锅炉检修常用金属材料

锅炉设备检修常用材料主要包括金属材料、密封材料、耐热及保温材料、常用油脂、常用清洗剂、涂料、磨料等。

锅炉检修中最常用的金属材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。一、承压部件用钢锅炉承压部件用钢从使用温度来分，可分为高温用钢和中温用钢；从钢材形式来分，可分为管材和板材两大类，管材用于各类受热面、集箱和管道，板材主要用于汽包。承压部件用钢选用时主要考虑以下几个方面：(1)强度符合要求，严防错用或使用质量不合格的钢材。(2)在高温条件下长期使用的组织结构稳定性良好。(3)工艺性能良好，包括热加工、冷加工，尤其是焊接性能。(4)抗氧化和抗腐蚀性能良好。(5)价格、成本合理，符合我国合金元素资源情况及其使用政策等。(一)管材受热面用的管材直径较小，一般在60以下，最大约为108。由于热流的存在，壁温总高于工质温度。安装在炉外、不受热的集箱和管道的壁温则等于工质温度，但其直径却较大，壁厚也较厚，因而其内储能量较大，损坏的后果也严重得多。因此，对集箱或管道用钢管的要求要严格，通常这类钢管的最高使用温度比相同钢号的受热面管子要低30-50℃。锅炉承压部件大致分为两部分：省煤器、水冷壁及其管道，过热器、再热器及其管道。前者一般在中温范围内工作，后者一般在高温范围内工作。(1)省煤器和水冷壁用钢管。这两种承压部件的工质温度最高为水的临界温度374℃，壁温一般不很高，属中温范围。最常用的是优质碳素钢。这类钢在此温度范围强度不太低，组织稳定，有一定的抗腐蚀能力，冷、热加工性能和焊接性能均好，得到广泛的应用。当锅炉压力大于15MPa时，尤其是高热负荷的蒸发受热面，可采用温度和强度都较高的低合金钢，如波兰制造的BP-1025亚临界压力的锅炉，水冷壁采用15M03、13CrMo44钢；上海锅炉厂制造的SG-1000/170直流锅炉，水冷壁采用15CrMo钢。(2)过热器和再热器用钢管。过热器是锅炉的重要高温部件，由于运行时过热器管子外部受高温烟气的作用，内部流动着高压蒸汽，壁温一般在高温范围，其钢管金属处在高温应力的条件下，即在产生蠕变的条件下运行，工作条件较为恶劣。再热器虽然其内部流通的蒸汽压力低，但蒸汽比容大，密度小，放热系数比过热蒸汽小得多，对管壁的冷却能力差，同时受热力系统经济性的限制。为控制再热器的阻力，再热器中的蒸汽流速不能太高；由于这些因素，使得再热器的工作条件比过热器更差。因此，为了保证热力设备安全可靠地运行，对管道用钢提出以下要求：①足够高的蠕变极限、持久强度和良好的持久塑性。在进行过热器管和蒸汽管道的强度计算时，常以持久强度作为计算依据，然后按照蠕变极限进行校核。②高的抗氧化性能和耐腐蚀性能。一般要求在工作温度下的氧化深度应小于0.1mm/年。③足够的组织稳定性。④良好的工艺性能，特别时焊接性能好。上述要求在某种程度上是矛盾的。要保证热强性和组织稳定性，需要加入一定的合金元素，但这往往会使工艺性能变坏。在这种情况下，一般优先考虑使用性能要求，对焊接性能则可采用焊前预热和焊后热处理来补救。我国应用于不同壁温的过热器、再热器及联箱用钢的常用钢号有10、30020、20g、12CrMog、15CrMog、12CrlMoVg、12Gr2MoWVTiB、12C;2MoVSiTiB等，它们的使用温限见表1。表1 过热器、再热器及集箱蒸汽管道常用钢材及允许温度钢的种类钢号标准编号适用范围用途工作压力MPa壁温℃碳素钢10，20GB3087受热面管子≤5.9≤450联箱、蒸汽管道≤425碳素钢20gGB 5310受热面管子不限≤450联箱、蒸汽管道≤425合金钢12CrMogGB 5310受热面管子不限≤56015CrMog联箱、蒸汽管道≤55012Cr1 MoVgGB 5310受热面管子不限≤580联箱、蒸汽管道≤56512Cr2MoWVTiBGB 5310受热面管子不限≤60012Cr2MoVSiTiB≤600(二)板材锅炉用钢板主要用以制造汽包。汽包的工作温度处于中温范围，由于汽包所处的工作条件及加工工艺的要求，对汽包所用锅炉钢板的性能要求以下几点：(1)强度高。汽包虽然工作温度不太高，但工作压力较高，因此要求汽包用锅炉钢板强度高。这样，对于同样的温度和压力，汽包所需壁厚可减小一些，这对于制造、安装和运行都会有很大的好处。(2)塑性、韧性和冷弯性能好。在加工汽包卷板时，钢板不易出现裂纹。(3)时效敏感性低。由于汽包钢板在冷加工后，其运行温度正好在时效过程进行得较为强烈的范围内。发生时效过程会使钢板的冲击韧性降低。在相同时间内，冲击韧性下降得多则称为时效敏感性高，反之则时效敏感性低。(4)钢板的缺口敏感性低。由于汽包上开孔较多，钢板的缺口敏感性低，则对应力集中不敏感。(5)焊接性能好。(6)非金属夹杂、气孔、疏松、分层等制造缺陷尽量少，并且不允许钢板中有白点和裂纹。汽包的直径大，壁厚，内存大量的饱和水，如发生爆裂，释放能量很大，后果非常严重。再加汽包制造工艺复杂，成本高，所以锅炉用钢板的质量应当引起高度重视，我国有专门的国家标准来规定它的技术条件(GB713《制造锅炉用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》)。锅炉钢板的钢号后标以“锅”字或标以下脚“g”。相同牌号的锅炉用钢板和普通用途的热轧钢板在化学成分和普通机械性能上几乎没有差别，但锅炉用钢板保证冲击值和时效冲击值，而一般用途钢板却不保证。常用的锅炉钢板及应用范围如表2所示。