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锅炉用钢
1.1 锅炉用金属材料的特点： 种类繁多。为了满足不同的使用要求，就得需要具备不同的性能，因此，锅炉用金属材料函盖了许多不同的化学成份和组织形态，种类较多。 以合金耐热钢应用最为广泛。无论是受热面，还是汽水管道都大量采用合金耐热钢。而且随着机组容量的不断增大和参数的不断提高，所用材质的合金含量也不断提高，其焊接工艺也需要不断提高和发展。 1.2 锅炉用金属材料的技术要求： 良好的综合机械性能；
足够的持久强度、蠕变强度和持久断裂塑性； 高的抗氧化性和耐蚀性； 良好的组织稳定性； 良好的变形性和可焊性。 2.金属的蠕变曲线
属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。蠕变现象的产生，是由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。
蠕变现象通常用画在“变形-时间”坐标上的曲线来表示，这种曲线称为蠕变曲线。典型蠕变曲线见附图，它描述在恒定温度、恒定拉应力下金属的变形随时间上的变化规律。 碳钢在300-400℃时，在应力的作用下即能明显地出现蠕变现象。当温度在高于400℃时，即使应力不大，也要出现较大速率的蠕变。合金钢的温度超过400~450℃时，在一定的应力作用下，就会发生蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。
典型蠕变曲线分为以下四个部分;
瞬时伸长oa它是加上应力的瞬间发生的。假如外加应力超过金属在试验温度下的弹性极限，则这部分瞬时伸长中既包括弹性变形，也包括塑性变形。 蠕变第一阶段（曲线ab,即I），这一阶段的蠕变是非稳定的蠕变阶段，它的特点是开始蠕变速度较大，但随着时间的推移，蠕变速度逐步减小，到b点，金属的蠕变速度达到该应力和温度下的最小值并开始过度到蠕变的第二阶段。由于这一阶段蠕变有着减速的特点，因此也把蠕变第一阶段称为蠕变的减速阶段。
蠕变的第二阶段（曲线bc，即Ⅱ），这一阶段的蠕变是稳定阶段的蠕变，它的特点是蠕变以固定的但是对于该应力和温度下是最小的蠕变速度进行，在蠕变曲线上表现为一具有一定倾斜角度的直线段。蠕变第二阶段又称为蠕变的等速阶段或恒速阶段。 蠕变的第三阶段（曲线cd,即Ⅲ），当蠕变进行到c点，随着时间的进行，蠕变以迅速增大的速度进行，这是一种失稳状态。直到d点发生断裂。至此，整个蠕变过程结束。由于蠕变第三阶段有蠕变不断加速的特点，所以也称为蠕变的加速阶段。
一般认为，在正常的使用条件下，高温金属部件的使用期限应当在蠕变第三阶段发生以前。长期以来，人们总是把蠕变第二阶段终了时的蠕变变形量作为金属在使用时的极限变形量。但考虑到蠕变第三阶段的时间与总的时间相比，占得比例较大，因此，对于电站的某些高温部件，例如主蒸汽管道，他们的允许变形量并不受外界条件的限制（与某些部件因机械结构的公差的限制不允许变形量很大是有区别的），而是由金属本身的变性能力所支配，对于这样的高温金属部件，认为他们只能使用到第二阶段终了时的看法值得商榷。
2、金属的蠕变极限 金属的蠕变极限是这样一个应力，在这个应力下，金属在一定温度下规定时间内产生的总的塑性变形量；或者在这个应力下，金属在某一温度下引起规定的蠕变速度。
对于火力发电厂的高温金属部件，蠕变极限做一下具体规定;
(1)、在一定温度下，能使钢材产生1×10-7mm/mm·h(或1×10-5%h)的第二阶段蠕变速度的应力，就称为该温度下产生1×10-7mm/mm·h(或1×10-5%h)的蠕变极限。 所用符号 σt1×10-7 （2）、在一定温度下，能使钢材在105小时工作内发生1%的总蠕变变形量的应力，就称为该温度下的105小时变形1%的蠕变极限。 所用符号 σt1×105 3、金属的持久强度
金属材料的持久强度和蠕变极限一样，是评定在高温和应力下长期使用的部件金属材料的强度指标。由于金属持久强度试验一直要进行到试样的断裂，所以它可以反映金属材料在高温长时间断裂时的强度和塑性。 3、金属的持久强度 金属的持久强度是指在给定温度下经过一定时间破坏时所能承受的应力。金属的持久强度也称持久强度极限。 火力发电厂高温金属部件所用材料的持久强度一般可表示为：在给定温度下，经105小时发生破坏（或断裂）的应力。 其常用符号为σ105 4、金属的松弛 金属在高温和应力状态下，如维持总变形不变，随着时间的延长，应力逐渐降低的现象叫应力松弛。松弛过程可以用一个数学表达式来表示，当温度为常数时： ε0=εp+εe=常数 式中：ε0-松弛开始时金属所具有的开始总变形； εp-塑性变形 εe-弹性变形 松弛过程中，ε0=常数，εp≠常数，εe≠常数。即由于总变形量不变，而其中的弹性变形转变为塑性变形，因而零件中的应力随时间而降低。 因此，金属的松弛过程就是金属在高温下弹性变形自动转变为塑性变形的过程。 5、金属在高温长期运行过程中组织变化 无论奥氏体钢或珠光体钢，在高温下长期运行，不但会发生蠕变、断裂和应力松弛等变形过程，而且还会发生一些组织和性能的变化。
锅炉、汽轮机高温部件所用钢材在高温长期运行过程中发生的组织性能变化主要有： 珠光体的球化和碳化物的聚集： 石墨化（仅限于不含铬的珠光体耐热钢）； 时效和新相的形成（如不锈钢中σ相的形成等） 热脆性； 合金元素在固溶体中和碳化物相之间的重新分配。 珠光体的球化和碳化物的聚集 这是所有珠光体耐热钢最常见的组织变化。 珠光体球化指钢中原来的珠光体中的片层状渗碳体（在合金钢中称合金渗碳体或碳化物）在高温下长期运行，逐步改变自己的形状而成为球状现象。球化后的碳化物继续增大自己的尺寸，使小直径的球变成大直径的球，这就是碳化物的聚集。 珠光体的球化对钢的性能的影响 一般来说，珠光体球化对钢的室温力学性能和耐热性均有一定程度的影响，对于不同的钢，其影响程度不一。
珠光体球化会使钢的室温强度极限和屈服点降低。 珠光体球化会使钢的蠕变极限和持久强度降低。 石墨化 就是钢中的渗碳体分解成为游离碳并以石墨形式析出，在钢中形成石墨夹层的现象。 碳钢和0.5%Mo钢等不含铬的珠光体耐热钢在高温长期运行过程中会产生石墨化现象。 石墨化对钢性能的影响 当钢中产生石墨化现象时，由于碳从渗碳体中析出成为石墨，钢中渗碳体数量减少；另外，石墨在钢中割裂基体，起裂纹作用，而石墨本身强度又极低，因此，石墨化对钢的强度有所影响。 另外，由于钢的室温冲击性能也有一定影响。 时效和新相的形成 耐热钢或耐热合金的时效过程是指他们在长期运行过程中，随着运行时间的推移而从组织中过饱和固溶体内析出一些强化相质点而使金属的性能随时间发生变化的现象。 时效和新相的形成
当耐热钢和耐热合金中的固溶体由于热处理时从高温冷却较快或别的原因，使固溶于其中的合金元素来不及析出时，就形成不稳定的过饱和固溶体。在以后的运行中就会发生时效。 时效可分为三个阶段。 第一阶段是时效过程金属晶格内的准备阶段，它仅以一些物理性能如电阻等的变化，在此阶段钢和合金的强度和硬度几乎不发生变化； 第二阶段在组织上析出了分散的强化相质点，使钢的强度、硬度和蠕变极限提高，并使塑性、韧性降低； 时效和新相的形成 在时效随第三阶段，是这些析出的分散相聚集。由于这些细小的、分散的质点聚集长大的质点，因而强化作用消失，强度、硬度降低，同时，蠕变极限和持久强度也显著降低。 时效过程也就是新相形成的过程，因为析出的分散相也就是在金属中形成的新相。 4、合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配 钢在高温长期作用下，不但会发生珠光体球化。石墨化、时效等，钢中合金元素还会发生在固溶体和碳化物相之间的重新分配过程。这一过程的发生是由于在高温下合金元素原子活动能力的增加而产生的转移过程。 合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配过程包括两个方面：一为固溶体、碳化物中合金含量的变化（即称为碳化物成分的变化），二为运行过程中同时发生的碳化物结构类型、数量和发布形式的变化。 目前， 火力发电厂用的最多的是珠光体耐热钢和马氏体耐热钢。在这些钢中，归根到底只有两种相：固溶体和碳化物。钢中的合金元素不是存在于固溶体中，就是存在于碳化物中。当形成固溶体时，合金元素的原子是要溶入到铁的晶格中去的。合金元素的原子直径是与铁原子直径不同的，因此，形成固溶体时要产生晶格畸变，有畸变的晶格是不稳定的。因此，在长期高温作用下，只有温度水平能使合金元素原子有充分的活动能力，他就力求从固溶体中出来转移到较为稳定的碳化物中去。这种过程也叫做固溶体的贫化。固溶体的贫化会使钢的强度、蠕变极限和持久强度下降。 第一节 锅炉主要设备用钢及事故分析 一、锅炉管道用钢及事故分析 （一） 对锅炉管道用钢的要求 锅炉管道包括受热面管子（过热器、再热器、水冷壁管、省煤器等管子）和蒸汽管道（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、蒸汽导管、联箱、连接管等）管道。 （二）锅炉管道用钢介绍 蒸汽温度在450℃以下的低压锅炉管道主要使用10号、20号优质碳素结构钢。 中、高压机组除水冷壁和省煤器管用20A碳钢外，其它受热面管子和蒸汽管道均采用合金钢管。 下面按锅炉管道的壁温(工作温度)介绍一些用钢情况： 1．壁温≤500℃的过热器管子及壁温≤450℃的蒸汽管道 一般采用优质碳素结构钢，其含碳量在0.1％～0.2％之间，组织为铁素体和珠光体。常用的是20号钢，该钢在450℃以下具有足够的强度，530℃以下具有抗氧化性能，而且工艺性能良好，价格低廉。碳钢钢管在高温长期运行过程中，会出现渗碳体球化和石墨化现象，出现了组织的异常情况后，钢的蠕变极限和持久强度会降低。 2．壁温≤550℃的过热器管子及壁温≤510℃的蒸汽管道
