī)閥體等重要部件常用這類鋼制造，但成本相當(dāng)高。鍋爐元件用材的選擇鍋爐用材的選擇和應(yīng)用對(duì)確保鍋爐元件設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量和運(yùn)行可靠至關(guān)重要。4.1鍋爐管件用鋼鍋爐管件用鋼系指水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、集箱、管道用鋼管。足夠的持久強(qiáng)度，足夠的耐熱性，足夠的組織穩(wěn)定性。則要求有足夠的短時(shí)高溫強(qiáng)度，大口徑管還應(yīng)有足夠的韌性。所選用的管材應(yīng)有良好的冶煉、制管、元件冷熱成形、熱處理和焊接等工藝性能。過熱器管和蒸汽管道金屬有足夠高的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和持久塑性（通常進(jìn)行過熱器管強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，以高溫持久強(qiáng)度極限為主要依據(jù)，再以蠕變極限來校核），在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行中組織穩(wěn)定性好，有良好的工藝性能（特別是要焊接性能好，對(duì)過熱器管還要求良好的冷加工性能），抗氧化性能高（通常要求過熱器管和蒸汽管道金屬在運(yùn)行溫度下的氧化速度應(yīng)小于0.1mm/年）。過熱器管和蒸汽管道用鋼選擇的主要依據(jù)是金屬溫度。對(duì)同一鋼號(hào)，用于蒸汽管道時(shí)所允許的最高使用溫度一般要比過熱器管低約30-50C。A）水冷壁管：對(duì)水冷壁管材料的主要要求有：水冷壁管金屬具有一定強(qiáng)度（以使得管壁厚度不致于過厚，否則會(huì)影響加工與傳熱），傳熱效率高，有一定的抗腐蝕性能,工藝性能好（如冷彎、焊接等性能），在某些情況下還要求其熱疲勞性能好（如在直流鍋爐上）。B）省煤器管：對(duì)省煤器管金屬的主要要求有：一定的強(qiáng)度，傳熱效率高，有一定的抗腐蝕性能和良好的工藝性能，還應(yīng)考慮其熱疲勞性能（以使省煤器管金屬在激烈的溫度波動(dòng)條件下不至于因熱疲勞而過早破壞）。，基本上與同參數(shù)的蒸汽管道一致。聯(lián)箱的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，上面有很多插管座。由于聯(lián)箱和蒸汽管道一旦發(fā)生爆炸事故將對(duì)人身及設(shè)備造成重大危害，因此對(duì)同一鋼號(hào)，用于蒸管道或聯(lián)箱的材料，其允許的最高金屬金屬溫度比過熱器管低30-50°C。所用鋼材與同參數(shù)的蒸汽管道的材料相同。分為碳鋼類（20、ST45.8/I,20G、ST45.8/III,SA210A1、C,SA106B、C,SA178C等）、低合金類（SA209T1、15Mo3,SA209T1a,12型、15CrMo,12Cr2Mo、10CrMo910、22型，12Cr1MoV,WB36、15NiCuMoNb5－6－4）、多元素貝氏體類（12Cr2MoWVTiB,12Cr3MoVSiTiB,T23,T24等）、中鉻馬氏體鋼類（91型、92型、122型）、鉻鎳奧氏體類（1Cr18Ni9、TP304H,1Cr19Ni11Nb、TP347H）以及新開發(fā)的管件用鋼類（90年代以來，日本和歐洲相繼開發(fā)了一些管件用鋼,它們是在T22的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的T23即HCM2S,T24即7CrMoVTiB10—10；在T91基礎(chǔ)上發(fā)展起來的T92即NF616和E911；還有中鉻鋼T122、HCM12A以及奧氏體鋼SUPER304H,TP347HFG,NF709和HR3C等。這些鋼由于合金元素配置合理,起到好復(fù)合多元強(qiáng)化的作用,不但性能高于老鋼號(hào),而且工藝性能也不遜于后者現(xiàn)已經(jīng)逐漸在國(guó)際電站制造業(yè)中推廣使用）。4.2鍋筒筒體用鋼中低強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)韌性和焊接性最佳配合的優(yōu)點(diǎn)，適宜用來制造板焊接結(jié)構(gòu)的鍋筒筒體。為重要的受壓部件,一般由鋼板卷成兩個(gè)半圓或圓筒,兩頭加上封頭焊接而成。汽包處于中溫（350C以下）、高壓狀態(tài)下工作，它除了受較高的內(nèi)壓力外，還受到?jīng)_擊、疲勞載荷、熱應(yīng)力、水和蒸汽介質(zhì)的腐蝕作用。其運(yùn)行時(shí)裝有大量的有壓力的飽和汽水,如果因其破裂而發(fā)生爆炸,則會(huì)發(fā)生廠毀人亡的災(zāi)難性事故。所以是極其重要的,它的安全運(yùn)行與許多因素有關(guān),但材料的性能卻是最重要的因素之一。在制造過程中,鋼板要經(jīng)過各種冷熱加工工序,如下料、卷板、焊接和熱處理等,且汽包所處的溫度是飽和蒸汽的溫度,因而對(duì)鋼板有下列要求：較高的強(qiáng)度,良好的塑性和冷彎性能,較低的缺口敏感性,良好的焊接性能,良好的冶金質(zhì)量。汽包用鋼均為低碳鋼或低合金鋼,均屬于珠光體鋼,這是由汽包的工作溫度決定的。