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鍋爐鋼板

2019-11-20 07:58   评论:76 点击:668
  鍋爐鋼板首要是指用來製造過熱器 、主蒸汽管和鍋爐火室受熱麵用的熱軋中厚板材料,首要材質有優良結構鋼及低合金耐熱鋼,常用的鍋爐鋼有平爐冶煉的低碳平靜鋼或電爐冶煉的低碳鋼,含碳量Wc在0.16%-0.26%範圍內。由於鍋爐鋼板處於中溫(350ºC以下)高壓狀況下工作,除承受較高壓力外,還受到衝擊,疲憊載荷及水和氣的腐蝕,對鍋爐鋼的性能要求首要是有良好的焊接及冷彎性能、一定的高溫強度和耐堿性腐蝕、耐氧化等。   鍋爐及壓力容器用板首要鋼號及履行標準   (1)鍋爐板首要鋼號有:20g、16Mng、15CrMoVg、19Mng、22Mng   (2)壓力容器用板首要鋼號有:20R、16MnR、15MnNbR、15MnVNR   (3)履行標準:GB713-1997、GB6654-1996   鍋爐及壓力容器用板的首要用處   鍋爐鋼板廣泛利用於石油、化工、電站、鍋爐等行業,用於建造反應器、換熱器、分離器、球罐、油氣罐、液化氣罐、核能反應堆壓力殼、鍋爐汽包、液化石油氣瓶、水電站高壓水管、水輪渦殼等設備及構件 鍋爐鋼板是鍋爐製造中非常關鍵的材料之一。超臨界火電機組鍋爐的發展,對鍋爐鋼板的性能提出了更高的要求。鍋爐新材料的利用是由材料標準作為載體而實施的。對比分析我國標準與美國ASME材料標準之間存在的差距,擬定適合我國火電機組發展的先進的鍋爐鋼板標準,應是發展方向。關鍵詞:鍋爐鋼板;性能;標準;ASME;超臨界中圖分類號:TG335.5 文獻標識碼:B 文章編號:1003-0514(2005)04-0037-05 ThecomparisonanddevelopmentofthestandardofChineseandAmericanboilerplate ZHANGXian(Babcock&WilcoxBeijingCompany,Beijing100001,China)HUANGYing(ChinaMetallurgicalInformation&StandardizationResearchInstitute,Beijing100730,China) Abstract:Boilerplateistheimportantmaterialof***boiler.Thedevelopmentofboilerofsupercriticalthermalpowergeneratormakestheclaimforthecapabilityofboilerplate.Theapplicationofthenewmaterialtakeseffectonthebasisofmaterialstandardasacarrier.CompareandanalysethedifferencesbetweenChineseandAmericanASMEmaterialsandde2veloptheboilerplatestandardfitforourthermalpowergeneratornetworks. Keywords:boilerplate;capability;standard;ASME;supercritical 0 前言臨界火電技術的最現實的途徑,但是隻有充分了解掌 近年來火電機組向大型化、高參數化發展的趨勢握國際上那些技術成熟的新材料,並將其納進我國電日益明顯,超臨界參數的火電機組已在我國大量設站鍋爐用鋼標準,建立適合我國火電機組發展的先進計建造。