表2 锅炉钢板及应用范围钢的种类钢号标准编号适用范围工作压力MPa壁温℃碳素钢20R20g22gGB 6654GB 713≤5.9≤5.9≤450合金钢12Mng,16MngGB 713≤5.9≤40016MnRGB 6654≤5.9≤400二、锅炉辅机检修常用金属材料锅炉辅机设备零部件主要包括轴、键、销、齿轮、蜗轮、蜗杆、带轮、链轮、轴承、风烟道等。锅炉辅机设备零部件常用的金属材料可根据零部件的使用要求和加工性能从金属材料标准中选用。主要零件的常用材料见表3。表3  锅炉辅机主要零件的常用材料零件名称常用材料轴25~45号优质碳素钢、40Cr或45Cr合金结构钢等轴承座HT200、HT250 等齿轮45 号钢、ZG35、ZG45、ZG40Cr、ZG35CrMnSi等风轮Q235、Q255 钢及16Mn等滑动轴承低负荷工作时，为青铜或黄铜，高载时采用巴氏合金滚动轴承轴承钢，牌号有GCr6、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等联轴器HT200、ZG35 等风粉、烟道部件Q235钢、16Mn，弯头处可采用ZG25、ZG35等键硬度和强度略低于轴，风机轴选用45号钢，键采用35号三、管阀用钢(一)锅炉一般管道常用材料锅炉一般管道指的是工作压力可以很高，但工作温度在450℃以下的各种汽水管道，如高压给水管道、锅炉本体的疏排水管道、一些常温低压的冷却水、冲灰渣水、压缩空气等管道。这些管道共同的特点是不属于高温管道，因此，可选用碳钢管。常温中低压管道可选择一般用途的碳钢无缝钢管、中低压锅炉专用无缝碳钢管，高压管道可选用锅炉用高压无缝碳钢管，因为碳钢管价格低廉，具有良好的焊接性能和冷加工性能，且强度也可满足要求。在锅炉高压管道的选材中，也采用低合金钢，如15Mo3、13CrMo44、15NiCuMoNb5等。这些低合金钢的共同特点是合金含量低，工艺性和可焊性较好，由于加入了合金成分，使得强度和耐热性大大提高。因此，对必须采用大管径及厚壁的管道及附件，可降低管壁厚度，使得制造、焊接、热处理等工艺性能好一些。(二) 锅炉高温高压管道常用材料由于高温高压管道长期在高温高压下运行，故均采用耐热钢。耐热钢在高温状态下能够保持化学稳定性(耐腐蚀、不氧化)和足够的强度，即具有热稳定性和热强性，耐热钢可分为珠光体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢。高温高压管道常使用珠光体和马氏体耐热钢。(1)珠光体耐热钢。火电厂中常用的有代表性的珠光体耐热钢种性能及适用范围见表4。表4 耐热钢性能及适用范围钢号性 能适用范围15CrMo在510℃以下组织稳定性良好，在520℃时还具有较高的持久强度，并有良好的抗氧化性能。温度超过550℃时，蠕变极限明显下降。长期在500~550℃下工作，会产生球化现象用于蒸汽参数为510℃的高中压蒸汽导管以及管壁温度为550℃的锅炉受热面12Cr1 MoV热强性和持久塑性比15CrMo钢好，工艺性能良好，在500~700℃回火时有回火脆性现象，在570℃条件下长期运行，会产生球化现象用于壁温低于580℃的高压、超高压锅炉的过热器管以及蒸汽参数为570℃的过热器联箱及蒸汽管道10CrMo910西德钢种，焊接性能良好，但蠕变极限和持久强度比12CrMoV钢低，具有良好的持久塑性，常化温度较12CrHMoV低，热处理方便，在长期高温运行中会发生珠光体球化，碳化物析出用于蒸汽温度小于或等于540℃的蒸汽管道，壁温小于或等于590℃的过热器管12Cr2MoWVTiB(钢102)具有良好的综合机械性能、工艺性能和相当高的持久强度，有较好的组织稳定性及良好的抗氧化性，经600℃、620℃，5000h 时效试验后，机械性能无显著变化。但易受烟气的腐蚀，壁厚减薄较快用于600~920℃的过热器和再热器管，也可用于蒸汽管道，但实际中采用较少12Cr3MoVSiTiB(Π11)具有较高的热强性和组织稳定性，长期时效试验表明，在工作温度下无热脆倾向，有良好的抗氧化能力，在600~620℃下有较高的热强性用于600～620℃的过热器和再热器管，也可用于蒸汽管道，但实际中采用较少(2)马氏体耐热钢。当金属使用温度进一步提高时，常采用马氏体耐热钢或马氏体——半铁素体耐热钢。这些钢号的合金元素含量介于珠光体耐热钢和奥氏体耐热钢之间，适用于制造高参数和超高参数机组的过热器管。X20CrMoWV121(F11)、X20CrMoV121(F12)钢是德国生产的马氏体耐热钢，具有良好的耐热性能，在空气和蒸汽中抗氧化能力可达700℃。F11钢现已停止生产，而生产不含钨、性能与F11差不多的F12钢。(三)高温紧固件常用材料螺栓作为紧固件，被广泛地应用于火力发电厂锅炉阀门结合面以及管道法兰等部件上，制作高温螺栓材料有以下要求：(1)抗松弛性好，屈服强度高。保证在一个大修期间，螺栓的压紧应力不小于要求密封的最小应力。材料性能的好坏，决定螺栓设计的尺寸，在某些空间有限的条件下，螺栓的尺寸不允许大于某个数值。(2)缺口敏感性低。(3)具有一定的抗腐蚀能力。(4)热脆性倾向小。(5)螺栓和螺母不应有相互“咬死”的倾向，为了避免这一倾向并保护螺栓螺纹不被磨坏，要求一套螺栓、螺母不能用同样的材料，而且螺母材料的硬度应比螺栓材料低20～40HB。(6)紧固件与被紧固件材料的导热系数、线膨胀系数不要相差悬殊，以免引起相当大的附加应力，或者减弱了压紧应力。紧固件常用材料如表5所示。