為減少汽包鋼板的厚度,以適應(yīng)高參數(shù)機(jī)組的發(fā)展要求,在低碳鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素如Mn、V、Mo、B、Nb、Re等成為低合金珠光體鍋爐鋼。其碳當(dāng)量首先是碳含量不能高,以保證焊接性能良好；鋼中可適量有些錳鎳或鎳／銅比的銅等擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素,有利于正火后特厚板的力學(xué)性能均勻；含有一定量的鉬有利于提高中溫強(qiáng)度；釩鈮元素量過多會(huì)增大屈強(qiáng)比,對(duì)焊接性能也不利；鋼板原始奧氏體晶粒細(xì)而均勻,對(duì)提高強(qiáng)韌性很有好處,并能明顯降低鋼材的韌—脆性轉(zhuǎn)變溫度。選用鍋筒筒體用的板材或鍛件應(yīng)保證一定的強(qiáng)度的前提下,盡量選用化學(xué)成分簡(jiǎn)單、韌性和工藝性能好、性能對(duì)熱加工參數(shù)不敏感的鋼號(hào),確保元件質(zhì)量的穩(wěn)定。分為碳鋼類（20g,SA515Gr.60、P265GH等）、碳錳鋼類（16Mng,P355GH,SA299）、低合金鋼類（13MnNiMoNbg、BHW35、13MnNiMo54、DIWA353,WB36、DIWA373、15NiCuMoNb5［碳含量略高于BHW35,Ni、Mo含量高，Mn含量低，強(qiáng)度高，若Ni/Cu比適當(dāng),工藝性能不差。德國(guó)推薦代替BHW35］）。5鍋爐用鋼板目前，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB713-1997《鍋爐用鋼板》，共有7種：20g、22Mng（SA299）、15CrMog、16Mng、19Mng（19Mn6）、13MnNiCrMoNbg和12Cr1MoVg等。下面介紹一下比較重要、常用的鍋爐板材。20g鋼板:是鍋爐上最常用的碳鋼板。它有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和良好的塑性，還有良好的冶煉、制板、焊接、熱處理和冷熱成型等工藝性能。它的用途極廣泛，主要用于工作溫度W45O°C的中低壓鍋爐做鍋筒及法蘭、集箱端蓋等件，但在大型鍋爐中用量較少，主要用在壓力較低的部位。國(guó)外相近牌號(hào)有德國(guó)的HII、日本的SB42和俄羅斯的20K。其化學(xué)成分CW0.2,Si0.15-0.30,Mn0.50-0.90,SW0.035,PW0.035；熱軋或熱處理后的強(qiáng)度水平Os^185-245,ab±38O-53OMPa；塑性6±22-26。 Sb19M6(P355GH、19Mg)鋼板:是DIN17155標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)，其是在以前的19Mn5的基礎(chǔ)上調(diào)整了Mn含量，并將一些強(qiáng)化元素控制在較低的水平，以保持力學(xué)性能與19Mn5相同，是C-Mn細(xì)晶粒低合金鋼，其在EN10028中的牌號(hào)為P355GH。該鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，其在500C以下的高溫力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼；還具有良好的可焊性以及冷熱加工等工藝性能。它主要用于代替22g和16Mng制造高壓鍋爐的鍋筒和封頭，在我廠的300MW鍋爐的高壓加熱器和低壓加熱器制造中也得到應(yīng)用；也可用于石油化工設(shè)備中的高壓容器和其它焊接結(jié)構(gòu)件。相近牌號(hào)有中國(guó)的GB713中的19Mng、16Mng、美國(guó)的SA299、日本的SB49和俄羅斯的16「C。其化學(xué)成分C0.15-0.22,Si0.30-0.60,Mn1.00-1.60,SW0.030,PW0.035,Al±0.020,其余有少量限制了上限的合金元素；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平Os±300-310，ab±510-610MPa；塑性6±20。SA299(22Mng)鋼板:是ASME規(guī)范中的成熟鋼號(hào)，為一種成分簡(jiǎn)單的碳-錳-硅鋼，其化學(xué)成分和強(qiáng)度級(jí)別類似于我國(guó)的16Mng和德國(guó)的19Mn6,但含碳量更高。常溫屈服強(qiáng)度不低于275MPa。該鋼的力學(xué)性能穩(wěn)定并有良好的塑性、斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴(kuò)展的性能，缺口效應(yīng)不敏感，鋼板厚度方向力學(xué)性能也較為均勻。它有良好的冶煉、制板、焊接和成型工藝性能。它主要用于制造工作溫度不高于400C的300MW和600MW機(jī)組鍋爐的汽包、下降管、彎頭和下環(huán)形集箱。相近牌號(hào)有中國(guó)的GB713中的22Mng該鋼在我廠應(yīng)用較少，若今后我廠有300MW和600MW機(jī)組鍋爐訂貨，要求按ASME規(guī)范制造，可選用此鋼制造汽包等部件。