15CrMo钢是在这个温度范围内应用很广泛的钢种。 15CrMo钢经热处理后的组织一般是铁素体和珠光体，有些是贝氏体。15CrMo钢在500～550℃温度范围内有较高的热强性和抗氧化性能，其工艺性能也很好。 15CrMo钢虽无石墨化倾向，但在高温下长期运行过程中会发生渗碳体的球化及固溶体中合金元素贫化的组织变化，从而使热强性降低。当温度超过550℃时，持久强度显著下降。 3.壁温≤580℃的过热器管子及壁温≤540℃的蒸汽管道
在这个温度范围内应用最广泛的锅炉管道钢是12Cr1MoV钢及 型的耐热钢. (1)12CrlMoV钢 12CrlMoV钢是在Cr—Mo钢的基础上，加入0．2％钒的低合金耐热钢。钒是强碳化物元素，细碎而稳定，对钢的弥散硬化效果好。因而，12Cr1MoV钢的耐热性能比铬钼钢高，工艺性能也很好，在国内外均得到广泛应用。 12Cr1MoV钢在高温下长期运行过程中，也会发生渗碳体球化及固镕体中合金元素贫化的现象，而使热强性降低。若高温工作，这种现象更为严重。我国曾研制了12MoVwWBSiRe（无铬8号）钢，代替12Cr1Mov钢用于制造锅炉管道，但是该钢种的生产工艺尚不够成熟，质量也还不稳定。
（2） 钢 提高铬钼钢中合金元素的含量，当Cr＝2.25％、Mo＝1％时具有最佳的热强性。 该 钢是比较成熟的钢种，在美英联邦德国日本等工业发达的国家中应用于锅炉管道已有相当长的历史，例如美国的P22，瑞典的HT8、日本的STBA24，联邦德国的10CrMo910钢。其蠕变极限和持久强度比12Cr1MoV钢低，最常用的温度是540~550℃。 4． 壁温≤600～620℃的过热器管子及壁温≤550～570℃的蒸汽管道 多年来国内外均致力于研究进一步提高合金耐热钢的使用温度，使之超过600℃，甚至达到620℃，我国研制成功的有12Cr2MoWVB(钢102)和12Cr3MoVSiTiB钢（II11）钢；俄罗斯有12X2MφCP、12X2ΦB钢；联邦德国有10CrSiMoV钢等。这些钢种目前多用于壁温600～620℃的过热器和再热器管子，很少用于蒸汽管子。 微量多元合金化是这类钢种的共同特点，铬含量在2％左右，其他的元素含量更少 由于多种元素的相互作用，使钢具有更高的化学稳定性和组织稳定性，因而耐热性能更好。例如12Cr3MoVSiTiB钢在600～620℃时持久强度≥94～100Mpa；620℃时抗氧化速度仅为0.00873mm/a。 5． 壁温≤600～650℃的过热器管子及壁温≤550～560℃的蒸汽管道 当锅炉气温达到570℃时，高温段过热器管子的壁温可达到620℃以上。这时，珠光体型的低合金耐热钢已不能满足要求，需要采用高合金耐热钢。有些还采用奥氏体型耐热钢来制造。 最新进展 这几年我国火电厂已向大型机组方向发展，新建或改进的火电厂，均是30万、60万，甚至已引进了90万的大机组。这些机组均是亚临界、超临界的参数，对锅炉受热面管道用的材料性能要求更高。 目前这些高参数大机组锅炉受热面管道均采用含铬量较高的耐热钢来制造，最常用的9Cr－1Mo型马氏体型耐热钢。属于这一类型的在我国30万以上大机组上应用的钢种有美国的T9和P9钢，日本的STBA26和STPA26钢，德国的X12CrMo91钢以及瑞典的H17钢等。 为了进一步提高钢的热强性，又添加了2％Mo的9Cr－2Mo钢，即日本的HCM9M钢。加入了合金元素V和Nb，控制微量加入的Al和N的含量，使钢具有了更高的热强性和抗高温氧化性能，还具有良好的冲击韧性和稳定的持久塑性。这类钢目前主要用于制造亚临界、超临界锅炉壁温≤625℃的高温过热器、壁温≤650℃的高温再热器管道以及壁温≤600℃的高温集箱和蒸汽管道，也可用于核电设备的热交换器。这类马氏体型的耐热钢，我国也已研制成功，牌号为10Cr9Mo1VNb钢；引进的材料有：美国的T91和P91，日本的火STBA28、火STPA28，俄罗斯的10X9MфБ-III钢，法国的TUZ10CD－VnbO9.01钢等。 Cr12％马氏体型耐热型钢主要是依靠铬，钼，钨等元素在钢中起固溶强化的作用来提高热强性；有些加入钒铌等元素来起弥散硬化，加入硼，稀土等元素来加强晶界，从而进一步提高蠕变极限和持久强度，在高温下持久运行过程中此类钢不会断析出Fe3Mo、Fe2W等金属化合物，可以抵消因固溶体中合金元素贫化（贫钼或钨）而削弱固溶强化的现象；同时有由于固溶体中保持高浓度的铬，使其具有高的抗腐蚀能力和抗氧化性。
我国在300机组中采用F11或F12钢做再热器管子及出口联箱。Cr12钢含铬量高，高温加热后在空气中冷却即可获得马氏体组织，所以焊接性能较差。 过热器管子壁温超过650℃，蒸汽管道壁温超过600℃后需要使用奥氏体耐热钢，奥氏体耐热钢具有较高的高温强度和耐腐蚀性能，最高使用温度可达到700℃左右。目前应用的有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti等钢种。 （三）锅炉受热面管子常见受热面事故的分析 锅炉受热面管子常见事故主要有长时超温爆管，短时超温爆管，材质不良爆管及腐蚀性热疲劳裂纹损坏等。 图7-1 20钢过热器管长时超温爆管的宏观形貌 7－2 20钢过热器管长时超温爆管的微观组织 1.?? 短时超温爆管 锅炉受热面管子在运行过程中，由于冷却条件的恶化，使管壁温度在短时间内突然上升，达到临界点以上温度。在这样高的温度下钢的抗拉强度急剧下降，在介质压力作用下温度最高的向火侧首先发生塑性形变，管径胀粗，管壁减薄，随后发生剪切断裂而爆破。爆破时，由于介质对炽热的管壁产生激冷作用，在爆破口往往有相变的组织结构，这种爆管就成为短时超温爆管，也有叫做短时过热爆管或加速蠕变爆管。 短时超温爆管大多数发生在水冷壁管、凝渣管上，特别是水冷壁管热负荷最高的地方，如燃烧带附近及明喷燃器附近的向火侧。
短时超温爆破口一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的喇叭形，其边缘很锋利，具有韧性断裂的特征。爆破口附近有时有氧化铁层，有时没有。爆破口的这些特征是与超温爆管时产生了较大的塑性变形，使管缝减薄，因而承受不了介质的压力而引起剪切断裂有密切关系。 短时超温爆管的过程类似作高温短时拉伸试验，在应力的作用下，先引起塑性变形，后在局部地区出现收缩现象，最后形成剪切裂纹而产生韧性断裂。 爆破口附近的氧化铁层厚度，可从运行情况来分析。如果管子一直是在设计温度下运行的．氧化铁层就薄，甚至没有；如果曾经在超温情况下运行过一段时间后再发生短时超温爆管．则氧化铁层就较厚，而且爆破口的背部(即背火侧)还会出现碳化物球化等组织变化。 组织变化后，机械性能也会发生改变。如对爆破口断面进行硬度测定，可发现爆破口周向断面上各点的硬度差异很大，爆破口的硬度明显增高。 3．材质不良引起的爆管
材质不良爆管是指错用钢材或使用有缺陷的钢材造成锅炉管道提早损坏。 错用钢材往往是指把性能比较低的钢材用到高参数的工况下，实际上是一种超温运行。一旦发生爆管事故，是属于长时超温爆管，其爆破口的宏观特征和微观组织的变化基本上与长时超温爆管相同。在制造、安装和检修时，未经计算就选用了低一级的钢管，即认为是错用钢材。例如蒸汽参数为535℃、l0MPa的主蒸汽管道，正常使用的钢材应为22Cr1MoV钢，若误用了20钢，由于该钢用于主蒸汽管道的允许温度是450℃，因此只要运行几十小时就会发生爆破。 使用了大于壁厚负偏差的拆叠、结疤、离层、发纹和大于壁厚5％的横向发裂以及严重夹杂、脱碳的管子称为使用有缺陷的钢材。这些缺陷的存在严重地削弱了管壁强度，在高温和应力的长时间作用下，缺陷部位容易形成应力集中现象，产生裂纹使缺陷加深，腐蚀介质也可能侵入缺陷区域使腐蚀速度加快，使受热面管子承受不了介质的压力而爆破。
有缺陷管子爆破时，爆破口往往是沿缺陷豁开，裂纹较直。爆破口边缘一般有两部分，有缺陷的部分边缘粗糙呈脆性断面；没有缺陷的部分则呈韧性断面。 二、锅炉汽包及其它部件用钢 (一)锅炉汽包的工作条件及对材料的要求 锅炉汽包钢材处于中温(350℃以下)高压状态下工作，它除承受较高的内压以外，还会受到冲击、疲劳载荷及水和蒸汽介质的腐蚀作用。 对锅炉汽包提出的要求： (1)较高的强度，包括常温和中温强度。在设计时，屈服极限和抗拉强度都作为钢材许用应力的计算依据。 (2)良好的塑性、韧性和冷弯性能。 (3)较低的缺口敏感性。在制造锅炉时，在锅炉钢板上开孔和焊接管子接头，往会造成应力集中，因此要求钢材有较低的缺口敏感性。 (4)要求分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能少。不允许有白点及裂纹。 (5)如果工作温度超过400℃，则必须有更高的耐热性能。 (6)良好的焊接性能等加工工艺性能。 (二)汽包用钢介绍 过去生产的中、低压锅炉汽包均用20g或228钢板来制造。由于大量地发展了低合金高强度钢，现在已逐步地采用12Mng、16Mng、l5Mnv8等普通低合金钢板，这些钢板的综合机械性能均比碳钢高，可以减轻锅炉汽包的重量，节省大量钢材。 16Mng钢是结合我国资源生产的屈服极限为350MPa级的普通低合金钢。推荐应用的范围为—40～450℃，采用16Mng钢代替20钢后，钢材可节省20％～30％。16Mng钢具有良好的综合机械性能、焊接性能以及低温冲击韧性；但是缺口敏感性比碳钢大。 15MnVg钢强度比16Mng钢高，也具有良好的综合机械性能及焊接性能。用于制造中、高压锅炉汽包。15MnVg钢板也有较大的缺口敏感性，板材中硫化物夹杂的存在会增加材料的缺口敏感性。 14MnMoVg钢是屈服极限为500MPa级的普通低合金钢。钢中由于加入了0．5％Mo，提高了钢的屈服强度及中温机械性能，特别适合生产厚度为60mm以上的厚钢板，以满足制造高压锅炉汽包的需要。