作為火電機組三大主機之一的鍋爐,對其所的鍋爐用鋼體係,促進新型鍋爐用鋼國產化,才是發使用鋼的耐高溫高壓、耐腐蝕、性能穩定等方麵提出展我國超臨界火電機組的關鍵。了更高的要求。新型鍋爐用鋼的研製、開發與利用,鍋爐鋼板是鍋爐製造中非常關鍵的材料之一,主一向是火電機組發展所麵臨的重大課題,各國均投進要是指用來製造鍋爐中的鍋殼、鍋筒、集箱端蓋、支吊了大量的人力 、物力從事相關的研究工作。架等首要部件用的熱軋專用碳素鋼和低合金耐熱鋼 我國火電機組鍋爐用鋼的開發,近幾十年來幾乎中厚鋼板材料 。鍋爐鋼板經常處於中、高溫順高壓狀處於完全停滯狀況。目前超臨界火電機組,甚至包括態下工作,除承受較高溫度和壓力外,還受到衝擊,疲部分亞臨界機組鍋爐中的很多關鍵材料完全依靠進勞載荷及水和氣的腐蝕,工作條件較差 。假如鍋爐在口。新材料的開發和利用是鍋爐製造取得技術進步使用過程中發生破壞性事故,將會造成嚴重的損失。的基礎,新材料是由材料標準和技術條件作為載體而是以鍋爐鋼板必須具有良好的物理性能 、力學性能和實施的。固然從國外購買先進材料是現階段發展超可加工性,並在材料標準的技術條款中給予嚴格的規   收稿日期:2005-06-20作者簡介:張顯,高級工程師,1985年畢業於合肥產業大學材料工程係,現工作於北京巴威公司工程部。 .1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 定,以滿足其使用中的安全。 美國機械工程師協會(ASME)負責擬定、頒布和實施的鍋爐壓力容器技術規範,它不僅是同一的美國國家標準,同時也是國際公認的標準法規係統。ASME規範第II卷材料篇,首要援引了美國材料試驗學會(ASTM)的相應材料標準和材料試驗標準。在ASME規範中許可使用的材料一般來說必須按照第II卷的材料標準供貨。是以,隻有認真研究ASME材料標準,並與我國鍋爐鋼板標準進行對比與分析,找出之間的差距,才能建立適合我國超臨界火電機組發展的完善的鍋爐用鋼板標準和標準體係。 1 常用鍋爐鋼板及性能要求 從材料上來分,鍋爐鋼板可分為專用碳素鋼板和低合金耐熱鋼板兩類。鍋爐鋼板所用的材料對化學成分,特別是對磷、硫等有害元素和鉻 、鎳、銅等殘餘元素有嚴格的控製;冶煉時還應進行良好的脫氧和往除非金屬夾雜物,以保證良好的塑性和韌性;組織結構要求均勻,晶粒度控製在一定範圍內(通常希看晶粒度在3~7級之間);對表麵質量和內部缺陷也有嚴格的要求;此外常溫順高溫力學性能必須保證。 根據工作條件不同,鍋爐鋼板又可分為製造室溫及中溫承壓部件鋼板和製造高溫承壓部件鋼板兩大類。 室溫及中溫(蠕變溫度以下)用鍋爐鋼板,大多采用碳素鋼,包括碳鋼、碳錳鋼、碳錳矽鋼等,即GB713 -1997鍋爐用鋼板中的20g、22Mng、16Mng、19Mng鋼,和美國ASMESA-515ΠSA-515M中高溫壓力容器用碳鋼板、SA-299ΠSA-299M壓力容器用碳錳矽鋼板等。首要用於製造鍋爐的鍋筒 、中溫以下集箱端蓋等承壓部件。要求其應具有較高的室溫強度;良好的衝擊韌性和較低的缺口敏感性;由於鍋筒等部件在加工時需要大量的冷變形,是以還要具有良好的時效韌性;另外還要具備良好的加工工藝性和焊接性能;和良好的低倍組織等。 高溫(蠕變溫度以上)用鍋爐鋼板,一般采用低合金耐熱鋼,常用有鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼 、鉻鉬鎢鋼等。