其化學(xué)成分CW0.28-0.30,Si0.13-0.45,Mn0.90-1.40,SW0.040,PW0.035,其余有少量限制了上限的合金元素；正火態(tài)(或軋態(tài))下強(qiáng)度水平Os±275-290,Ob±515-655MPa；塑性6±20。BHW35鋼板:BHW35為德國(guó)梯森鋼廠的鋼號(hào)，是德國(guó)六十年代研制成功的可焊貝氏體型耐熱結(jié)構(gòu)鋼；其在EN10028中的牌號(hào)為13MnNiMo54；我國(guó)將其移植到GB713，牌號(hào)為13MnNiCrMoNb。它是一種添加有鎳、鉻、鉬和微量鈮(鈮起細(xì)化晶粒并強(qiáng)化的作用)的細(xì)晶粒低合金鋼。該鋼有較好的綜合力學(xué)性能，有較高的高溫屈服點(diǎn)和對(duì)裂紋不敏感的特性，良好的焊接性能和工藝性能。適用于工作溫度不超過400C的各種焊接件，如鍋筒、壓力容器等構(gòu)件。我廠主要用其制造200MW、300MW高壓、超高壓的鍋爐汽包，厚度較厚。其化學(xué)成分CW0.15,Si0.10-0.50,Mn1.00-1.60,SW0.025,PW0.025,Cr0.20-0.40,Ni0.60-1.00,Mo0.20-0.40,Nb0.005-0.022；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平O±380-390,Ob±570-740MPa；塑性sb6±18。在七十年代初我國(guó)鍋爐制造行業(yè)就引入了該鋼由于有優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的焊接及工藝性能，得到了各大鍋爐廠的重視和應(yīng)用，主要用于制造200MW鍋爐汽包、高壓加熱器和壓力容器等產(chǎn)品。83年我廠在300MW鍋爐汽包的選材時(shí),對(duì)BHW35和SA299鋼板的性能進(jìn)行了對(duì)比，采用BHW35可使鍋爐汽包壁厚減小1/4(從203mm降為145mm)，經(jīng)制造和運(yùn)輸帶來極大好處。多年來，我廠已經(jīng)用此鋼制造了300MW鍋爐汽包約50臺(tái)，對(duì)BHW35的焊接性能和工藝性能已經(jīng)完全掌握，積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并制定了和種規(guī)程，我廠對(duì)其母材和焊接頭做了大量的性能試驗(yàn)，特別是特殊性能試驗(yàn)。各種試驗(yàn)結(jié)果均表明該鋼板及焊接頭有較好的性能。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備生產(chǎn)BHW35厚板的能力。5)12Cr1MoV鋼板:12CrlMoV為前蘇聯(lián)研制的低合金鍋爐用鋼，我國(guó)五、六十年代引入該鋼種，原先一直作為鍋爐鋼管的主要用鋼。該鋼具有較好的熱強(qiáng)性能和持久塑性，并具有較好的熱加工工藝性能和焊接工藝性能，但對(duì)熱處理較敏感。根據(jù)我國(guó)電站鍋爐制造的要求，我國(guó)又研制生產(chǎn)了研制生產(chǎn)了12Cr1MoV鋼板。主要用于火電機(jī)組鍋爐的聯(lián)箱封頭、吊耳，受熱面低溫段的定位板和吊架支座等部件。其化學(xué)成分C0.08-0.15，Si0.17-0.37，Mn0.40-0.70,SW0.030,PW0.030,Cr0.90-1.20,CuW0.20,NiW0.25,Mo0.25-0.35,V0.15-0.30；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平O±235-245,a“2430-440MPa；塑性6±19。sb6鍋爐管子用鋼s b6.1常用管材按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5310-1995《高壓鍋爐用無縫鋼管》，共有14種：20G、20MnG、25MnG,15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB,10Cr9Mo1VNb,1Cr18Ni9和1Cr19Ni11Nb等。下面介紹一下比較重要、常用的鍋爐管材。20G：是GB5310-95的納標(biāo)鋼號(hào)(國(guó)外對(duì)應(yīng)牌號(hào)：德國(guó)的st45.8、日本的STB42、美國(guó)的SA106B)，為最常用的鍋爐鋼管用鋼，化學(xué)成分和力學(xué)性能與20板材基本相同。該鋼有一定的常溫和中高溫強(qiáng)度,含碳量較低,有較佳的塑性和韌性,其冷熱成型和焊接性能良好。其主要用于制造高壓和更高參數(shù)的鍋爐管件,低溫段的過熱器、再熱器,省煤器及水冷壁等；如小口徑管做壁溫W480°C的受熱面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口徑管做壁溫<430°C的蒸汽管道、集箱(省煤器、水冷壁、低溫過熱器和再熱器聯(lián)箱)，介質(zhì)溫度W45OC的管路附件等。由于碳鋼在450C以上長(zhǎng)期運(yùn)行將產(chǎn)生石墨化，因此作為受熱面管子的長(zhǎng)期最高使用溫度最好限制到450C以下。