14MnMoVBReg钢是500MPa级的多元低碳贝氏体钢，屈服极限比碳钢高一倍，有良好的综合机械性能。由于加入了适量的硼、稀土，所以钢的强度更高了，符合我国资源情况。 18MnMoNbg钢也是500MPa级的低合金钢，不仅有较高的屈服极限，而且耐热性能也较高。 14CrMn MoVBg钢的屈服极限很高，σs＝650一700MPa。该钢又加入强化元素铬，也是微量多元低合金钢，不仅强度高，塑性、韧性也较好，焊接性能也好，并且能耐湿度较大地区的大气腐蚀。 (三)吹灰器工作特点及用钢 工作特点： 锅炉设备中的燃烧室、水冷壁管、过热器、省煤器、空气预热器等部件中均有吹灰装置，又称吹灰器，定期吹落敷浮在这些设备上的烟灰渣子。 吹灰器工作的时间很短，但是工作温度却很高。吹灰管应能保证用到五年以上，喷头应保证能用到二年左右。所以要用具有高的抗氧化性能和较高的高温强度的材料来制造。 燃烧室的吹灰器，其工作温度约为900～1000℃，工作3～5min，又放回到原来的250～400℃的炉墙处。高温过热器区的吹灰器工作温度约800～900℃；高温省煤器和高温空气预热器区的吹灰器工作温度约500～550℃；低温省煤器和低温空气预热器区的吹灰器工作温度小于450℃。 由于布置在不同部位的吹灰器工作温度不同，因而所用的材料有奥氏体耐热钢、高铬不锈钢、低合金耐热钢、碳钢、耐热铸铁等。 用钢：
燃烧室、高温过热器区所用的吹灰器材料是：Cr25Ti、1Cr18Ni9Ti、1Cr13等钢种。Cr25Ti钢具有很高的抗氧化性能及抗晶间腐蚀的能力，在1000℃左右耐热不起皮，但是强度较低，焊接性能也不好，承受的力不能过大。lCr18Ni9Ti钢及1Cr13钢则相反，具有较好的热强性和其它机械性能，但抗氧化性能比Cr25Ti钢差。 当温度小于450℃时应尽量采用低合金钢、碳钢和耐热铸铁。如20钢表面渗铝或渗铬后可具有较好的抗氧化性能，能满足在这个温度范围内使用。 (四)锅炉固定零件用钢 锅炉设备中的固定零件主要是指管子夹马、定位板、吊架、支座等。 第二节 汽轮机主要零部件用钢及事故分析 一、汽轮机叶片用钢及事故分析 （一）汽轮机叶片的工作条件及对材料的要求 叶片的工作条件： 叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的极其重要的部件。按照工作条件叶片分为与转子相连接并一起转动的动叶及与静子相连接处于不动状态的静叶(又称导叶)。 汽轮机在工作过程中，动叶承受着最大的静应力、动应力及交变应力。叶片愈长,转子的直径与转速愈大，在叶片上由离心力所产生的拉应力便愈大。当有围带或拉筋时,还要考虑由它们产生的离心力对叶片的影响。 汽轮机在工作过程中，叶片和拉筋的振动具有重要的意义。叶片的振动是引起叶片断型事故的重要原因。 1．良好的常温和高温机械性能 2．良好的抗蚀性 （二）气轮机叶片材料介绍
制造气轮机叶片的材料，主要是含铬13%的铬不锈钢并加入少量钨、钼、钒、铌等合金元素以提高材料热强性的强化性铬不锈钢。 蒸汽温度超过600oC时，一般采用奥氏体耐热钢来作叶片，燃气轮机叶片是用铁基或镍基的耐热合金来制造。 国外对于负荷很大的末级叶片，以开始使用比重小的铝合金或钛合金。 1．铬不锈钢
对于工作温度在450-500oC以下的气轮机叶片，国内外均广泛采用1Cr13或2Cr13的铬不锈钢制造。这类钢还具有较高的热强性又属于马氏体型耐热钢。 1Cr13钢用于气轮机中前几级叶片。2Cr13钢由于强度高一些，故用于气轮机的最后几级叶片。2Cr13钢的最高工作温度为480oC左右，1Cr13钢最高工作温度为450oC，当温度超过500oC时，这类叶片钢的热强性将明显下降。 铬不锈钢抗水冲蚀的能力比较差。防止水冲蚀的方法有两方面，一是改造汽轮机通流部分的结构及消除湿蒸汽；二是增强叶片材料抗水冲蚀的能力。增强叶片材料抗水冲蚀的能力常用的方法是在叶片表面易被水冲蚀的部位焊上高硬度耐磨合金或对叶片进行表面处理。常用的表面处理有氯化、电火花处理或局部淬火等。 2．强化型铬不锈钢 提高铬13％型叶片用钢的热强性，在这类钢的基础上加入了少量的铝、钒、钨、镍、铌、硼等元素。钒或铌与碳的亲和力比铬大，加入后能避免铬进入碳化物，让铬充分溶入固镕体发挥防腐蚀和强化作用。因此，强化型铬不锈钢中的含铬量为11％或12％左右。常用的强化型铬不锈钢有Cr11MoV、Cr12WMoV、Crl2WNbVB、2Cr12WMoNbVB及1Cr11Ni2W2MoV等钢种。 Cr11MoV钢中加入了钼和钒，钼溶入铁素体，提高了铁素体的强度和再结晶温度；钒与碳形成了稳定性较高、硬度也高的碳化物。我国125MW机组、300MW机组及600MW机组的汽轮机前级动叶片，都是用Cr11MoV钢制造的。
Crl2WMoV钢中又多了钨和镍元素，热强性又有提高，可用在580℃以下大功率汽轮机的叶片材料。由于钨、钼、铌都是缩小奥氏体扩大铁轰体区域的元素，当含量较多时会出现过多的δ铁素体，从而降低钢的韧性。为了降低δ铁素体的含量，需要加一些镍元素。 (三)汽轮机叶片事故分析 按照叶片断裂的性质，叶片断裂可分为长期疲劳损坏、短期疲劳损坏、接触疲劳损坏、应力腐蚀和腐蚀疲劳损坏等。 1．长期疲劳损坏 长期疲劳是指叶片运行过程中，承受低于叶片原始疲劳极限的应力，经过较长的时间 (远大于107次)才发生的一种机械疲劳损坏。 2．短期疲劳损坏
短期疲劳损坏是指叶片在运行过程中，受到外界较大的应力或是较大的激振力，导致叶片只受了较少的振动次数（小于107~108次）就发生断裂的一种机械疲劳损坏。 3．接触疲劳损坏
接触疲劳损坏是由于存在着振动，使毗邻的叶片之间或者叶片和叶轮之间产生往复的微量位移，相互接触摩擦的一种机械疲劳损坏。叶根的接触面因振动而进行往复循环的摩擦，造成根部表面层金属晶体的滑移和硬化，接触摩擦到一定次数后，硬化层会出现微显裂纹，继续不断地接触摩擦会使显微裂纹不断扩展，最终发生接触疲劳断裂。 接触疲劳损坏的宏观特征：断口具有贝壳状特征，并往往伴有因摩擦氧化而产生地斑痕。接触疲劳损坏地显微裂纹呈簇状，大体上互相平行，并与摩擦应力垂直。 防止接触疲劳损坏的措施是：消除共振（特别是切向振型），提高气轮机的安装质量，设法增大叶根的接触面积，改善叶轮与叶根接触面的接触状况使叶根齿部在工作状态下尽量保持均匀的接触，避免局部点或区接触应力的集中。 二、汽轮机转子及其它部件用钢
（一）汽轮机转子用钢及其事故分析 1．转子的工作条件及对材料性能的要求 汽轮机转子是主轴和叶轮的组合部件，转子是汽轮机设备的心脏。随着高温高压大容量锅炉汽轮机机组的发展，汽轮机转子的重量和尺寸也愈来愈大。 高压蒸汽喷射到工作叶片后，转动力矩由叶轮传到主轴。主轴不但承受扭矩和由自重引起的弯矩作用，而且因为主轴较长，过热蒸汽自第一级至最末级叶轮其温度是逐渐在降低的，由于这种不均匀的温度分布，主轴还要承受温度梯度所造成的热应力。此外，主轴还要受到因振动所产生的附加应力和发电机短路时产生的巨大扭转应力及冲击载荷的复杂作用。
叶轮是装配在主轴上的，在高速旋转时，圆周线速度很大，出于离心力的作用产生巨大的切向和径向应力，其中轮毂部分受力最大。叶轮也要受到振动应力和毂孔与轴之间的压缩应力。
高参数大功率机组的转子因在高温蒸汽区工作，还要考虑到材料的蠕变、腐蚀、热疲劳、持久强度、断裂韧性等问题。 制造汽轮机转子的材料要求：
(1)严格控制钢的化学成分。钢中含硫量不大于0．035％(酸性平炉钢)或0．030％(碱性电炉钢)；铜的含量应低于0．25％；含锡的钢材，钼的含量不允许低于下限，钢中的气体(如氢等)应尽量低。 (2)综合机械性能要好。既要强度高，又要塑性、韧性好。沿轴向和径向的机械性能应均匀一致，要求轮毂与轮缘之间的硬度偏差不超过HB40，轮毂或轮缘本身各点的硬度差不得超过HB30，而且主抽两端面硬度值的偏差不超过HB40。此外，还要求材料的缺口敏感性小。
(3)有一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力；对于在高温下运行的主铀和叶轮，还要求高的蠕变极限和持久强度，以及足够的组织稳定性。
(4)不允许存在白点、内裂、缩孔、大块非金属夹杂物或密集性细小夹杂物等缺陷。 (5)有良好的淬透性，良好的焊接性能等工艺性能。 2．汽轮机转子用钢介绍 汽轮机转子的材料是按不同的强度级别选用的。转于用钢一般都属于中碳钢和中碳合金钢，只有制作焊接转子时，为了保证焊接性能才适当降低含碳量(例如选用17CrMo1V钢)。 功率较大的汽轮机其转子用钢都含有一定量的铬、镍、钼、锰等合金元素，加入这些元素可以提高钢的淬透性，增加钢的强度，其中钼可以减小钢的回火脆性，铬、钼、钨、钒则可提高钢的热强性。 汽轮机组功率不同，转子的制造方法也不同，小功率机组主轴与叶轮分开制造，而后用热套法整装成转子；中等功率机组，转子采用一部分叶轮与主轴锻成一个整体（一般是高压段），另一部分叶轮采用热套法整装；大功率机组，高压转子为整体锻造，而低压转子是焊接而成的。
34CrMo钢用作480℃以下的汽轮机的主轴有较好的工艺性能和较高的热强性，长时期使用组织也比较稳定。若工作温度超过480℃时热强性就有明显降低。 17CrMo1V钢用于工作温度520℃以下的汽轮机、燃气轮机和压气机的焊接转子。对17CrMo1V钢焊接时，必须严格控制预热温度，焊后应立即进行高温回火。 27Cr2Mo1V钢中铬和铂钼的含量均较多，有较好的制造工艺性能和热强性，可用来制造工作温度540℃以下的汽轮机整锻转子和叶轮。若用来制造转子和叶轮，均需要经过两次正火加回火处理。第一次正火970～990℃空冷，第二次正火930～950℃空冷，回火680～700℃炉冷。 34CrNi3Mo钢是大截面高强度钢，具有良好的综合机械性能和工艺性能，国内外曾用来制造发电机转子和汽轮机整锻转子及叶轮，工作温度限制在400℃以下。一般是在调质状态下使用，840～870℃油淬，560～650℃回火。这类钢因为含镍量高，所以无回火脆性倾向。 33CrMoWV钢是我国自行研制的无镍大锻件用钢，已在50MW以下汽轮机中大量应用，可替代34CrNiMo钢。调质工艺为950℃油淬，580～660℃空冷或炉冷。油淬时应有足够的深冷度，以获得较好的心部性能。 18CrMnMoB钢也是我国研制的无镍少铬大锻件用钢，加入硼可以增加淬透性，也是34CrNi3Mo钢的代用钢
