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當今常用鍋爐管材材料介紹

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 中國無縫管網數據獲悉:為含有較多的Cr和Ni奧氏體不銹鋼;我國GB5310-95中的1Cr18Ni9與該鋼類似。該鋼具有良好的組織穩定性,較高的持久強度、抗氧化性能、同時具有良好的彎管和焊接工藝性能等加工性能。但對晶間腐蝕和應力腐蝕較為敏感;且由于合金元素較多,容易產生加工硬化,使切削加工較難進行;其熱膨脹系數高,導熱性差。 主要用于制造亞臨界、超臨界壓力參數的大型發電鍋爐的高溫過熱器、高溫再熱器、屏式過熱器的高溫段以及各種耐高溫高壓的管件等部件;對于承壓部件,最高工作溫度可達650℃;對于抗氧化部件,其最高抗氧化使用溫度可達850℃。另外,該鋼也可用于制造在低溫浸蝕性介質中工作的容器、閥、管道等以及要求耐腐蝕性的非磁性部件。但由于具有奧氏體鋼所具有的缺點,TP304H鋼用于承壓部件上時,有可能在某種程度上,被T92和HCM12A部分替代。
  
  (1)20G:是GB5310-95的列標鋼號(國外對應牌號:德國的st45.8、日本的STB42、美國的SA106B),為最常用的高壓鍋爐鋼管用鋼,化學成分和力學性能與20板材基本相同。該鋼有一定的常溫和中高溫強度,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≤500℃的受熱面管子、以及水冷壁管、省煤器管等,大口徑管做壁溫≤450℃的蒸汽管道、集箱(省煤器、水冷壁、低溫過熱器和再熱器聯箱),介質溫度≤450℃的管路附件等。由于碳鋼在450℃以上長期運行將產生石墨化,因此作為受熱面管子的長期最高使用溫度最好限制到450℃以下。該鋼在這一溫度范圍,其強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,應用較廣。此鋼在伊朗爐(指單臺)上所使用的部位為下水引入管(數量為28噸)、汽水引入管(20噸)、蒸汽連接管(26噸)、省煤器集箱(8噸)、減溫水系統(5噸),其余作為扁鋼、吊桿材料使用(約86噸)。
  
  (2)SA-210C(25MnG):是ASME SA-210標準中的鋼號,是鍋爐和過熱器用碳錳鋼小口徑無縫鋼管常用鋼,珠光體型熱強鋼。我國于1995年將其移植到GB5310,定名為25MnG。其化學成分簡單,除碳、錳含量較高外,其余與20G相近,故其屈服強度較20G高約20%左右,而塑、韌性則與20G相當。該鋼的生產工藝簡單,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500℃的水冷壁、省煤器、低溫過熱器等部件。
  
  (3)SA-106C:是ASME SA-106標準中的鋼號,是高溫用大口徑鍋爐和過熱器用碳-錳鋼管。其化學成分簡單、與20G碳鋼類似,但碳、錳含量較高,故其屈服強度較20G高約12%左右,而塑、韌性也并不差。該鋼的生產工藝簡單,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箱),可以減薄壁厚約10%,既可節約材料費用,又可減少焊接工作量,并改善聯箱啟動時的應力差。
  
  (15MoG):是DIN17175標準中的鋼管,是鍋爐過熱器用碳鉬鋼小口徑鋼管常用鋼,珠光體型熱強鋼。我國于1995年將其移植到GB5310,定名為15MoG。其化學成分簡單,但含有鉬,故在保持與碳鋼相同的工藝性能的情況下,其熱強性能優于碳鋼。因其性能良好,價格便宜,得到世界各國的廣泛采用。但該鋼在高溫下長期運行有石墨化傾向,故其使用溫度應控制在510℃以下,在冶煉時應限制Al的加入量以控制并延緩其石墨化進程。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510℃以下。其化學成分C0.12-0.20,Si0.10-0.35,Mn0.40-0.80,S≤0.035,P≤0.035,Mo0.25-0.35;正火態強度水平σs≥270-285,σb≥450-600 MPa;塑性δ≥22。
  
  (4)SA-209T1a(20MoG):是ASME SA-209標準中的鋼號,是鍋爐和過熱器用碳鉬鋼小口徑無縫管常用鋼,珠光體型熱強鋼。我國于1995年將其移植到GB5310,定名為20MoG。其化學成分簡單,但含有鉬,故在保持與碳鋼相同的工藝性能的情況下,其熱強性能優于碳鋼。但該鋼在高溫下長期運行也有石墨化傾向,故其使用溫度應控制在510℃以下并防止超溫,在冶煉時應限制Al的加入量以控制并延緩其石墨化進程。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510℃以下。其化學成分C0.15-0.25,Si0.10-0.50,Mn0.30-0.80,S≤0.025,P≤0.025,Mo0.44-0.65;正火態強度水平σs≥220,σb≥415 MPa;塑性δ≥30。
  