例如GB713-1997鍋爐用鋼板中的15CrMog 、12Cr1MoVg,和美國ASMESA-387ΠSA387-M壓力容器用鉻-鉬合金鋼板中的Gr22、Gr91和ASMESA-1017ΠSA1017-M壓力容器用鉻-鉬-鎢合金鋼板中的Gr23、Gr911、Gr122鋼等。首要是用以製造高溫集箱封頭端蓋、蒸汽管道堵板等高溫承壓部件。要求 其必須具有足夠的高溫持久強度和持久塑性;良好的高溫組織穩定性;良好的高溫抗氧化性(耐熱性);和良好的冷熱加工工藝性(首要指冷彎變形和可焊接性)等。 2 鍋爐鋼板標準對比分析 對鍋爐製造行業來說,ASME無疑是世界上最權威、最早進、最完善的建造規範。我國的鍋爐行業在引進超臨界火電機組鍋爐的製造技術時,幾乎無一例外的采用了美國機械工程師協會(ASME)擬定、頒布和實施的鍋爐壓力容器技術規範。 現階段我國的鍋爐鋼板標準體係分為通用標準和產品標準兩層,通用標準包括GBΠT247鋼板和鋼帶檢驗、包裝、標誌及質量證實書的一般規定和GBΠT14977熱軋鋼板表麵質量的一般要求兩個標準,產品標準僅GB713鍋爐用鋼板1個標準。另外我國還有一個壓力容器鋼板標準GB6654壓力容器用鋼板,但由於其與大型火電機組鍋爐用鋼板的要求相距甚遠,是以不適合高壓以上大型火電機組鍋爐上使用。 美國ASME規範第II卷材料A篇(鐵基材料)中,有關鍋爐和壓力容器用鋼板標準共約44個,固然在標準名稱上都稱作“壓力容器用鋼板”,但在每一個標準中的第一部分“適用範圍”中,對本標準適用於鍋爐還是壓力容器,都做了明確的規定。所以適用於鍋爐用鋼板的標準大約有9個,按體係也可以分為兩層,即通用標準1個SA-20ΠSA-20M壓力容器用鋼板通用要求和產品標準8個SA-202ΠSA-202M壓力容器用鉻錳矽合金鋼板、SA-204ΠSA-204M壓力容器用鉬合金鋼板 、SA-299ΠSA-299M壓力容器用碳錳矽鋼板、SA-302ΠSA-302M壓力容器用錳鉬和錳鉬鎳合金鋼板、SA-387ΠSA-387M壓力容器用鉻鉬合金鋼板、SA-515ΠSA-515M中高溫壓力容器用碳鋼板、SA-516ΠSA-516M常低溫壓力容器用碳鋼板、SA-1017ΠSA-1017M壓力容器用鉻鉬鎢合金鋼板 。另外所有ASME材料的物理性能、使用溫度和許用應力等數據,都集中放在ASME規範第II卷D篇材料性能當中,使用和查找十分便利。 通過對比ASME鍋爐鋼板標準及體係可以看出,我國鍋爐鋼板產品標準GB713鍋爐用鋼板中,將不同品種和不同使用要求的鍋爐鋼板,和鍋爐鋼板的一般性能和高溫特殊性能等都放在一起表述,篇幅煩瑣,對鍋爐鋼板的性能要求體現不夠。ASME鍋爐鋼板標準的擬定是按材料加以區分的,每一類材料擬定  第4期               中美鍋爐鋼板標準的對比及發展 一個標準。標準內容除了規定了這一類材料的基本性能外,對具體用處和重視事項,和協議條款等,在標準中都有非常具體的規定,充分體現了對鍋爐鋼板的性能要求,技術性突出,貿易性明顯。標準體係和內容非常清楚,讓人一目了然。用戶在選擇和使用上也很方便 。 是以,現階段我國的鍋爐鋼板標準及體係應加大力度從頭予以製修訂,以適應先進的超臨界鍋爐技術的發展對鍋爐鋼板的要求。 3 鍋爐鋼板標準發展探討 上世紀80~90年代,我國電力製造行業成功地引進了亞臨界參數鍋爐技術。為適應亞臨界壓力以下鍋爐對鍋爐鋼板的要求,由鞍山鋼鐵團體公司、冶金產業信息標準研究院等單位,對GB713-86鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板進行了從頭修訂。