20Cr3MoWV钢是一种热强性较高的低合金耐热钢，因为此钢中含钒量比33Cr3MoWV钢高，因此弥散硬化的效果就好。用于制造工作温度低于550℃的汽轮机和燃气轮机整锻转于和叶轮等大锻件。 550～600℃温度范围的大锻件，国外过去一直采用奥氏体钢，但价格昂贵，如英国的H 46．苏联的ЗИ802、ЗИ756、美国的C 422钢等。 3．汽轮机转子事故分析 汽轮机转子的金属事故主要是叶轮与主轴(转子)的变形与开裂。 (1)主轴(转子)的变形 汽轮机主轴由于出厂时残余应力较大，运输或安装不当(热套时由于加热和冷却不均匀而产生的局部热应力)以及运行不良(动、静部件单侧摩擦所造成的局部膨胀)等，均可能引起主轴的变形。 当主轴(转子)发生弯曲变形时，需要进行校正，通常称为“直轴”。对于小功率汽轮机碳钢转子，可采用局部加热法予以校直。对于大功率汽轮机主抽(转子)，则必须采用“松弛法”进行校正。 (2)主袖(转子)的断裂 汽轮机转子是高速转动的部件，主轴的断裂会造成严重的事故，国内外都曾发生过这类事故，必须引起高度的重视。主轴(转子)产生裂纹的原因大致有以下几种：
1)结构不良。如两截面交界处过渡圆角太小、机械加工租糙，有尖锐刀浪痕等，导致严重伤应力集中，从而在交变裁荷作用下断裂。 2)腐蚀介质的影响。主轴运行或停机时接触蒸汽、油和水等腐蚀介质，表面形成腐蚀坑或腐蚀裂纹。 3)材质不良。 4)运行不当。运行时有超温或超速现象，启动停机过快引起过大的内电应力等。 (3)叶轮的变形与开裂 叶轮的变形破坏了转子的动平衡，运行中会产生很大的振动，因此，变形后也必须进行校正。叶轮，特别是末级叶轮，在长期行 过程中键槽处容易出现裂纹，当裂纹达到一定深度时，整个叶轮会飞裂。 引起叶轮开裂的主要原因是： 1)键槽处加工质量差，应力高度集中产生裂纹源。 2)材料的综合机械性能差，强度偏高，塑性和韧性偏低，脆性大，加速裂纹的扩展。 3)机组停机保养不善,或介质腐蚀性较大,造成应力腐蚀。 防止叶轮开裂的措施是:注意停机时的保养工作,防止产生腐蚀;提高冶金质量和键槽的加工光洁度;大修时加强对后几级叶轮的探伤检查,及时对已经产生裂纹的叶轮采取补焊修复或者换上新的叶轮。 (二)汽轮机静子用钢及事故分析
1.?? 静子的工作条件 汽轮机静子(汽缸、隔板、蒸汽室等)部件是在高温高压或一定的温差、压力差作用下长期工作的。 汽缸是汽轮机的重要部件，通常分为上、下两部分。汽缸工作时受到气流的压力，这种压力在汽缸的前部最大，沿轴线向后逐渐降低，因此在汽缸壁上所受的力是变化的。 汽缸内温度场分布也比较复杂，例如汽缸前后存在着温度梯度，在大功率高参数凝汽式汽轮机的中压缸中，从蒸汽入口到出口的温度差超过500℃，低压缸则在真空条件下工作，承受着外部空气的压力。 汽缸形状复杂，尺寸和重量大，从而造成铸件生产上的困难。在结构上，缸壁较厚，且又厚薄不均匀，拐角多，从法兰到汽缸的过渡区域，截面变化很大，容易产生铸造缺陷和很大的局部应力。 静子材料的要求：
（1）足够高的室温机械性能和较好的热强性。
（2）有一定的抗氧化性能，良好的组织稳定性和抗热疲劳能力。 （3）具有尽可能好的铸造性能及良好的焊接性能。 1.?静子零部件用钢
工作温度不同，静子的材料也就不同。中、小功率气轮机的低压缸还可用灰口铸铁或耐热合金铸铁来制造。 对于工作温度在425℃以下的气轮机的汽缸、隔板、主蒸汽阀等零部件，可以用ZG25钢铸造。然后在900℃退火或900℃正火再在650℃回火6~8h。铸件在机械加工或补焊后应再650～680℃退火6~8h。 ZG20CrMo钢用于工作温度在500℃以下的汽缸、隔板、主蒸汽阀等，铸件在900℃正火，650～680℃回火；经机械加工或补焊后应在650～680℃退火4～8h。
ZG20CrMoV钢用于工作温度在540℃以下的汽轮机静子，该钢含有钒元素，因而热强性有了提高。但是铸造性能和焊接性能要比ZG20CrMo钢差一些，应严格控制焊前预热（300~350℃）和焊后消除应力的退火处理。 ZG15Cr1Mo1V钢含铬钼比ZG20CrMoV钢高，因而就有更高的热强性，可用于制造570℃温度以下的气轮机静子。其铸造性能和焊接性能比ZG20CrMoV钢稍差一些。 对蒸汽参数为560～580℃、23.5Mpa（240大气压）的大功率气轮机汽缸则要求用更高的热强性材料来制造，国外是采用ZGCr11MoVB钢一类的强化型马氏体耐热钢来制造。 3、汽缸的变形和开裂 （1）汽缸的变形，汽缸发生变形会影响气轮机的安全经济运行，其表现形式为汽缸水平结合面因变形而漏汽，以及汽缸圆周发生变形而导致气轮机中心变化。为此在检修时不得不进行水平结合面的修刮和局部补焊（也可用热喷涂进行修复）以及重新调整气轮机中心。 造成汽缸变形的主要原因有： ① 汽缸残余应力过大。汽缸由于形状复杂、厚薄不均匀铸造时各部分的凝固和冷却速度不一而产生内应力。为了消除铸造残余应力需要进行消除应力退火处理。 ②? 蠕变的影响。高压气轮机的工作温度往往会在产生蠕变的温度以上，由于汽缸形状复杂、厚薄不均匀，各部分的温度和压力不同，使各部分的蠕变速度不同，因而各部分蠕变（塑性变形）量不同，导致汽缸变形。 ③?气轮机基础不良，造成各部分受力的大小不同而产生汽缸变形。 （1）汽缸的开裂，汽缸裂纹大都产生在温度梯度大、圆角半径小或汽缸厚度不对称的地方，法兰与汽缸壁的过渡区以及各调节气门汽道之间最容易产生裂纹。 产生汽缸裂纹的原因是很复杂的，内因包括汽缸的结构、材质、工艺等方面的原因。外因包括温度条件及应力状态等方面的原因。汽缸在结构上如果拐角的半径小及壁的厚薄差别大而又过于陡峭，则容易导致应力集中及应力的增大，在一定的条件下就会导致裂纹的产生。 出现了裂纹的汽缸可以采取挖除补焊等方法以消除裂纹和防止裂纹的继续扩展。 第三节 螺栓用钢及断裂事故分析
一 、螺栓的工作条件及对材料性能的要求 螺栓是锅炉`汽轮机和蒸汽管道上广泛使用的紧固零件。 螺栓在工作时由于螺母拧紧而使其受到拉应力，从而使螺栓产生一作用于法兰结合面的压力，使所连接的两结合面密和而不致产生漏汽现象。 螺栓和螺母是在高温高压下工作的，在长期运行的过程会发生应力松弛，导致螺栓压紧力降低，造成法兰结合面漏汽。 在汽轮机运行过程中，如果其他意外停机事故发生，法兰结合的连续工作时间，取决于螺栓的可靠性。一般要求螺栓的可靠工作时间不应该小于汽轮机按计划进行大修的两次停机之间的时间。 对螺栓用钢有以下一些要求： （1）具有较高的抗松弛性能。我国规定大电厂所用的高温螺栓最小密封力为147 Mpa,因此，要求螺栓用钢有较高的抗松弛性能，以保证在较小的初紧应力下，大修期内的压紧力不低于最小密封应力。 （2）足够高的强度和韧性。 （3）小的缺口敏感性。由于螺栓上存在着螺纹，有应力集中的条件，因此要求材料具有小的缺口敏感性。 （4）良好的耐腐蚀性能，小的热脆性倾向。 （5）不发生螺母“咬死”现象。为此，要求螺母材料的硬度应比螺栓低HB20~40。所以螺母材料可以比螺栓材料低一级；若材料相同，螺母的回火温度应高一些。 此外，选用螺栓用钢时还要考虑螺栓材料的线膨胀系数及导热系数与被固定金属的线膨胀系数及导热系数相接近。 二、螺栓用钢介绍
螺栓用钢多属于中碳钢和中、低碳合金钢。 取中碳是希望有强度和韧性的较好的配合。合金钢中因为加入了起强化作用的合金元素，所以含碳量可以低一些。 制造高温螺栓的合金钢中主要含铬、钼、钒元素，这些元素加入后都能提高其热强行和耐腐蚀性能，还使其具有较高的抗松弛能力。
工作温度更高的螺栓用钢中还要加入铌、钛、硼等元素，这些元素都能增加淬透性，细化晶粒，硼还能起到强化晶界的作用，铌、钛都是强碳化物元素，因而弥撒硬化效果好，使钢具有更高的热强性和抗松弛的能力。 35CrMo钢具有较高的热强性和抗松弛能力，长期工作组织稳定性也较好，可用作480℃以下的螺栓和510℃以下的螺母。经850℃油淬，560℃回火，调质处理后的组织为索氏体。该钢在火电厂应用得比较广泛。
25Cr2MoV钢和25Cr2Mo1V钢是目前火电厂热力设备中最广泛使用的螺栓材料。
25Cr2MoV钢具有较好的综合机械性能，热强性和抗松弛能力也较高，用于制造工作温度在510℃以下的螺栓。
通常当螺拴选用25Cr2MoV钢时，螺母则选用35CrMo钢制造；如果螺拴和螺母均用25Cr2MoV钢制造时，螺母的回火温度应较螺拴高15～30℃。
25Cr2Mo1V钢中铬、钼、钒的含量均比25Cr2MoV钢为高，因此具有更高的热强性和抗松弛能力，广泛用作工作温度在540℃的螺栓材料。 20Cr1Mo1VNbTiB钢和20CrlMo1VTiB钢是我国自行研制的可在560～580℃温度下工作的螺栓用钢，达两个钢种热强性更高，抗松弛能力也更好，而且组织稳定性也高。用20Cr1Mo1VNbTiB和20Cr1Mo1VTiB钢制造的螺栓，已在200MW和300MW的汽轮机上应用。
工作温度在560～590℃螺栓应选用2Crl2WMoNbVB马氏体耐热钢制造，工作温度在650℃以下的螺栓应选用Crl5Ni36W3Ti、Cr15Ni36W3CoTi、Cr15Ni36Mo3Ti等奥氏体类耐热钢制造；工作温度在650~750℃的螺栓则应用镍基合金如Cr15Ni70W5Mo4Al2Ti和Cr16Ni80NbTiAl等来制造。
三、螺栓的断裂分析
螺栓的断裂，特别是高温螺栓在运行过程中的断裂，是火电厂中常见的金属事故。按照螺栓断裂的特性可分为三种类型。 （一）?? 脆性断裂 螺栓的脆性断裂在断裂事故中占的比重最大，断裂的宏观特性是断口粗糙，呈结晶状， 断裂处无明显的塑性变形。有的断口上明显地分为两部分，一部分属于旧断口，其表面有严重的锈斑，无金属光泽，另一部分是新断口，表面呈结晶状，有金属光泽。这种现象说明了螺栓在断裂前，有一部分已产生了裂纹，最后是由裂纹扩展引起的断裂。
脆性断裂的螺栓，室温冲击韧性值很低，ak值仅为5～31J/CM2，说明螺栓的材质已经脆化。双头螺栓脆断部位常常发生在旋入端第一扣到第三扣螺纹的根部。 （二）?? 疲劳断裂