該鋼在這一溫度范圍，其強(qiáng)度能滿足過熱器和蒸汽管道的要求、且具有良好的抗氧化性能，塑性韌性、焊接性能等冷熱加工性能均很好，應(yīng)用較廣。SA-210C(25MnG):是ASMESA-210標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)，是鍋爐和過熱器用碳錳鋼小口徑管，珠光體型熱強(qiáng)鋼。我國(guó)于1995年將其移植到GB5310,定名為25MnG。其化學(xué)成分簡(jiǎn)單，除碳、錳含量較高外，其余與20G相近，故其屈服強(qiáng)度較20G高約20%左右，而塑、韌性則與20G相當(dāng)。該鋼的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，冷熱加工性能好。用其代替20G,可以減薄壁厚，降低材料用量，還可以改善鍋爐的傳熱狀況。其使用部位和使用溫度與20G基本相同，主要用于工作溫度低于500C的水冷壁、省煤器、低溫過熱器等部件。我廠從1989年的利港工程開始使用該鋼，為保證焊接性能，訂貨時(shí)對(duì)碳含量進(jìn)行了限制<0.30，相應(yīng)地對(duì)錳含量提高。使用中工藝性能不比20G差，故在我廠鍋爐制造中得到廣泛推廣應(yīng)用。一臺(tái)300MW鍋爐，用SA-210C代替20G，可節(jié)約鋼材100噸。SA-106C：是ASMESA-106標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)，是高溫用大口徑鍋爐和過熱器用碳-錳鋼管。其化學(xué)成分簡(jiǎn)單、與20G碳鋼類似，但碳、錳含量較高，故其屈服強(qiáng)度較20G高約12%左右，而塑、韌性也并不差。該鋼的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，冷熱加工性能好。用其代替20G制造集箱(省煤器、水冷壁、低溫過熱器和再熱器聯(lián)箱)，可以減薄壁厚約10%，既可節(jié)約材料費(fèi)用，又可減少焊接工作量，并改善聯(lián)箱啟動(dòng)時(shí)的應(yīng)力差。15Mo3(15MoG)：是DIN17175標(biāo)準(zhǔn)中的鋼管，是鍋爐和過熱器用碳鉬鋼小口徑管，珠光體型熱強(qiáng)鋼。我國(guó)于1995年將其移植到GB5310，定名為15MoG。其化學(xué)成分簡(jiǎn)單，但含有鉬，故在保持與碳鋼相同的工藝性能的情況下，其熱強(qiáng)性能優(yōu)于碳鋼。因其性能良好，價(jià)格便宜，得到世界各國(guó)的廣泛采用。但該鋼在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行有石墨化傾向，故其使用溫度應(yīng)控制在510C以下，在冶煉時(shí)應(yīng)限制Al的加入量以控制并延緩其石墨化進(jìn)程。此鋼管主要用于低溫過熱器和低溫再熱器，使用壁溫溫度在510C以下。其化學(xué)成分C0.12-0.20,Si0.10-0.35,Mn0.40-0.80,S<0.035,P<0.035,Mo0.25-0.35；正火態(tài)強(qiáng)度水平as±270-285,a,±450-600MPa；塑性6±22。 SbSA-209T1a(20MoG):是ASMESA-209標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)，是鍋爐和過熱器用碳鉬鋼小口徑管，珠光體型熱強(qiáng)鋼。我國(guó)于1995年將其移植到GB5310，定名為20MoG。其化學(xué)成分簡(jiǎn)單，但含有鉬，故在保持與碳鋼相同的工藝性能的情況下，其熱強(qiáng)性能優(yōu)于碳鋼。但該鋼在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行也有石墨化傾向，故其使用溫度應(yīng)控制在510°C以下并防止超溫，在冶煉時(shí)應(yīng)限制Al的加入量以控制并延緩其石墨化進(jìn)程。此鋼管主要用于水冷壁、過熱器和再熱器等部件，使用壁溫溫度在510C以下。其化學(xué)成分C0.15-0.25,Si0.10-0.50，Mn0.30-0.80，S<0.025，PW0.025,Mo0.44-0.65；正火態(tài)強(qiáng)度水平O±220,a“三415MPa；塑性6±30。sb15CrMoG：是GB5310-95鋼號(hào)(對(duì)應(yīng)的是世界各國(guó)廣泛應(yīng)用的1Cr-1/2Mo和11/4Cr-1/2Mo-Si型鋼)，其鉻含量較12CrMo鋼高，因此在500-550C具有較高的熱強(qiáng)性。當(dāng)溫度超過550C時(shí)，其熱強(qiáng)性顯著降低，當(dāng)其在500-550C長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，不產(chǎn)生石墨化，但會(huì)產(chǎn)生碳化物球化及合金元素的再分配，這些均導(dǎo)致鋼的熱強(qiáng)性降低，鋼在450C時(shí)抗松馳性能好。其制管和焊接等工藝性能良好。主要用作為蒸汽參數(shù)550C以下的高、中壓蒸汽導(dǎo)管和聯(lián)箱、管壁溫度560C以下的過熱器管等。