PDF《电站锅炉金属材料的选择与使用》

电站锅炉金属材料的选择与使用 赵加星, 刘涛, 董永昌 (中国特种设备检测研究院, 北京

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2 9 ) 摘要: 近年来, 随着世界经济的发展, 能源消耗问题逐渐突显, 我国居民生活和工作中需要消耗大量的能源.

为了 解决能源问题, 我国修建了许多的电站, 但是在维护过程中, 电站锅炉属于高危基础建设, 具有一定的不稳定性, 维护相 对困难, 因此在电锅炉的建设过程中要注重材料的选择, 逐渐的提升材料的使用技术, 提升电站锅炉整体运行的稳定 性, 节能的同时保证电站安全, 使其更好的服务社会. 关键词: 锅炉金属;

选择;

使用 作者简介: 赵加星 (1

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1 ― ) , 男, 北京人, 工程师, 从事超临界电站锅炉安装监督检验、 定期检验. 电站锅炉属于特殊设备, 其受国家安全监管的 监督.电锅炉金属材料的选择中, 要严格的按照国 家相关标准, 选取符合规格的材料, 避免低材高用, 当选取的金属材料不具备承压能力时将发生严重 的安全事故, 危及人们的生命财产安全.反之如果 高材低用, 不仅浪费了材料, 同时也会造成一定的 安全隐患, 如用在碳钢部位使用合金材料, 也容易 发生危险, 因此科学的选取电站锅炉金属材料对于 提升电站锅炉的安全性和稳定性具有重要的意义.

一、 金属材料简述 电站锅炉的金属材料选择是一门复杂的学科, 电站相关的检修和改造工作人员应当熟练的掌握 金属材料基础知识, 及时的了解国内外的金属材料 技术发展, 针对不同的情况要灵活变通, 选取切合 实际的材料,从根本上提升电站锅炉的稳定性, 同 时为检修和维护提供便利. 工作人员熟练的掌握金属知识是提升电站锅 炉检修质量的必要条件, 只有充分了解金属特性才 能够提升锅炉的检修质量.电站锅炉常用的金属原 料主要是钢铁, 为黑色金属, 主要由铁元素组成, 是 一种晶体物质.钢铁的性能主要由组成元素、 组成 元素含量、 种类、 微观结构决定, 如果需要改良钢铁 的属性可以对其进行热处理,改变其组织结构, 使 其适用于电站锅炉的建设中.

二、 电站锅炉金属材料应用位置 电站锅炉属于高危设备,在我国的安全检测 中, 要充分的考虑到锅炉日常的维护细节, 尤其在 构件的材料选择上,如果金属材料性能搭配错误, 不但会降低工作效率,同时还存在一定的安全隐 患, 严重时可发生重大事故, 造成人员伤亡. 为了能让锅炉使用过程中发挥最大的作用, 对 锅炉内部的承重材料的选择一定要慎重, 选择承重 合适的金属材料不仅能更好的解决爆管事故还可 以避免因降限带来的浪费.在电站锅炉的材料选择 中, 应当在不同的位置选取适合的材料, 如果用合 金材料代替碳钢管进行连接将会增加锅炉爆炸的 技术与交流 危险系数,为了避免锅炉使用时时效时间过长, 那 么就应该注意焊缝位置是否受到母材料的影响. 另外, 在对于接头位置的焊接是有技术难度的 环节, 工作人员在操作过程中要尤为注意, 因为稍 有不慎就会增加锅炉爆炸的风险.技术人员不仅要 在金属焊接接头时对材质选择慎重, 更应该严格按 照技术要求标准执行操作, 充分发挥焊接材质在接 头位置的性能.

三、 合理的对金属材料选择 金属材料在电站锅炉中的使用属于实验应用 科学范畴, 因此日常工作人员需要扎实掌握基础的 理论知识,充分的运用应用化学知识提升工作效 率, 确保正确的选取金属材料.通常情况下, 钢铁是 电站锅炉中常见的金属材料, 是由铁构成的金属混 合物, 并在制作的过程中加入其它金属, 根据种类 和比例的不同产生的钢铁属性也是不同的.同时钢 铁的性质还受到了温度的影响, 热处理后的钢铁属 性会发生变化,这些变化能够改变原有的金属组 织, 让金属材料的功能发生变化. 钢铁是一种混合物, 具有较强的金属性.铁元 素是构成钢铁的主要元素, 在锻造的过程中还可以 加入其他元素, 这些元素大部分组成是碳, 其次可 以加入硫、 磷、 硅、 锰等元素, 由于碳和其他元素的 加入往往能够增加金属混合物的硬度, 在抗腐蚀性 能上也有了较大的提升, 碳元素与其它元素的结合 是碳钢的由来, 如果其他组成元素较多的话称为合 金钢, 工作人员要根据电站锅炉不同位置选取不同 属性的金属材料[