螺栓的疲劳裂纹一般都产生在裂纹最大负荷扣的最大应力表面上，有的螺纹第一道螺纹上的应力达到全部应力的50%（典型的应力集中现象！）有的裂纹发生在螺栓材料的某一缺陷处（疲劳源）。 螺栓中一旦产生了裂纹，便在应力不断作用下，裂纹逐渐扩展，当剩余的有效断面不足以承受所加负荷时，就发生了突然的断裂。这种类型的螺栓断裂属于疲劳断裂，螺栓疲劳断裂的断口可分为疲劳断裂区和静撕裂区。 （三）其他断裂类型
螺栓热紧时由于加热不均匀造成局部地区温度过高，由此形成裂纹，导致螺栓断裂，断口呈粗晶型脆性断口，有放射状条纹。若螺栓初紧力过大，则可能造成韧性断裂，断口呈纤维状。 螺栓断裂的主要原因可归纳为：螺栓用钢材质不良、螺栓结构不合理、加工和安装工艺不当、运行条件差等几个方面。 从材质角度来分析，影响螺栓脆性断裂的主要原因是螺栓材料的持久塑性低、缺口敏感性高和组织稳定性差。另外，钢材的冶金质量不好，非金属夹杂物过多，有发纹、疏松等宏观缺陷存在，都会促使螺栓脆断。
螺栓的结构设计不合理，螺纹加工质量不好，螺纹根部圆角半径太小，这样会在螺栓局部地区造成严重的应力集中而促使螺栓过早的损坏。 在安装检修时，紧固螺栓的初紧力过大、热紧时加热方法不当、螺栓偏斜等因素往往也是导致螺栓断裂的原因。 防止螺栓脆断的措施： （1）控制螺栓的硬度和金相组织。 （2）改进螺栓结构。分析发现断裂的螺栓大多为双头螺栓，这种螺栓光杆部分的直径与螺纹直径相等，无过渡圆角，存在着严重的应力集中区域，因而断裂部位常常发生在旋入端螺纹与光杆交界处。为了避免这种现象，可将光杆直径减小，改成细腰螺栓以缓和应力集中现象，减少断裂的发生。 （3）提高螺栓的加工精度和表面质量。 （4）改进安装检修工艺，控制初紧应力，改进加热方法，丝扣部分要研磨光洁，加入防止螺栓与螺母“咬死”的涂料，法兰结合面要注意平整。
为了保证螺栓的安全运行，对螺栓要加强监督，发现有问题时，选择有代表性的螺栓作冲击实验。有些还要作硬度的测试和金相分析。如果冲击韧性指标低于允许值时，应进行恢复性热处理。 所谓恢复性热处理，是将已经网状组织及硬度升高、冲击韧性降低了的螺栓，采用该螺栓材料的热处理工艺再进行一次热处理。 第四节 耐磨件及磨损失效分析
进口边因受煤粒直接撞击冲刷，首当其中损坏严重。煤粒冲刷到板面后，就沿板面向出口处滑动，由于气流运动以及煤粒中硬质点的浓度分布和冲击板本身材质等因素会造成局部受磨损严重，形成沟槽或局部损坏。
另外，水出灰的管道易腐蚀。 （1）? 较高的硬度
（2）? 足够的韧性 （3）?具有一定的耐腐蚀性 （4）??容易成型的加工性能。 二、磨煤机耐磨件材质介绍 1．球磨机中的耐磨件 （1）磨球 球磨机中的磨球，常用的是ZQCr2。这种磨球是含碳量为2.5％左右，含铬量为2％左右的白口铸铁球，材质硬度高，耐磨性比较好；因为含铬量较低，价格低廉。此外，也有选用中铬甚至高铬白口铸铁球的；还有采用锻钢球的。 （2）衬板 衬板的材质必须要与磨球匹配 2．中速磨中的耐磨件 目前新建的30万或60万的大机组，一般都选用中速磨作煤粉制备的机械。 中速磨除采用磨辊或磨环，还有也能够中空的大磨球来磨煤的，这个中空的磨球通常是选用ZG75Cr2Mo钢来制造的。 国内外还普遍使用堆焊或铸造的方法做成双金属符合材料的磨辊。堆焊磨辊其心部是ZG35钢；抗磨层则选用含碳量为3.5％～4.5％，含铬量为20％～30％的高碳高铬白口铸铁焊条。浇注成型的磨辊其心部采用灰口铸铁；而表面的抗磨层选用Cr15或Cr20的高铬铸铁。 3．风扇磨中的耐磨件 风扇式磨煤机，属于高速转动的具有粉碎、干燥和输送煤粉等功能的制粉机械，简称风扇磨。 风扇磨的易磨损件受到高速运动的煤粒的撞击和冲刷，而煤中难免会混有铁块、石块、木块，所以材质要有较高的韧性。 目前不少电厂仍应用高锰钢来制造风扇磨的耐磨件；但冲击板的磨损仍主要是磨料磨损，为了提高抗磨能力，延长耐磨器件的使用寿命，有些已改用低合金耐磨钢。 三、耐磨管道材料介绍
（1）耐磨管道材料的品种 电厂中应用的耐磨管道分成两大类：一是单金属管道，二是复合管道。 （1）单金属管道 单金属管道是用同一种金属材料，通常是采用铸造成型的；内壁硬化的则是用特殊的热处理工艺对内壁进行淬火处理。 （2）复合管道
输煤及出灰管道受磨损的均是内壁部分；弯头磨损严重的则是弯头外侧的内壁部分。可以在磨损严重的部位，采用抗磨性能较好的材质来做；而其它部分用价廉，塑性和韧性好的碳素钢来制造，做出两种材质的复合管道。 目前电厂中应用的复合管道还有陶瓷复合管道、橡胶复合管道和铸石复合管道等耐磨管道。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
2.2.1 蒸汽管道、集箱所用金属材料的要求： 应具有足够高的蠕变强度、持久强度、持久塑性和抗氧化性能。蒸汽管道和集箱通常以10万h或20万h的高温持久强度作为强度设计的主要依据，再用蠕变极限进行校核。一般要求钢材在工作温度下的持久强度平均值不低于50～70Mpa；对于低合金耐热钢，在整个运行期内积累的相对蠕变变形量不应超过2%；持久强度和蠕变极限的分散范围不超过±20%；持久塑性的延伸率不小于3%～5%。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 具有良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。 在高温下、长期运行过程中，组织性能稳定性好。 选材时，应根据工作温度，优先考虑钢材的热强性和组织稳定性。对于同一钢号钢材，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一些。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
2.2.2 过热器管和再热器管所用金属材料的要求： 具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性，并在高温、长期运行过程中，具有相对稳定的组织和性能。对于合金钢管，在整个使用期内，外径蠕变变形量不应大于2.5%，对于碳素钢管，不应大于3.5%。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
具有高的抗氧化性能，所用材料应属于1级完全抗氧化性材料，工作温度下的氧化速度应小于0.1mm/a。 具有良好的冷、热加工工艺性能和焊接性能。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.3 水冷壁和省煤器管用金属材料的要求： 应具有一定的室温强度和高温强度，使管壁的厚度不致过厚，从而传热效果良好，并有利于加工。 具有良好的抗热疲劳性能，以防因脉动疲劳或热疲劳损伤而导致过早损坏。 具有良好的抗腐蚀性能，并要求耐磨损性能、工艺性能好，尤其是焊接性能良好。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.4 蒸汽管道、集箱和受热面钢管的材质检验标准： 国产低、中压锅炉用无缝钢管的技术要求及质量检验应符合GB 3087的规定。 国产高压锅炉用无缝钢管的技术要求及质量检验应符合GB 5310的规定。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
锅炉用不锈钢无缝钢管的技术要求及质量检验应符合GB 13296的规定。 制造锅炉用管材或在役机组更换管材时，必须按JB/T3375的要求对入厂原材料进行抽检。 进口锅炉钢管的技术要求及质量检验应符合供货国标准或定货合同要求。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
2.2.5 锅炉受热面固定件及吹灰器用金属材料的要求： 锅炉受热面固定件用金属材料，应具有较高的抗氧化性能，并具有一定的热强性能和较好的耐蚀性、耐磨性能和工艺性能；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。其材质的技术要求和检验应符合GB/T 1220和GB/T 1221的规定。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.6 紧固件用金属材料的要求： 锅炉用高温螺栓（碳钢工作温度超过300～350℃，合金钢超过350～400℃），应采用抗松弛性能高的材料，以使螺栓在较低的初紧力下，在一个大修期内的压紧力不低于最小密封应力（一般为150Mpa），从而可降低对材料屈服强度的要求，减少螺栓发生脆性断裂的危险。 材料的组织性能稳定性好，回火脆性和热脆性小。对于采用加热伸长装卸或用液压拉伸器装卸的螺栓，长期运行后，材料的U形缺口试样冲击韧性应大于29.4J/cm2。长期运行后螺栓的硬度值也应控制在相应的技术标准所要求的范围内。
高温螺栓用钢，应具有一定的持久强度和蠕变强度，蠕变脆化倾向及蠕变缺口敏感性小，且具有良好的持久塑性。一般要求螺栓材料8000h～10000h以上光滑试样的持久塑性应不小于5%。 对于承受疲劳载荷的螺栓（如联轴器螺栓）材料，还应具有较高的抗疲劳和抗剪切的能力。 为防止螺纹咬死和减少磨损，选材时，螺栓和螺母应采用不同钢号。螺母的工作条件较螺栓好，螺母材料强度等级应比螺栓低一级（硬度低20～50HB）；并且，原则上同一法兰的紧固件，应采取牌号和强度等级相同的材料，否则应计算由不同线膨胀系数和不同抗松弛性能带来的影响。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