其化學(xué)成分C0.12-0.18,Si0.17-0.37,Mn0.40-0.70，SW0.030,PW0.030,Cr0.80-1.10,Mo0.40-0.55；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平a±235,aK±440-640MPa；塑sb性6±21。7T22(P22)、12Cr2MoG：T22(P22)是ASMESA213(SA335)規(guī)范材料，我國(guó)GB5310-95將其列入。在Cr-Mo鋼系列中，它的熱強(qiáng)性能比較高，同一溫度下的持久強(qiáng)度和許用應(yīng)力甚至于比9Cr-1Mo鋼還要高，因此其在國(guó)外火電、核電和壓力容器上都得到廣泛的應(yīng)用。但其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不如我國(guó)的12Cr1MoV,因此在國(guó)內(nèi)的火電鍋爐制造中用得較少。只是在用戶要求時(shí)才給予采用(特別是按ASME規(guī)范設(shè)計(jì)制造時(shí))。該鋼對(duì)熱處理不敏感，有較高的持久塑性和良好的焊接性能°T22小口徑管主要用作為金屬壁溫580C以下的過熱器和再熱器等受熱面管等，P22大口徑管則主要用于金屬壁溫在不超過565C的過熱器/再熱器聯(lián)箱和主蒸汽管道。其化學(xué)成分C<0.15，Si<0.50，Mn0.30-0.60，S<0.025，P<0.025，Cr1.90-2.60，Mo0.87-1.13；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平a±280,a,±450-600MPa；塑性6±20。sb12Cr1MoVG：是GB5310-95的納標(biāo)鋼，是國(guó)內(nèi)高壓、超高壓、亞臨界電站鍋爐過熱器、集箱和主蒸汽導(dǎo)管廣泛采用的鋼種?；瘜W(xué)成分和力學(xué)性能與12Cr1MoV板材基本相同。其化學(xué)成分簡(jiǎn)單，總合金含量在2%以下，為低碳、低合金的珠光體型熱強(qiáng)鋼。其中的釩能與碳形成穩(wěn)定的碳化物VC,可使鋼中的鉻與鉬優(yōu)先固溶存在于鐵素體中，并減慢了鉻和鉬從鐵素體到碳化物的轉(zhuǎn)移速度，使鋼在高溫下更為穩(wěn)定。此鋼中的合金元素總量只有國(guó)外廣泛使用的2.25Cr-1Mo鋼的一半，但在580C、10萬(wàn)h的持久強(qiáng)度比后者卻高40%；而且其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，焊接性能良好，只要嚴(yán)格熱處理工藝，就能得到滿意的綜合性能和熱強(qiáng)性能。電站實(shí)際運(yùn)行表明：12Cr1MoV主蒸汽管道在540C安全運(yùn)行10萬(wàn)h后，仍可繼續(xù)使用。其大口徑管主要用作蒸汽參數(shù)565C以下的集箱、主蒸汽導(dǎo)管等，小口徑管用于金屬壁溫580C以下的鍋爐受熱面管等。使用此鋼有較好的經(jīng)濟(jì)效益，它是我廠低合金熱強(qiáng)鋼用量最大的一個(gè)鋼種。12Cr2MoWVTB(G102):是GB5310-95中的鋼號(hào)，為我國(guó)60年代自行開發(fā)、研制的低碳、低合金(多元少量)的貝氏體型熱強(qiáng)鋼，從70年代就納入了冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB529-70和現(xiàn)在的國(guó)標(biāo)，1980年底該鋼通過了冶金部、一機(jī)部和電力部的聯(lián)合鑒定。該鋼具有良好的綜合機(jī)械性能，其熱強(qiáng)性和使用溫度超過國(guó)外同類鋼種，在620C達(dá)到某些鉻鎳奧氏體鋼的水平。這是因?yàn)殇撝兴辖鹪胤N類較多，且還加入了提高抗氧化性能的元素如Cr、Si等，故其最高使用溫度可達(dá)620C。電站實(shí)際運(yùn)行表明：長(zhǎng)期運(yùn)行后鋼管的組織和性能變化不大。主要用作金屬溫度<620C的超高參數(shù)鍋爐過熱器管、再熱器管。其化學(xué)成分C0.08-0.15,Si0.45-0.75，Mn0.45-0.65，S<0.030，P<0.030，Cr1.60-2.10，Mo0.50-0.65，V0.28-0.42，Ti0.08-0.18,W0.30-0.55,B0.002-0.008；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平a±345,a,±540-735MPa；sb塑性6±18。我廠在200MW、300MW機(jī)組中廣泛使用此鋼，制造的主要部件為屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器。6.2新近使用及研制開發(fā)的管材對(duì)近年國(guó)外較為流行的(或新近開發(fā)的)、常用鍋爐過熱器和再熱器或聯(lián)箱用鋼管T23(HCM2S)、T91(P91)、T92(NF616)、TP304H、TP347H、T122(HCM12A)、SUP304H、TP347HFG、火SUS310JITB和NF709簡(jiǎn)要介紹一些情況?？偟恼f來，這些鋼的許用應(yīng)力和允許的使用溫度較高，且在許用運(yùn)行溫度下具有較好的抗氧化性能和熱耐蝕性能。