1 ] . 在钢铁组成中, 硫和磷元素并不能够改变钢铁 的性质, 在钢铁的锻造过程中, 这两种元素是经常 出现的杂质, 理论上, 低杂质的钢铁质量要好与高 杂质钢铁, 但是在实际的锻造中, 杂质的含量应当 控制在一定范围内, 杂质过多或者过少都会对钢铁 质量与硬度产生很大的影响. 钢在我们日常生活中有着重要的作用, 这种晶 体物质中含有碳元素, 而碳元素按同种异构体形式 分为石墨、 金刚石以及无定形碳三种.碳元素的化 学性质直接受碳原子的排列方式影响, 不同的碳元 素排列方式也会对形成的晶体物质在晶体性能上 产生影响, 会直接导致元素异构体的物理性能以及 力学性能产生非常惊人的差别.例如石墨与金刚 石,这两种物质因为晶体结构的排列方式不同, 所 以在空间形态上的表现也不同,作用也是不同的. 石墨具有柔软的性质, 不仅具有导电性还能用来制 作铅笔;

而金刚石则恰恰相反, 作为世界上最坚硬 的物质往往用来当做切割的材料. 钢水化成液体后, 在凝固过程中其组成元素会 生成特有的晶体, 这种重新组成的钢会带有明显的 物理性能与化学性能, 这与上文提到的钢中碳元素 的异构现象类似.锅炉压力容器中使用的钢材料通 过不同的热处理可以分解出铁素体、 奥氏体、 珠光 体、 马氏体和贝氏体等. 促使改变晶体结构发生变化、 重新分布化学成 分等, 而且可以调整、 改善组织结构状态, 保证和提 高材料的使用性能.

四、 金属材料的使用 随着我国能源建设的不断发展, 电站建设的要 求逐渐提升, 许多电厂锅炉提高了对原料的要求和 标准,有些电站锅炉采用了不锈钢材料,通常是

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8 N i 系, 这些材料加工较为困难, 只能委托给专 业的工厂进行制造, 但是很多不锈钢材料在热处理 方面达不到应有的性能, 对材料进行整体或局部的 固溶热处理不达标, 在这种情况下, 设备的使用寿 命被严重降低.例如, 奥氏体不锈钢抗腐蚀不强, 在 应用的过程中容易受到腐蚀, 主要是因为内部的碳 原子在同晶界交换的过程中产生了铬元素, 导致不 锈钢材料晶间缺少了铬元素,尤其在高温的环境 下, 在400度以上的高温, 此反应更为迅速, 因此在 实际的操作中, 应当对温度进行严格的控制, 尽可 能虽短高温停留时间, 避免产生缺铬反应.此外, 在 焊接的时候, 需尽量选择小线能量, 让温度上的控 制可以更为精确. 晶间腐蚀严重损坏了金属材料, 因此若想保证 电厂锅炉的安全运行就要对晶间腐蚀进行有效的 控制.为了有效地控制晶间腐蚀, 工作人员可以根 据奥氏不锈钢提出不同的使用条件,采取固溶处 理, 通过改变处理工艺来提升材料的稳定性.其次 还可以运用钝化处理,降低金属材料表面的活性, 用氧化性酸进行氧化, 形成氧化保护层, 提升抗腐 蚀性.电站锅炉的工作温度为

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0 度以上, 刚好达 到了金属材料的敏感温度, 固溶处理的材料再次温 度区间依旧能够产生晶间腐蚀,导致材料损坏, 降 低了安全性.此时应当稳定化处理材料, 固定碳元 素, 避免发生转移, 这样能够显著的提升材料的使 用寿命[

2 ] .电厂锅炉在运行的过程中, 奥氏体不锈钢 产品采用局部固溶处理工艺, 从理论上讲, 这样的 处理方式不够科学, 其次金属材料采用的是固溶处 理时取局部热处理方式, 不论固溶处理还是稳定化 处理, 局部热处理方式可能会导致材料长期处于敏 感温度区间, 因此提升了整体材料的不稳定性.一 旦发生晶间贫铬, 性能下降, 形成质量隐患, 运行中 这个部位会最先失效[

3 ] . 在对发电锅炉高温段的材质选择时, 应该使用 具有稳定性与整体性的热处理工艺,采用

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8 N i 系列不锈钢的制成品. 为了增加耐氧化腐蚀性, ........