新修訂並一向沿用至今的鍋爐鋼板標準為GB713-1997鍋爐用鋼板。在這個版本中,除了20g和16Mng,新增加了用於製造鍋筒的19Mng(等同於德國標準19Mn6)、22Mng(等同於美國標準SA299) 、13MnNiCrMoNbg(等同於德國標準BHW355)等三個牌號,和用於高溫集箱端蓋及支吊架等部件的15CrMog、12Cr1MoVg兩個耐熱鋼牌號,其他內容也做了一定的修改。新修訂的GB713-1997鍋爐用鋼板,不僅基本上滿足了亞臨界壓力以下鍋爐鍋筒、集箱端蓋及其支吊件的要求,為我國電力事業的發展做出了突出貢獻,而且還帶動了我國鋼鐵行業的技術進步和產品質量的進步。 進進本世紀以來,隨著世界上超臨界參數火電機組的發展,我國也開始引進並大量設計製造超臨界參數火電機組。超臨界火電機組鍋爐大多采用直流循環,螺旋爐膛,用汽水分離器替換了鍋筒汽包,鍋爐中集箱的溫度和壓力更高,更多的使用一些新型的、性能優良的耐熱合金鋼 。由於對鍋爐鋼板的性能提出了新的要求,是以一向沿用的GB713-1997鍋爐用鋼板標準,其中的一些內容和技術指標,無論是與國外先進水平標準相比,還是與鍋爐行業發展的相關要求相比,均存在著一定的差距,首要體現鄙人述幾個方麵: 3.1 標準水平 鍋爐鋼板產品標準GB713-1997鍋爐用鋼板,采用國際先進標準力度遠遠不夠,標準水平隻達到了國際一般水平。由於鍋爐鋼板標準屬於首要用處的產品標準,安全可靠性要求嚴格,製造技術難度高,而且產量比較大。隨著我國鋼鐵行業的生產技術和產品質量的不斷進步,鍋爐鋼板標準應繼續采用國際先進標準,加強采標力度,不斷進步標準水平 。 由於我國鍋爐鋼板產品標準隻有一個,是以可以按照ASME規範第II卷D篇材料性能的模式,擬定一份有關我國鍋爐鋼板材料力學性能和物理性能的通用標準,也可以將這些材料性能完全放在產品標準GB713中,包括鍋爐設計選材時必須用到的高溫規定非比例延伸強度(Rp0.2)、高溫持久強度等力學性能,和常用的熱膨脹係數、彈性模量等物理性能 。另外如有可能,還可參照ASME的方法,按不同材料、用處和性能,將鍋爐用鋼板標準細分成若幹個標準(如專用碳素鋼板、低合金耐熱鋼板等),以適利用戶的需要和利用。 3.2 外形尺寸 由於我國鋼鐵行業技術和設備水平的製約,鍋爐用的寬厚鋼板還幾乎無法生產。GB713僅適用於厚度6~150mm的範圍,而亞臨界鍋爐鍋筒用的鋼板厚度一般都在160~210mm之間,隻能依托進口解決。我們隻有進步那些首要用處、技術含量高的產品標準的水平,才有益於帶動全部鋼鐵產業技術進步和產品質量進步,才能終究實現國產化,擺脫進口的束縛。 近年來,鋼鐵行業在國家良好的經濟發展形式下,正大幅度的進步整體技術和設備水平。“十五”規劃建設的寶鋼5000mm寬厚板軋機工程項目,建成投產後其生產的鍋爐鋼板厚度可達到5~400mm。作為我國第一套現代化的特寬幅寬厚板軋機,它的建設將帶動我國寬厚板生產技術的跳躍式發展,對提升我國寬厚板產品檔次,加強我國的綜合國力,將發揮積極感化。我們應捉住國內鋼鐵技術和鍋爐製造技術取得突破性進步這個機會,將新技術和新要求納進鍋爐鋼板標準,並向國際先進水平標準靠攏,進步我國鍋爐鋼板標準的技術水平。 3.3 材料牌號 材料標準和技術條件是材料利用的載體。隨著火電機組參數的進步,鍋爐製造水平不斷進步,ASME會隨著每三年一次修訂和每年的補充,根據建造ASME規範產品的需要和冶金技術的發展,適當地在原有鋼種基礎上新納進和增加代表當今世界最新材料技術水平的新型材料。