2.2.7 锅炉压力容器用金属材料的要求： 具有合格的室温强度和良好塑性配合，屈强比适宜，并具有高的抗时效能力。 具有良好的韧性。对于20R、16MnR、以及15MnVR钢板，其室温横向（夏比V形缺口试样）冲击功应不小于31J，而对于强度较高的15MnVNR以及18MnMoNb钢板，其冲击功应不小于34J。此外，应选用材料脆性转变温度（FATT50）和无脆性转变温度（NDT）比较低的钢材。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 对于承受腐蚀介质作用的容器，应根据使用环境和受力状态，选用耐腐蚀性好的材料。 为适应冷、热加工和焊接工艺要求，应选用具有良好的冷、热加工性能和焊接性能的材料。 锅炉压力容器用钢板的技术要求和质量检验应符合GB 6654的规定。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.8 铸钢件对金属材料的要求： 具有良好的浇铸性能，即好的流动性及小的收缩性，为此，铸钢中的碳、锰、硅的含量应比锻、轧件高一些。 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，并具有良好的组织稳定性。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 承受疲劳载荷作用的铸钢件用钢，应具有良好的抗疲劳性能和较高的冲击韧性。 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。 需要焊接的铸钢应应具有满意的可焊性。 选材时，主要依据铸钢件的工作温度和钢材的最高允许使用温度进行选用。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4～32Mpa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。
锅炉管道附件承压铸钢件的技术要求和质量检验应符合JB/T 9625的规定。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.9 锅炉构架用钢的要求： 钢种的选用：根据构架的用途和性能要求，可采用沸腾钢、半镇静钢或镇静钢制造。一般来说，除板梁和柱采用普通低合金钢外，其余元件（如顶板、护板、平台、楼梯等）基本上采用普通低碳钢。 足够的强度与刚度：锅炉构架不与高温烟气直接接触，工作温度不高，要求所用钢材具有一定的室温强度，并以此作为设计的依据，同时，应有足够的刚度。 适宜的脆性转变温度：因构架有时需在较低的温度下施工和工作，因此，所用钢材的脆性转变温度不宜过高，一般应低于当地的最低环境温度，尤其对于严寒地区应使NDT低于－40℃。
良好的焊接性能：构架一般采用焊接加工方式，同时由于大型构架尺寸较大，受工厂生产条件所制约，焊前预热及焊后热处理比较困难，因此，应力求省去这两道工序。这样，就要求所用钢材应具有良好的焊接性能。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求： 2.2.10 锅炉辅机及其他部位常用金属材料的要求 水泵用金属材料的选材要求：磨损性能，在干摩擦和润滑摩擦状态下均应具有良好的耐磨性；汽蚀性能，水泵介质流量大，转速高，汽蚀条件十分苛刻，要求在正常运行和最大甩负荷等条件下均不应发生汽蚀想象；腐蚀性能，水泵的介质相差很大，不同介质要求不同的抗腐蚀性能；振动性能，要求材料具有良好的减震性和较高的疲劳强度。水泵常用的金属材料包括铸铁、结构钢和合金耐蚀钢等。 2.2 锅炉用金属材料选用的具体技术要求：
风机用钢的要求：风机是转动机械，工作时转速高，振动大，要求材料具有足够的强度和较好的韧性；一般说来硬度高，材料的耐磨性就好，所以叶轮等表面应具有相当的硬度，以便具有良好的耐磨性；优良的抗蚀性；良好的焊接性。 3.6 焊后热处理工艺规范 3.6.1 焊口的加热宽度：
热处理的加热宽度一般要求从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的三倍，且不小于60mm。但是，一般加热只在管子外表，由于内部散热较快，这样，内壁温度必低于外壁，而且加热宽度与厚度之比越小，内外壁温差越大。所以在具体情况下，要适当加宽加热区。 3.6.2 升降温速度： 升降温速度过快，会增加工件各点的温差，引起较大的温差应力，严重时会导致焊缝或HAZ开裂，因此应严格控制升降温速度，一般按250×（25÷壁厚）℃/h计算，且不大于300℃/h。但冷却速度应比加热速度慢，因为冷却时产生的温差应力会留存下来，对于厚壁管应注意这一点。降温过程中，温度在300℃以下，可不控制，让工件自然缓慢冷却。
3.6.3 加热温度与恒温时间：
焊后热处理温度，一定要比材料的淬火或正火后回火的温度低30o左右, 以免发生组织变化，降低钢材的强度。对于异种钢接头，加热温度应低于低合金侧母材的下临界点Acl，并尽可能靠近高合金侧母材的热处理温度的要求值。锅炉常用钢材焊后热处理加热温度可参考表7-6。
表7-6 几种常见材质的热处理规范
恒温时间可按每25mm厚度恒温1小时计算，且最低不低于0.5小时。对于高温强度高的钢，必选择较高的加热温度，并延长保温时间。在恒温时，在加热范围内任意两个测点的温差应不大于50℃。
判断热处理质量，一般用硬度法进行，热处理后焊缝的硬度一般不超过母材布氏硬度的100以上，且不超过下列规定值： （1）合金含量＜3%时，HB≤270。 （2）合金含量在3%～10%之间时，HB≤300。 （3）合金含量＞10% 时，HB≤350。 3.10 锅炉常用材质焊接热处理曲线： （1）X20CrMoV（F12）钢焊接热处理工艺曲线（见图7-8）。 （2）T91/P91钢焊接热处理工艺曲线 （3）12Cr2MoWVTiB（102）钢焊接热处理工艺曲线 （4）12Cr1MoV、ZG20CrMoV钢焊接热处理工艺曲线 （5）10CrMo910钢焊接热处理工艺曲线 （6）A335-P11、13CrMo44、15CrMo钢焊接热处理工艺曲线 （7）15NiCuMoNb5（WB36）钢焊接热处理工艺曲线
（8）16Mo、15Mo3、A335-P1钢焊接热处理工艺曲线 （9）中碳钢、普通低合金钢焊接热处理工艺曲线
锅炉常用金属材料的牌号、特性及主要应用范围
压 力 容 器 杨丽颖 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 材料是制造压力容器的基础，正确选用压力容器材料是保证压力容器长期安全运行的基本条件。 压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要求，同时，选材料时还应考虑容器工作时的环境、介质及其他具体条件的要求。 不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条件，选择材料最基本的要求是能够保证压力容器安全工作，同时做到经济、适用。 本章主要内容 加工工艺和环境对材料性能的影响 压力容器选材的基本原则 压力容器常用材料 环境对压力容器性能的影响
环境的影响因素:温度的高低波动，载荷的波动，介质的性质，加载的速度等 温度 有的压力容器长期在高温下工作（热壁加氢反应器） 有的压力容器长期在低温下工作（液氧，液氨贮罐） 材料在高温或低温下的性能与常温下并不相同 高温，长期静载下钢材性能 蠕变现象：在高温和恒定载荷作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象称蠕变(Creep)现象。 蠕变温度：碳素钢超过420℃ 低合金钢400~500℃ 危害：使材料产生蠕变脆化，应力松驰，蠕变变形和蠕变断裂。 a.蠕变曲线
温度和应力一定时，金属材料的应变与时间的关系可用蠕变曲线图来表示。 b.蠕变极限，持久强度 在高温下长期服役的压力容器的材料性能指标采用蠕变极限和持久强度。 蠕变极限是高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力，其定义为105小时后材料应变限制在1%以内，其应变速率为=10-7时的应力。 在给定温度下，一定时间后产生蠕变断裂的应力称为该时间内的持久强度。 c.松弛
在高温和应力作用下，随着时间的增长，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将逐步取代原来的弹性变形从而使零件内的应力逐渐降低，这种现像称松驰。 （3）高温下材料性能的劣化 a.珠光体球化 压力容器的碳素钢和低合金钢，常温下组织为铁素体+珠光体，其片状珠光体在温度较高时，逐渐转变成球状，再积聚成球团，使材料的屈服点抗拉强度，冲击韧性，蠕变极限，持久极限下降，这种现象称为珠光体球化。 修复：加热，保温，再冷却 b.石墨化
钢材在高温，应力长期作用下，珠光体内渗碳体自行分解出石墨的现象。 危害：相当于金属内形成空穴，使金属发生脆化，强度和塑性降低，冲击韧性下降很多。 防止：在钢中加入与碳化合能力强的合金元素如Cr，Ti，V等。 c.回火脆性
12CrlMoV等铬钼钢，长期在325-575℃下使用，或者在此温度范围缓慢冷却，使韧脆转变温度升高，冲击韧性下降的现象称回火脆性。 防止：严格控制微量杂质元素的含量（P，Sb，Sn，S--）使设备升、降温速度尽量缓慢。 d.氢腐蚀和氢脆
①氢腐蚀：高温高压下氢与钢中的碳形成甲烷的化学反应，也称氢蚀。 生成的甲烷不能扩散出去，聚集在晶界上形成压力很高的气泡，气泡扩大和相互连接从而在晶界上形成裂纹。 条件：碳素钢在200℃以上的高压氢环境中才会发生氢腐蚀。 防止：加入Cr，V，T，W等能形成稳定碳化物，从而提高抗氢腐蚀的能力。 ②氢脆
钢因吸收氢而导致韧性下降的现象。 机理：高温高压下，氢以原子形式渗入到钢中被钢的基体所溶解吸收，当容器冷却后，氢的溶解度降低，形成分子氢的集聚，造成氢脆。 防止：停车时，应先降压，保温消氢（200℃以上），再降至常温，不可先降温后降压。 低温容器的材料选用 设计温度低于或等于-20oC的碳素钢和低合金钢制造的压力容器属于“低温压力容器”。 化工厂中有不少容器的工作条件处于低温下，例如液化乙烯、液化天然气、液氮等的贮罐，石油化工装置中的低温分离系统等。 有一些容器虽不属于低温操作，但由于环境温度影响，壳体的金属温度可能达到低于或等于-20oC(例如中国北方地区的室外的无保温的容器)，也应当按照低温压力容器处理。 奥氏体高合金钢制低温容器在设计温度高于或等于-196℃时，可不作为低温压力容器处理。 钢材随着使用温度的降低，会由延性状态转变为脆性状态，抗冲击性能会有很大的降低。