  (5)15CrMoG:是GB5310-95鋼號(對應的是世界各國廣泛應用的1Cr-1/2Mo和11/4Cr-1/2Mo-Si型鋼),其鉻含量較12CrMo鋼高,因此在500-550℃具有較高的熱強性。當溫度超過550℃時,其熱強性顯著降低,當其在500-550℃長期運行時,不產生石墨化,但會產生碳化物球化及合金元素的再分配,這些均導致鋼的熱強性降低,鋼在450℃時抗松馳性能好。其制管和焊接等工藝性能良好。主要用作為蒸汽參數550℃以下的高、中壓蒸汽導管和聯箱、管壁溫度560℃以下的過熱器管等。其化學成分C0.12-0.18,Si0.17-0.37,Mn0.40-0.70,S≤0.030,P≤0.030,Cr0.80-1.10,Mo0.40-0.55;正回火態下強度水平σs≥235,σb≥440-640 MPa;塑性δ≥21。
  
  (6)T22(P22)、12Cr2MoG:T22(P22)是ASME SA213(SA335)規范材料,我國GB5310-95將其列入。在Cr-Mo鋼系列中,它的熱強性能比較高,同一溫度下的持久強度和許用應力甚至于比9Cr-1Mo鋼還要高,因此其在國外火電、核電和壓力容器上都得到廣泛的應用。但其技術經濟性不如我國的12Cr1MoV合金鋼管,因此在國內的火電鍋爐制造中用得較少。只是在用戶要求時才給予采用(特別是按ASME規范設計制造時)。該鋼對熱處理不敏感,有較高的持久塑性和良好的焊接性能。T22小口徑合金鋼管主要用作為金屬壁溫580℃以下的過熱器和再熱器等受熱面管等,P22大口徑合金管則主要用于金屬壁溫在不超過565℃的過熱器/再熱器聯箱和主蒸汽管道。其化學成分C≤0.15,Si≤0.50,Mn0.30-0.60,S≤0.025,P≤0.025,Cr1.90-2.60,Mo0.87-1.13;正回火態下強度水平σs≥280,σb≥450-600 MPa;塑性δ≥20。
  
  (7)12Cr1MoVG:是GB5310-95的列標鋼,是國內高壓、超高壓、亞臨界電站鍋爐過熱器、集箱和主蒸汽導管廣泛采用的鋼種。化學成分和力學性能與12Cr1MoV板材基本相同。其化學成分簡單,總合金含量在2%以下,為低碳、低合金的珠光體型熱強鋼。其中的釩能與碳形成穩定的碳化物VC,可使鋼中的鉻與鉬優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移速度,使鋼在高溫下更為穩定。此鋼中的合金元素總量只有國外廣泛使用的2.25Cr-1Mo鋼的一半,但在580℃、10萬h的持久強度比后者卻高40%;而且其生產工藝簡單,焊接性能良好,只要嚴格熱處理工藝,就能得到滿意的綜合性能和熱強性能。電站實際運行表明:12Cr1MoV主蒸汽管道在540℃安全運行10萬h后,仍可繼續使用。其大口徑合金鋼管主要用作蒸汽參數565℃以下的集箱、主蒸汽導管等,小口徑合金鋼管用于金屬壁溫580℃以下的鍋爐受熱面管等。
  
  (8)12Cr2MoWVTiB(G102):是GB5310-95中的鋼號,為我國60年代自行開發、研制的低碳、低合金(多元少量)的耐高溫高強合金鋼管貝氏體型熱強鋼,從70年代就納入了冶金部標準YB529-70和現在的國標,1980年底該鋼通過了冶金部、一機部和電力部的聯合鑒定。該鋼具有良好的綜合機械性能,其熱強性和使用溫度超過國外同類鋼種,在620℃達到某些鉻鎳奧氏體鋼的水平。這是因為鋼中所含合金元素種類較多,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620℃。電站實際運行表明:長期運行后鋼管的組織和性能變化不大。主要用作金屬溫度≤620℃的超高參數鍋爐過熱器管、再熱器管。其化學成分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;正回火態下強度水平σs≥345,σb≥540-735 MPa;塑性δ≥18。
  