根據(jù)資料［1］和其它試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，有如下大致排序。(1)在其它條件相同時(shí)，許用應(yīng)力的粗略排序(由小到大)如下：T23——T91——TP304H(T122、T92)——TP347H——TP347HFG——火SUS310JITB——SUPER304H——NF709(2)在其它條件相同時(shí)，抗氧化性能的粗略排序(由弱到強(qiáng))如下：T23——T91(T92)——T122——TP304H——TP347H——SUPER304H(TP347HFG)——NF709(火SUS310JITB)(3)在其它條件相同時(shí)，抗煤灰腐蝕能力的粗略排序(由低到高)如下：T23——T91(T92)——T122——TP304H——SUPER304H——TP347H(TP347HFG)——火SUS310JITB——NF709但上述排序與溫度、使用位置與環(huán)境有關(guān)，隨他們的變化排序而有所不同。SA-213T91(335P91):是ASMESA-213(335)標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)。是由美國(guó)橡膠嶺國(guó)家試驗(yàn)室研制開發(fā)的、用于核電(也可用于其它方面)高溫受壓部件的材料，該鋼是在T9(9Cr-1Mo)鋼的基礎(chǔ)上，在限制碳含量上下限、更加嚴(yán)格控一制P和S等殘余元素含量的同時(shí)，添加了微量0.030-0.070%的N、以及微量的強(qiáng)碳化物形成元素0.18-0.25%的V和0.06-0.10%的Nb，以達(dá)到細(xì)化晶粒要求，從而形成的新型鐵素體型耐熱合金鋼；其為ASMESA-213列標(biāo)鋼號(hào)，我國(guó)于1995年將該鋼移植到GB5310標(biāo)準(zhǔn)中，牌號(hào)定為10Cr9Mo1VNb；而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS9329-2列為X10CrMoVNb9-1。因其含鉻量(9%)較高，其抗氧化、抗腐蝕性能、高溫強(qiáng)度及非石墨化傾向均優(yōu)于低合金鋼，元素鉬(1%)主要提高高溫強(qiáng)度，并抑制鉻鋼的熱脆傾向；與T9相比，改善了焊接性能和熱疲勞性能、其在600°C的持久強(qiáng)度是后者的三倍，且保持了T9(9Cr-1Mo)鋼的優(yōu)良的抗高溫腐蝕性能；與奧氏體不銹鋼相比，膨脹系數(shù)小、熱傳導(dǎo)性能好、并有較高的持久強(qiáng)度(如與TP304奧氏體鋼比，等到強(qiáng)溫度為625C，等應(yīng)力溫度為607C)。故其具有較好的綜合力學(xué)性能、且時(shí)效前后的組織和性能穩(wěn)定，具有良好的焊接性能和工藝性能，較高的持久強(qiáng)度及抗氧化性。主要用于鍋爐中金屬溫度W650C的過熱器和再熱器。其化學(xué)成分C0.08-0.12，Si0.20-0.50，Mn0.30-0.60，SW0.010,PW0.020，Cr8.00-9.50,Mo0.85-1.05,V0.18-0.25,A1W0.04,Nb0.06-0.10，N0.03-0.07；正回火態(tài)下強(qiáng)度水平O±415,Ob±585sbMPa；塑性6±20。我廠從90年開始引入此鋼，做了大量的性能試驗(yàn)和工藝試驗(yàn)，并進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化試制。T91我廠主要用在屏式過熱器、高溫過熱器/再熱器等部件上，P91在我廠正式應(yīng)用于安順工程開始，至今已大量使用。SA-213T23(SA-335P23)T23(HCM2S)是日本住友金屬株式會(huì)社在我國(guó)G102(12Cr2MoWVTiB)基礎(chǔ)上，將碳含量從0.08-0.15%降至0.04-0.10%以改進(jìn)材料的焊接性能，Mo量從0.50-0.65%降至0.05-0.30%、W量從0.30-0.55%升至1.45-1.75%,并形成以W為主的W-Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化，加入微量Nb和N形成碳氮化物(主要為VC、VN,M23C6和M7C3)彌散沉淀強(qiáng)化，而研制23 6 7 3成功的低碳低合金貝氏體型耐熱鋼，近年由ASMECodeCase2199-1確認(rèn)批準(zhǔn)，擬列入ASMESA213,牌號(hào)定為T23。該鋼的前身、我國(guó)的G102(12Cr2MoWVTiB)在國(guó)內(nèi)的大型電站鍋爐上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。T23(HCM2S)鋼時(shí)效前后的力學(xué)性能和金相組織差異?。缓附有阅芎?，優(yōu)于我國(guó)的G102；耐蝕性較好；室溫強(qiáng)度和沖擊韌性較G102為佳,其許用應(yīng)力也基本相同。至少等同于我國(guó)的G102、而優(yōu)于SA213-T22和我國(guó)的12Cr1MoV?？偟恼f來，HCM2S的優(yōu)點(diǎn)較多，由于G012在我國(guó)的鍋爐中已經(jīng)成功應(yīng)用多年，HCM2S鋼在國(guó)內(nèi)等同代替G102完全可行。