当存在难以避免的缺陷时，在低于脆性转变温度下受力，会导致脆断，脆断的发源点往往在应力高度集中的部位，因此对低温压力容器在设计时应给予特别的重视。 低温压力容器的强度设计与常温容器相同，但是在选材及其力学性能检验、结构设计和制造要求等方面有更严格的规定。 GB 150《钢制压力容器》附录C“低温压力容器”即为现行的低温压力容器设计、制造、检验与验收规程。 (一)低温容器材料的韧性 (一)低温容器材料的韧性 图为钢材冲击功值随温度变化的示意图，存在一个转变温度Tc(脆性转变温度)。 在此温度以下，冲击功之值突然降低，断裂韧性值KIR也明显降低，标志着钢材进入了脆性状态。 钢材的使用温度须高于脆性转变温度。同时低温冲击功值AKV必须大于某一数值，才能确保足够的韧性，避免发生脆断。 (一)低温容器材料的韧性 (一)低温容器材料的韧性 (一)低温容器材料的韧性 (二)低温容器用钢 (二)低温容器用钢 作为低温容器用钢与普通的压力容器用钢相比，低温容器用钢有其较高的冶炼与检验要求。主要有如下几点。 在化学成分上，低温容器用钢的含碳量更低，添加少量韧化元素锰和镍，对各元素分析的偏差控制加严，允许的磷、硫含量严于压力容器用钢，GB 3531中规定低温钢的磷、含量不得超过0.025％、硫不超过0.015％，而GB 6654压力容器用钢要求不超过0.035％。 在供货的热处理状态上，低温容器用钢不允许以轧制状态交货，必须是正火状态或调质状态，这都为了确保材料的韧性。 在力学性能上低温钢略微降低了对强度(sb、sy)的要求，体现了宁可放弃些强度而要确保韧性的思想。 (二)低温容器用钢 (二)低温容器用钢 (二)低温容器用钢 ——第二类为低碳含镍马氏体钢，如Ni9钢，适用于-100～-120oC，常用于建造大型液化天然气贮罐，钢板厚度不超过50mm的焊接时可不预热，焊后可不做热处理。但由于Ni9钢焊接时易形成热裂纹，常用于高镍焊条焊接。 ——第三类低温钢是低镍奥氏体钢，主要用1Crl8Ni9(一196~C)和15Mn26A14(一253~C)，一般在固溶化状态使用。 3.3.2介质
（1）腐蚀概述 Corrosion 按腐蚀机理，可分为两大类 a.电化学腐蚀 金属在电解质中，由于各部位电位不同，形成微电池，在电子交换过程中产生电流，作为负级的金属被逐渐溶解的一种腐蚀。 如碳素钢在水或潮湿环境中的腐蚀。 b.化学腐蚀 金属在介质中直接发生化学反应的腐蚀 按腐蚀的形成，也可分为两大类 a.全面腐蚀 与腐蚀介质直接接触的全部或大部分金属表面发生比较均匀的大面积腐蚀。 危害：厚度变薄，强度不足，发生膨胀以至爆破。 防止：选用耐腐蚀材料，衬里或堆焊。 b.局部腐蚀
集中在金属表面局部区域的腐蚀 常见形式有; ①晶间腐蚀 intergranular corrosion 腐蚀沿晶粒边界和邻近区域产生和发展，而晶粒本身腐蚀很轻微。危害很大，不易被察觉。 腐蚀环境：电解质溶液、过热水，蒸汽、高温水和熔融金属等。 防止：在奥氏体不锈钢中加入稳定化元素（Ti，V）或采用超低C不锈钢（OOCr18Ni9） ②小孔腐蚀（孔蚀，点蚀） pitting
在金属表面产生针状，点状，小孔状局部腐蚀。 产生：卤素离子，氯化物，溴化物静止的液体中。 防止：提高流速，增加Mo、降低介质中Cl-含量 ③缝隙腐蚀 crevice corrosion 缝隙中积存静止介质或沉淀物引起的腐蚀。 避免：避免或减少缝隙形成。 介质的流动死角（区）使液体排净，减少管子与管板间缝隙。 （2）应力腐蚀 Stress Corrosion
在拉伸应力和特定腐蚀介质的共同作用下，导致材料开裂或早期破坏 断裂前往往无明显塑性变形，危险性很大 特点①拉应力大于临界值 ②特定合金和介质的组合 如：氯化物溶液中，面心立方晶体(face-centered cubic)的奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀，而体心立方晶体(body-centered cubic)的铁素体不锈钢不容易发生。 防止：
1.合理选择材料，H2S采用抗H2S的钢，如12Cr2MoAlV 2.减少或消除残余应力，焊后消除应力热处理 3.改善介质条件，减少有害离子成分，添加缓性剂（吸附在金属表面上）涂层保护。 3.3.3加载速率 Loading rate
用应力速率（Pa/s）或应变速率（S-1）表示。 应变速率在10-4～10-1 S-1的范围材料力学性能无明显变化，应变速率在10-4 S-1以上，有显著影响。 原因：加载速度较高，材料无充分时间产生滑移变形，使材料继续处于一种弹性状态，使σs随之增大而塑性和韧性下降，脆性断裂倾向增加。 3.4压力容器材料选择 制造压力容器用的材料多种多样，有黑色金属，有色金属，非金属材料及复合材料等。 使用最多的还是钢材. 3.4.1压力容器用钢的基本要求： 基本要求：较高的强度，良好的塑性，韧性，制造性能，以及与介质的相容性。 （1）化学成分
含C量≤0.25% ,C含量高，使强度增加，可焊性变差，加入V，Ti，Nb可提高强度和韧性 S、P有害元素,S—降低塑性和韧性,P—增加脆性（低温脆性） 压力容器用钢，S、P含量<0.02%，0.03% （2）力学性能
力学性能主要指：强度、韧性和塑性变形能力 力学性能不仅与钢材的化学成分，组织结构有关且与所处的应力状态和环境有关。 强度判据：σs，σb，持久极限（强度）σD，蠕变极限σn和疲劳极限σ-1 塑性判据：延伸率? 5，断面收缩率ψ
韧性判据：冲击吸收力AKV，韧脆转变温度，断裂性 设计时，力学性能判据可从相关规范标准中查到，实际使用时，除要查看质量证明书外，有时还要对材料进行试验。（拉伸，冲击） （3）制造工艺性能 制造中冷加工，要求钢材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率应在15～20%以上。 良好可焊性是一项重要指标 可焊性主要取决于化学成分，影响最大是含碳量,各种合金元素对可焊性度有不同程度的影响，常用碳当量Ceg表示，国际焊接学会推荐公式： Ceg=C+ 元素符号表示该元素在钢中的百分含量 一般认为：<0.4%可焊性优良，>0.6%可焊性差，我国对此尚无规定。 压力容器钢材的选择原则
1材料的使用性能 A 分析构件的工作条件（p、t、介质等），确定构件应具有的使用性能（强度、刚度、塑性、韧性等） B 通过失效分析，确定构件的主要使用性能 C 从构件主要使用性能要求出发，提出材料使用性能的要求 2、材料的加工工艺性能 3、材料的经济性 4、材料的选择应符合规范标准要求 压力容器材料包括压力容器常用钢以及有色金属和非金属
实验仪器及设备 实验对象及材料 （2）必须用规定的钢板制造压力容器
规定 允许用制造压力容器的钢板有两类： A 压力容器专用钢板，如16MnR、20R等 B 可用于制造压力容器的非容器专用钢板，如普通碳素钢中的Q235-A、Q235-B，优质碳素钢中的10、15、20、35、45、20g等。 （3）钢板必须按规定的限制条件使用，如设计压力、设计温度、厚度、介质限制、冶炼方法等。 （4）制造压力容器的钢板必须有符合相应国家标准或行业标准规定的内容齐全的质量证明书。 实验步骤 GB6654-1996（《压力容器用钢板》，GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》 数据记录 2、钢管 （1）无缝钢管包括热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管，用于过程设备较高压力的流体输送，材料通常为10、20号钢。
GB8163-87 《输送流体用无缝钢管》 GB9948-88 《石油裂化用无缝钢管》 GB6479-86 《化肥设备用高压无缝钢管》 （2）焊接管 输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等低压力的流体（P＜0.6MPa)，材料可用Q235制造。 实验结论
备注和说明 附 件 附图 附 件 附表 3、锻件 （1）根据锻件检验项目和数量的不同，锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。
（2）需焊接的碳钢锻件，材料用20号钢，不需焊接的碳钢锻件，材料用35或45号钢。 （3）压力容器上使用的锻件不得低于Ⅱ级，若锻件截面尺寸大于300mm，或容器盛装高度或极度危害介质，且锻件截面尺寸达50mm时，级别不得低于Ⅲ级。 4、圆钢、型钢 用于制作支撑件、加强圈等，圆钢还可用于制作小尺寸的紧固件。
圆钢材料为Q235-A、20、35号钢等，型钢材料多为Q235-A 钢材类型 按化学成分，压力容器用钢分为三类：
碳素钢（C%＜2.06%) 按含碳量低碳钢（C%＜0.25%)，中碳钢0.25%＜C%＜0.6%,高碳钢C%＞0.6%。 按钢的质量普通碳素钢（S≤0.055%，P≤0.045%)，优质碳素钢（S≤0.040%，P≤0.040%)，高级优质碳素钢（S≤0.030%，P≤0.035%) 普通碳素钢Q235系列钢板和优质碳素钢均可用于制作压力容器。 低合金钢 在优质碳素钢的基础上，加入一种或多种合金元素（合金元素总含量在3%以下，以提高钢的强度和改善综合性能。
低合金钢是目前制压力容器的主要钢材，其强度、韧性、耐腐蚀性等均优于相同含碳量的碳素钢，能够减轻装备的重量，可节省钢材1/3—2/3。 GB150—1998《钢制压力容器》推荐适用的低合金钢板有：16MnR、15MnVR、15MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR.