例如,為適應超臨界鍋爐集箱封頭端蓋和支吊架等部件對耐熱鋼板的要求,最新的2004版ASME規範第II卷材料A篇中,新擬定了SA-1017ΠSA-1017M壓力容器用鉻-鉬-鎢合金鋼板標準。我國鍋爐用鋼板標準在新型材料的納標上爐鋼板材料幾乎沒有納進。顯得滯後,往往跟不上鍋爐製造技術的發展,現行的GB713-1997鍋爐用鋼板與ASME鍋爐鋼板標GB713-1997鍋爐用鋼板已使用了8年之久,材料準中材料牌號之間的對比,見表1所示。品種偏少,供用戶選擇的餘地小,特別是高溫用的鍋 表1 GB713與ASME鍋爐鋼板材料牌號對比 品種材料GB713標準材料ASME標準 碳錳鋼-16MngGB713-1997鍋爐用鋼板SA516-55SA516-60SA-516ΠSA-516M常低溫壓力容器用碳鋼板 -SA516-65 19MngSA516-70 20g-SA515-60SA515-65SA-515ΠSA-515M中高溫壓力容器用碳鋼板 22MngSA515-70 錳鉻錳鉬鋼22Mng---13MnNiMoNbgSA-299SA-202GrA、GrBSA-204GrA、GrB、GrCSA-302GrA、GrB 、GrC、GrDSA-299ΠSA-299M壓力容器用碳錳矽鋼板SA-202ΠSA-202M壓力容器用鉻錳矽合金鋼板SA-204ΠSA-204M壓力容器用鉬合金鋼板SA-302ΠSA-302M壓力容器用錳鉬和錳鉬鎳合金鋼板等同於德國標準BHW355          鉻鉬鋼-15CrMogSA-387Gr2SA-387Gr12SA-387ΠSA-387M壓力容器用鉻鉬合金鋼板 SA-387Gr11 -SA-387Gr22、22L -SA-387Gr21 、21L -SA-387Gr5 -SA-387Gr9 -SA-387Gr91 -SA-387Gr911 12Cr1MoVg- --SA-1017Gr23SA-1017Gr911SA-1017ΠSA-1017M壓力容器用鉻鉬鎢合金鋼板 -SA-1017Gr122 通過表1對比可以看出,用於室溫及中溫(蠕變溫度以下)的碳錳係列鍋爐鋼板,GB713共收納了5個牌號,可以滿足亞臨界以下火電機組鍋爐中汽包鍋筒、水冷壁集箱端蓋、和低溫過熱器和省煤器集箱端蓋、支吊架等零部件的需要。對於ASME中的錳鉻、錳鉬等係列標準中的鋼板牌號,我國火電機組鍋爐基本不使用,是以不需要納進我國鍋爐鋼板標準。用於高溫(蠕變溫度以上)的鉻鉬係列鍋爐鋼板,GB713-1997中牌號隻有2個。其中15CrMog最高使用溫度為550℃,12Cr1MoVg最高使用溫度為565℃。而超臨界火電機組鍋爐中的高溫過熱器和再熱器集箱等部件的金屬壁溫已達到600℃以上,15CrMog和12Cr1MoVg已達不到要求,是以應將ASME標準中那些可以使用在600℃及以上的材料SA-387Gr22Π22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122等,納進我國的鍋爐用鋼板標準,以適應超臨界火電機組鍋爐技術的發展,提升我國冶金和機電產品的整體水平。 3.4 技術要求GB713-1997規定的技術要求,與ASME鍋爐鋼板標準中規定的技術要求對比,見表2。 從表2中可以看出,ASME鍋爐鋼板標準中的技術要求,除了化學成分和基本的力學性能必須保證外,其餘大多是供不同的用戶在不同的使用中,對鋼板的技術要求做出不同選擇的協議項目 。