T23(HCM2S)鋼管綜合性能良好，其最高使用溫度為600°C，可用于制造大型亞臨界電站鍋爐金屬壁溫不超過600C的過熱器和再熱器；或用作為超臨界鍋爐的水冷壁材料；此鋼的大口徑管(P23)，可用于制造金屬管壁溫度W575C(較佳使用溫度為550C)高溫過熱器聯(lián)箱、高溫再熱器聯(lián)箱及主蒸汽管道等。例如，在1997年，我國(guó)珠海1、2號(hào)鍋爐就使用了T23，金屬壁溫549C；我國(guó)寶山3號(hào)鍋爐也使用了該鋼，金屬壁溫555C。由于性能和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，T23/P23鋼在我國(guó)的應(yīng)用前景相當(dāng)看好。SA-213T122(SA-335P122)T122CHCM12A)是日本住友金屬株式會(huì)社以德國(guó)X20CrMoV121為基研制的HCM12(在HCM12中，降低了X20CrMoV121的碳含量，在鋼中加入1%的W和少量的Nb,形成W-Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化和更加穩(wěn)定的細(xì)小碳化鈮彌散沉淀強(qiáng)化，提高組織穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整成分：提高W含量至2%左右、降低Mo含量至0.25-0.60%，還加入1%左右的Cu和微量N、B,形成以W為主的W-Mo復(fù)合固溶強(qiáng)化、氮的間隙固溶強(qiáng)化、富銅相和碳氮化物的彌散沉淀強(qiáng)化的多種強(qiáng)化，從而研制而成的12%Cr的低碳合金耐熱鋼。在正回火狀態(tài)下鋼中的主要沉淀相為VC、VN，M23C6。近年由ASMECodeCase2180-2批準(zhǔn)，牌號(hào)23 6定為T122。T122(HCM12A)鋼時(shí)效前后的力學(xué)性能差異很小；金相組織類同母材的原始組織；時(shí)效對(duì)沖擊韌性有一定影響，但經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效后仍具有一定的沖擊韌性；焊接性能良好；并具有較高的組織穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕性能。與T91相比，其在高溫650C時(shí)的持久強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕性能更優(yōu)；與奧氏體不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼在高溫下的許用應(yīng)力和抗氧化性能雖略優(yōu)于HCM12A，但奧氏體鋼的應(yīng)力腐蝕或晶間腐蝕卻是一個(gè)難題。用HCM12A無此類問題。T122(HCM12A)鋼管性能優(yōu)良。該鋼的最高使用溫度為650C?？勺鳛橄冗M(jìn)的超臨界鍋爐機(jī)組的材料，用于制造超(超)臨界機(jī)組電站鍋爐金屬壁溫不超過650C的過熱器、再熱器和主蒸汽管道。如我國(guó)珠海電廠1、2號(hào)鍋爐的再熱器就使用了該鋼，金屬壁溫達(dá)620Co若將該鋼用在亞臨界鍋爐上可用其代替TP347H和T91厚壁管，如該鋼在600-650C的鍋爐過熱器和再熱器上可部分代替TP304H和TP347H，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。SA-213Super304HSUPER304H是由日本住友金屬株式會(huì)社和三菱重工在TP304H的基礎(chǔ)上，通過降低Mn含量上限，加入約3%的Cu、約0.45%的鈮和一定量的N,使該鋼在服役期運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生非常細(xì)小而彌散的富銅相沉淀于奧氏體基體內(nèi)的沉淀強(qiáng)化以及NbC、NbN、NbCrN和M23C6的強(qiáng)23 6化作用，而得到很高的許用應(yīng)力的一種新型的奧氏體不銹鋼鍋爐管，目前已經(jīng)納入日本MITI標(biāo)準(zhǔn)，2000年3月已經(jīng)由ASMEcodecase2328予以確認(rèn)。SUPER304H鋼的焊接性能良好，持久強(qiáng)度高、組織穩(wěn)定性好及較好的抗蒸汽氧化性能，很好的耐蝕性(幾乎與細(xì)晶粒的TP347H相同)。在600-700C，其105小時(shí)的持久強(qiáng)度為TP347H鋼的1.3倍以上。SUPER304H鋼管有極高的許用應(yīng)力、且綜合性能優(yōu)良。該鋼的最高使用溫度為700Co該鋼在日本火力發(fā)電廠主要用于制造超(超)臨界鍋爐過熱器和再熱器的高溫段等部件。由于其性能優(yōu)良，無論從經(jīng)濟(jì)性（具有較好的性價(jià)比，價(jià)格上比TP347H約高9%左右，但可減薄管子壁厚約20%）和可靠性看，它都應(yīng)是今后超（超）臨界機(jī)組鍋爐中過熱器和再熱器鋼管的重要的、主力品種材料。從1993（小量是從1989年）年開始至2001年，日本在電站鍋爐上應(yīng)用此鋼已經(jīng)達(dá)到6025噸。