其中16MnR是σs340MPa级的普通低合金高强度钢，具有优良的力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，是中国压力容器专用钢板中用量最大的钢种。 高合金钢（合金元素总含量大于10%） 主要有铬钢、镍铬钢、铬镍钼钢等，如0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等，主要用于耐腐蚀和耐高温等特殊场合，如不锈钢、耐热钢等。
不锈钢中的主要元素是Cr、Ni、Mo、Ti，其中Cr、Ni含量较高。 高合金钢（合金元素总含量大于10%） 不锈钢的耐蚀性主要来源于Cr，实验证明，只有当Cr的含量大于12%时钢的耐蚀性才会大幅度提高，所以不锈钢中Cr的含量不低于12%。 Ni可以扩大不锈钢的耐蚀范围，特别是提高抗碱腐蚀的能力。 复合钢板及其应用
复合钢板基层是碳素钢或低合金钢，复层是不锈钢或有色金属
有色金属和非金属 复合钢板及其应用
有色金属包括 铜及其合金纯铜、黄铜（H）（Cu-Zn合金）、青铜（Q）（锡青铜、无锡青铜） 铝及其合金 纯铝、防锈铝（LF）(Al-Mn、Al-Mg合金)、硬铝（YL）(Al-Cu-Mg合金) 镍及镍合金 纯镍、 Ni-Mn合金、Ni-Cu合金 钛及钛合金 纯钛、 Ti-0.2Pd、Ti-0.3Mo-0.8N 纯铜
又称紫铜，具有较高的导电性、导热性和良好的塑性 特点 低温下能保持较高的塑性和冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料 耐蚀性 A 在没有氧存在的情况下，在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀。
B在氨和铵盐溶液中，当有氧存在时，由于 生成可溶性络离子，故不耐蚀。所以在氨生产中使用的仪表、泵、阀门等均不能用铜制造。 C 铜在大气、水、中性盐及苛性碱中相当稳定，但在氯、溴、二氧化硫、硫化氢等气体及潮湿大气中将会受到腐蚀。 黄铜
具有较高的机械性能，价格较便宜，可用于制作深冷设备筒体、管板、法兰及螺母。 青铜
锡青铜 具有很高的耐蚀性和良好的抗磨性，多用于与制造耐磨零件（轴瓦、轴套、涡轮）和与酸碱等腐蚀性介质的零件。 无锡青铜 强度好、耐蚀性好，价格低廉，常用于制造在蒸汽和海水工作条件下的零件及摩擦耐腐蚀零件 纯铝
特点：密度小，导电、导热性能好，强度较差，塑性好，有极好的耐蚀性（但不耐碱及盐水），可用于制作储罐、塔、热交换器等设备，也可用于制作防止污染的设备和深冷设备。 铝合金
防锈铝 特点;具有适中的强度、优良的塑性和耐蚀性，多用于制作深冷设备及过滤器、分馏塔等。 硬铝 特点： 强度较高，可用于制作深冷设备中的螺栓及其他受力构件 纯镍
特点：耐蚀性、耐磨性和硬度都很高，但价格很贵，很少用于制作压力容器 镍合金 特点;具有很好的耐腐蚀性能和抗高温性能，但价格较高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。 纯钛
特点 密度小，强度高。 工作温度范围宽，可在-196-350℃范围内使用。 钛是具有强烈钝化倾向的金属，在氧化性的中性介质中具有优良的耐蚀性，特别是钛有不发生晶间腐蚀的特点 钛合金
特点（1）钛合金可以承受锻造、冲压等压力加工 （2）钛合金的焊接应在惰性气体保护下或在真空中进行，以防止氢、氮、氧等进入焊缝，保护焊缝的塑性。 制造工艺对钢材性能的影响
塑性变形
1、冷、热加工，2、应变硬化（加工硬化），3、应变时效，4、各向异性 焊接对钢材性能的影响 焊接接头的组织和性能 焊缝、融合区、热影响区（过热区、正火区、部分正火区）减小焊接应力与应变的措施 合理的焊接接头设计（焊接接头形式、焊接坡口设计、焊缝的间距和位置布置） 焊接方法和焊接工艺 焊前预热和焊后热处理 焊接接头 常见缺陷（裂纹、夹渣、未焊透、未熔合、焊瘤、气孔、 ） 热处理对钢材性能的影响
消除残余应力 改善组织结构和力学性能 环境对压力容器用钢性能的影响
压力容器材料选择 压力容器用钢的基本要求 化学成分（C/P/S等） 力学性能（强度、刚度、塑性、韧性等） 制造工艺性能（机加工性能、压力加工性能、焊接性能、铸造性能、热处理性能等） §5.1 起重机金属结构 起重机 辅助设备 1、起重机金属结构的常用材料 起重机金属结构的材料主要是钢材，选择钢材时主要考虑结构的类型和重要性、载荷的性质、连接方法、结构的工作温度、结构的受力性质等方面。
起重机金属结构的主要承载构件规定采用Q235B、Q235C、Q235D(镇静钢)， 对于—般起重机金属结构构件，当设计温度不低于-25℃时，允许采用沸腾钢Q235F。 工作级别为A7、A8的起重机金属结构，宜采用平炉镇静钢Q235C或特殊镇静钢Q235D，需要减轻结构自重时，可采用16Mn或15Mn可。 1辅助设备 一、索具设备
1.钢丝绳 顺捻：表面光滑柔软，与卷筒接触面大，磨损轻，易松散，扭结，作牵引用； 反捻：较硬，不扭转，作吊装用。 2.吊钩 3.吊索 4.卡环 5.花蓝螺丝 6.横吊梁 二、其他辅助设备 1.滑轮
定滑轮，改变方向，不省力。 动滑轮：方向不变，省力。 2.倒链 3.卷扬机 手动卷动机、电动卷动机 4.千斤顶 5.钢丝绳 2、起重机主要零部件的常用材料——钢丝绳 钢丝绳由钢丝和绳芯组成，钢丝要求有很高的强度和韧性，通常由含碳量0．5％～0．8％的优质碳素钢制成，在热处理和冷拔过程中的变形强化使钢丝达到很高的强度，通常约为1400～2000N／mm2(Mpa)。表面状态分光面、镀锌、镀铅；绳芯分为有机芯、石棉芯、金属芯。 2、起重机主要零部件的常用材料——吊钩 小起重量起重机的吊钩是锻造的。 大起重量起重机的吊钩采用钢板铆合，为片式吊钩。目前大起重量起重机的吊钩也有采用锻造的。 锻造吊钩材料应采用吊钩专用材料，DG20、DG20Mn、DG34CrMo、DG34CrNiMo、DG30Cr2Ni2M02钢制成，加入少量铝(≥0．02％)以防止老化。片式吊钩由若干片厚度不小于20mm的Q235、20或Q345的钢板制造。 2、起重机主要零部件的常用材料——滑轮
滑轮，最常用的材料为灰铸铁 在粗暴工作和不易检修的条件下多改为钢质滑轮，目前多用铸钢，为减轻自重，多采用焊接代替铸造，采用焊接性能好Q235。 采用铝合金的滑轮又经济又能减轻重量 热扎滑轮在国内外也有使用，目前还有采用铝合金或尼龙绳槽作为衬垫的方法。 此外，用球墨铸铁代替铸钢，工艺性较好。对钢丝绳寿命也有利。使用时不易破碎。 2、起重机主要零部件的常用材料——卷筒和齿轮
卷筒的材料—般采用强度不低于HT200的灰铸铁。重要卷筒可以采用高强度铸铁或球墨铸铁。大型卷简多用Q235钢板弯卷成筒型焊接而成。 齿轮的材质—般采用中碳钢经调质处理或高频淬火处理。要求较高的齿轮采用低碳合金钢经渗碳、齿面淬火等处理，从而获得较高性能。联轴器齿轮的材料—般采用45钢或ZG55ll，齿面经高频淬火处理，提高硬度和增加耐磨性。制动器中制动轮通常由铸钢制造，转速不高的制动轮也可以用组织细密的铸铁制造，制动臂可用铸钢或钢板制造。 §5.2 电梯用钢
电梯用不锈钢牌号主要集中在304(1Cr18Ni9 )、439、430、409L、316L(00Cr17Ni12Mo2 ) 以及目前443同类型产品，如宝钢B443NT、太钢TTS443、浦项445NF、JFE的JYH21CT。
产品厚度主要采用0.5～3.0mm。0.5、0.6mm厚度主要使用在扶梯阶梯；0.7、0.8、1.2、1.5mm材料厚度主要用于门板、轿箱面板、扶梯侧板等；2.0、3.0mm厚度用于电梯升降按键基板。 在电梯层门、轿箱面板，扶梯侧板等部位主要使用304、439、443等产品，430、409L产品使用在扶梯阶梯。
根据钢种不同性能，沿海地区腐蚀性强的地区一般以304、443为主，439产品用于相对腐蚀性较弱的区域，316L主要使用在腐蚀环境比较恶劣的区域； 二、所用不锈钢钢种
304 用量最大 316 用在海边和高腐蚀场合；重载扶梯 409L 430 一般场合和梯级 439 443 替代304 复合钢板 439钢种介绍 1、化学性能 3、与其它钢种对比 化学成分 通过对比可知： 439钢种是在普通铁素体材料（430）的基础上降低C的含量，同时加入Ti等稳定化元素，使该钢种的耐晶间腐蚀性、成型性和焊接性均有所提高。其与304钢种相比，虽延伸率较低（30％左右），但强度、耐腐蚀性相当，且耐腐蚀性优于200系列材料。 热传导率高, 热膨胀率低，适合热交换器, 排气管。 价格便宜，较多用途代替304。 443钢种介绍
TTS443无镍型不锈钢，铬含量高达21%，具有和SUS304同样优异的抗腐蚀性，出色的成型性，焊接性及耐高温性，新型多功能、多用途、综合性能优异，适用于家电制品、车辆部件、厨房机器、内外建筑装饰材料、集装箱内板等领域。 2、物理性能 通过对比可知443具有如下优点：
优异的抗腐蚀性：443里含有高达21%Cr，同时降低了碳、氮等不纯物质，并添加了具有稳定作用的钛元素，焊接后也能保持良好的抗腐蚀性。 出色的机械性能：机型性能较430更加优越 良好的物理性能：与304相比，443密度低，在重量相同的情况下，材料利用率可提高2.5%；导热性能好；热膨胀系数小 价格优势：不添加镍，价格便宜；不添加镍、钼，即使这两种金属涨价也不受影响。 电梯用钢发展趋势 电梯的不锈钢使用量约为整部电梯用钢量的30%-40%，受镍价格影响，300系列价格不断上升，广大电梯制造商价格相对较低的400系列产品替代304产品。439产品得到广泛使用，但439产品耐腐蚀性能相对较弱。 目前耐腐蚀性不错的443材料已广泛使用西子奥的斯基本切换使用太钢的TTS443材料；上海三菱、上海永大等大企业也开始使用443材料。? |
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