ASME充分體現了以市場為導向,以用戶需求為目標的世界先  第4期               中美鍋爐鋼板標準的對比及發展 進標準的指導思想。而我國的鍋爐用鋼板標準顯得微量元素、冶煉、鑄造、熱處理 、金相組織等各種身分計劃經濟體製痕跡較重,起草和製修訂標準時,對標的變化而變化的,它是一個幫助分析、判定材料的工準所使用的行業特點沒有清楚的反映出來,對用戶真藝和質量水平的有效方法 。另外,當鍋爐運行一段時正需要的技術要求和保證條款調查和重視不夠,沒有間後,通過材料的冷脆改變溫度的變化情況,還可以達到生產型標準向貿易型標準改變的功效。幫助展看鍋爐的運行壽命。是以在GB713當中,應 根據表2的對比分析發現,ASME鋼板標準都將將落錘試驗或係列衝擊試驗,和鉻鉬鋼的硬度試驗落錘試驗作為鋼板技術要求中的協議項目,這是由於等作為協議條款給出,方便用戶在不同的使用條件下鍋爐鋼板冷脆改變溫度的高低是隨材料的化學成分、進行選擇。 表2 GB713與ASME鍋爐鋼板技術要求對比 技術指標GB713SA202SA204SA299SA302SA387SA515SA516SA1017 化學成分√√√√√√√√√ 交貨狀況ΔΔ√〔注2〕√〔注3〕√〔注3〕√√〔注3〕√〔注2〕√ 常溫拉伸√√√√√√√√√ 常溫衝擊√ΔΔΔΔΔΔΔΔ 時效衝擊√〔注1〕ΔΔΔΔΔΔΔΔ 冷彎試驗√ΔΔΔΔΔΔΔΔ 表麵質量√√√√√√√√√ 無損探傷ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ 厚度方向拉伸ΔNNNNNNNN 高溫拉伸ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ 落錘試驗NΔΔΔΔΔΔΔΔ 磁粉檢驗NΔΔΔΔΔΔΔΔ 奧氏體晶粒度NNNNN√〔注4〕ΔNN 硬度NNNNNNNN√ 〔注1〕:僅對20g和16Mng有要求。〔注2〕:厚度大於40mm的鋼板必須正火處理 。〔注3〕:厚度大於50mm的鋼板必須正火處理 。 〔注4〕:僅對Gr2鋼板有要求。√:規定或必檢項目;Δ:協議項目;N:沒有規定 4 結束語 材料是火電機組鍋爐建造的基礎和技術核心之一。美國ASME規範把材料及其標準列為第二卷,作為全部規範的一個首要構成部分。ASME鋼材標準不僅是鋼材生產部分的質量標準,而且是鋼材使用單位(設計、製造、檢驗)在選用、采購、驗收 、檢驗、加工時的根據。ASME鋼材標準是在市場經濟模式下,由供需雙方共同編製,且以反映鋼材使用者的要求為主的標準。ASME鍋爐鋼板標準看似十分繁多,但細心分析卻又體係明確、聯係緊密、互相呼應 、配套性強,是鍋爐建造中不可缺少的一部分。 相對比較而言,我國鍋爐鋼板僅有GB713一個標準,其中的材料品種、牌號、等級等,都遠遠少於ASME規範,使用上受到很大局限性。另外,我國過往是在計劃經濟體製下,首要以供方為主編製鋼材質量標準,沒有更全麵地反映鋼材使用者的要求和反映鍋爐建造的要求,是以鍋爐鋼板標準在很多方麵還不能滿足用戶需求。 中國鍋爐製造行業和冶金行業需要共同努力,深進分析、理解ASME規範等世界先進標準,找出我國鍋爐鋼板標準的不足,明確發展方向。今後應繼續加大采用國際標準和國外先進標準的力度,積極促進ASME規範中國化和ASME鋼材國產化,製修訂出適合我國火電機組鍋爐技術發展的先進的鍋爐鋼板標準,提升我國鍋爐製造行業和冶金行業的整體水平,更好的為經濟建設服務 。

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