如Kobe1號(hào)（1998年）、EPDCTachibanawan1、2號(hào)（1997年）、EPDCNew-Isogo1號(hào)（1999年）以及Tokai1號(hào)（1998年）等十多家電站鍋爐采用了此鋼。5）SA-213HR3CHR3C（火SUS310JITB）是日本住友金屬株式會(huì)社考慮到18-8型（TP304H或TP347H等）在含硫較多的環(huán)境中無足夠的耐蝕性、而TP310型鋼有足夠的耐蝕性卻只有較低的持久強(qiáng)度或許用應(yīng)力的狀況，從而研制開發(fā)的高Cr、Ni含量的奧氏體不銹鋼，已經(jīng)納入日本MITI規(guī)范，牌號(hào)定為“火SUS310JITB”，近年由ASMECodeCase2115-1確認(rèn)，列入ASMESA-213，定名為TP310HCbN。由于在該鋼中加入了很多的Cr、Ni、較多的Nb和N,該鋼的抗拉強(qiáng)度高于常規(guī)的18-8不銹鋼，持久強(qiáng)度和許用應(yīng)力遠(yuǎn)高于常規(guī)的18-8不銹鋼以及TP310鋼，高溫耐熱蝕抗力大大優(yōu)于含Cr較少的鋼，且抗蒸汽氧化性能極優(yōu)。主要用于制造超臨界壓力參數(shù)的大型發(fā)電鍋爐或循環(huán)流化床鍋爐的溫度不超過700°C的高溫過熱器、高溫再熱器、屏式過熱器的高溫段以及各種耐高溫、高壓或高硫或高氯環(huán)境腐蝕的管件等。日本ElectricPowerDevelopmentCo.Wakamatsu/PFBC的71MW爐的再熱器和過熱器上應(yīng)用此鋼，出口溫度均為593C。此外，也在英國(guó)的NationalPowerWestBurton的500MW、美國(guó)TennesseeValleyAuthorityGallatin的300MW、SouthCarolinaElectrie&GasAMWilliams的560MW的再熱器和過熱器上應(yīng)用。我廠分包的日本MIE工程中的循環(huán)流化床的末級(jí)過熱器也應(yīng)用此鋼。由于其綜合性能大大優(yōu)于18-8不銹鋼，且具有一定的經(jīng)濟(jì)性，將來必能得到廣泛應(yīng)用。6）T92（P92）T92（NF616）是日本新日鐵在T91基礎(chǔ)上，對(duì)成分做了進(jìn)—步完善改進(jìn)、采用復(fù)合-多元的強(qiáng)化手段，適當(dāng)降低Mo含量至0.30-0.60%、加入1.50-2.00%的W并形成以W為主W-Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化，加入N形成間隙固溶強(qiáng)化，加入V、Nb和N形成碳氮化物彌散沉淀強(qiáng)化以及加入微量的B（0.001-0.006%）形成B的晶界強(qiáng)化，其所含的與T91一樣的高Cr量保證了有與T91相同的抗氧化性和抗腐蝕性能，從而研制開發(fā)的新型鐵素體耐熱合金鋼（之前日本新日鐵曾對(duì)T91經(jīng)過多年對(duì)T91的完善化研究，如控制熱加工工藝［14］、通過加入0.7%或1.7%［15啲W以達(dá)到改善持久強(qiáng)度的目的）。此鋼在日本稱為NF616,近年由ASMEcodecase2179批準(zhǔn)確認(rèn)；現(xiàn)已納入ASMESA-213和335標(biāo)準(zhǔn)。T92與T91—樣，具有比奧氏體鋼更為優(yōu)良的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)，其具有極好的持久強(qiáng)度、很高的許用應(yīng)力、良好的韌性和可焊性，時(shí)效前后的組織和性能穩(wěn)定。其許用應(yīng)力較T91更高，在650C的許用應(yīng)力為T91的1.6倍；且抗蒸汽氧化性能較好，與T91基本相同。與TP347H的等強(qiáng)溫度為625C，當(dāng)溫度低于625C時(shí)，T92的持久強(qiáng)度高于TP347H。T92鋼管性能優(yōu)良，使用溫度可達(dá)650Co可部分替代TP304H和TP347H奧氏體不銹鋼管，制造金屬壁溫不超過650C的亞臨界、超臨界乃至超超臨界的電站鍋爐的高溫過熱器、再熱器管和主蒸汽管道等受壓部件，避免或減少異種鋼接頭，改善鋼管的運(yùn)行性能。若用在亞臨界鍋爐上可用其代替TP347H和T91厚壁管。該鋼作為將來、現(xiàn)有鍋爐的最高溫度區(qū)以及超臨界壓力鍋爐管子用鋼，將能得到廣泛應(yīng)用。例如，到1995年止，NF616（T92）鋼管已經(jīng)在日本、德國(guó)和丹麥的7臺(tái)大型電站鍋爐的高溫過熱器和主蒸管道上應(yīng)用，未發(fā)現(xiàn)任何問題。7）NF709NF709（20Cr-25Ni-Mo-Nb-Ti-N-B）是日本新日鐵在常規(guī)奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制雜質(zhì)，對(duì)成分做了進(jìn)—步完善改進(jìn)，采用復(fù)合-多元的強(qiáng)化手段研制而成的、專用于超（超）臨界機(jī)組鍋爐的新型奧氏體不銹鋼。在該鋼中，將Ni提咼到25%左右、Cr提咼到20%左右、加入1.50%的Mo、0.30%的Nb、0.10%的Ti、加入微量N(0.006%)和微量B(0.003%)。形成以Cr、Ni增加奧氏體穩(wěn)定性，以N-Mo