目前在高参数火力发电厂中，25Cr2MoV和25Cr2Mo1V钢是使用较广泛的高温螺栓用钢。但是这两种钢在高温使用后，有较严重的热脆性出现，可以通过恢复热处理，使脆化的螺栓消除脆性。(四)阀门常用材料阀门在火力发电厂中使用广泛，在300MW机组的锅炉设备上，就有各种汽水阀门近500只，其中有低压、中压、高压阀门，有常温、中温、高温阀门，工作介质有汽、水、油、灰及气。为了使众多的阀门都有良好的性能，要求阀门在选材上既可以满足各种工况、各种介质的运行，又不造成过大的浪费，既实用又经济。阀门材料应根据介质的种类、压力、温度等参数及材料的性能选用。阀体、阀盖是阀门的主要受压零件，并承受介质的高温与腐蚀、管道与阀杆的附加作用力的影响，选用的钢材应有足够的强度和韧性、良好的工艺性及耐腐蚀性。常用钢材如表6所示。

密封面是保证阀门严密性能的关键部件，在介质的压力与温度的作用下，要有一定的强度及耐腐蚀性，并且工艺性能要好。对于密封面有相对运动的阀类，还要求有较好的耐磨性。常用的密封面材料见表7。

阀杆是重要的运动件及受力件，且常与密封填料摩擦，处于介质的浸泡中。因此要求阀杆有足够的强度和韧性，能耐介质、大气及填料的腐蚀，耐磨耐热，工艺性能良好。常用的阀杆材料见表8。

四、受热面吊架用铸铁和钢锅炉受热面吊架的工作特点是处于锅炉的高温烟气中，没有冷却介质来冷却，元件本身的温度很高，但承受的载荷并不大，因此要求吊架使用的材料要耐高温，抗氧化性能要好，且有一定的强度，以固定受热面。为了满足这些使用要求，在吊架使用的材料中，合金元素的含量很高，并且多有提高钢的抗氧化性能的元素，如Cr、Si等。常用的吊架用铸铁及钢见表9。