  (9)SA-213T91(335P91):是ASME SA-213(335)標準中的鋼號。是由美國橡膠嶺國家試驗室研制開發的、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)鋼的基礎上,在限制碳含量上下限、更加嚴格控制P和S等殘余元素含量的同時,添加了微量0.030-0.070%的N、以及微量的強碳化物形成元素0.18-0.25%的V和0.06-0.10%的Nb,以達到細化晶粒要求,從而形成的新型鐵素體型耐熱合金鋼;其為ASME SA-213列標鋼號,我國于1995年將該鋼移植到GB5310標準中,牌號定為10Cr9Mo1VNb;而國際標準ISO/DIS9329-2列為X10 CrMoVNb9-1。 因其含鉻量(9%)較高,其抗氧化、抗腐蝕性能、高溫強度及非石墨化傾向均優于低合金鋼,元素鉬(1%)主要提高高溫強度,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℃的持久強度是后者的三倍,且保持了T9(9Cr-1Mo)鋼的優良的抗高溫腐蝕性能;與奧氏體不銹鋼相比,膨脹系數小、熱傳導性能好、并有較高的持久強度(如與TP304奧氏體鋼比,等到強溫度為625℃,等應力溫度為607℃)。故其具有較好的綜合力學性能、且時效前后的組織和性能穩定,具有良好的焊接性能和工藝性能,較高的持久強度及抗氧化性。主要用于鍋爐中金屬溫度≤650℃的過熱器和再熱器。其化學成分C0.08-0.12,Si0.20-0.50,Mn0.30-0.60,S≤0.010,P≤0.020,Cr8.00-9.50,Mo0.85-1.05,V0.18-0.25,Al≤0.04,Nb0.06-0.10,N0.03-0.07;正回火態下強度水平σs≥415,σb≥585 MPa;塑性δ≥20。
  
  (10)T23(HCM2S):是日本住友金屬株式會社在我國G102耐高溫高強度合金鋼管用鋼(12Cr2MoWVTiB)基礎上研制,將碳含量從0.08-0.15%降低至0.04-0.10%、Mo量從0.50-0.65%降低至0.05-0.30%、提高W量從0.30-0.55%至1.45-1.75%,并形成以W為主的W-Mo的復合固溶強化,加入微量Nb和N形成碳氮化物(主要為VC、VN,M23C6和M7C3)彌散沉淀強化,而研制成功的低碳低合金貝氏體型耐熱鋼,近年由ASME Code Case 2199-1批準,牌號為T23。該鋼的前身、我國的G102在國內的大型電站鍋爐上已經得到廣泛應用, T23(HCM2S)鋼時效前后的力學性能和金相組織差異小;焊接性能好,優于我國的G102[9];耐蝕性較好;室溫強度和沖擊韌性較G102為佳,其許用應力也基本相同。至少等同于我國的G102、而優于SA213-T22和我國的12Cr1MoV。總的說來,HCM2S的優點較多,由于G012在我國的鍋爐中已經成功應用多年,HCM2S鋼在國內等同代替G102完全可行。 T23(HCM2S)合金鋼管性能良好,其最高使用溫度為600℃,最佳使用溫度為550℃。可用于制造大型電站鍋爐金屬壁溫不超過600℃的過熱器和再熱器。
  
  (12)T92(NF616):是日本新日鐵在T91基礎上,對成分做了進一步完善改進、采用復合-多元的強化手段,適當降低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的復合固溶強化,加入N形成間隙固溶強化,加入V、Nb和N形成碳氮化物彌散沉淀強化以及加入微量的B(0.001-0.006%)形成B的晶界強化,從而研制開發的新型鐵素體耐熱合金鋼。此鋼在日本稱為NF616;現已納入ASME SA-213標準。 T92與T91一樣,具有比奧氏體鋼更為優良的熱膨脹系數和導熱系數,其具有極好的持久強度、高的許用應力、良好的韌性和可焊性。其持久強度{許用應力}較T91更高,在650℃的持久強度{許用應力}為T91的1.6倍;且具有較好的抗蒸汽氧化性能和焊接性能,與T91基本相同。 T92鋼管性能優良,使用溫度可達650℃。可部分替代TP304H和TP347H奧氏體不銹鋼管,制造金屬壁溫不超過650℃的亞臨界、超臨界乃至超超臨界的電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器管等受壓部件,避免或減少異種鋼接頭,改善鋼管的運行性能。其同樣也可用作為壓力容器和核電高溫受壓件用鋼。該鋼作為將來、現有鍋爐的最高溫度區以及超臨界壓力鍋爐管子用鋼,將能得到廣泛應用(13)T122(HCM12A):是日本住友金屬株式會社以德國X20CrMoV121為基研制的HCM12(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的復合固溶強化和更加穩定的細小碳化鈮彌散沉淀強化,提高組織穩定性和高溫強度)的基礎上,進一步調整成分: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復合固溶強化、氮的間隙固溶強化、銅相和碳氮化物的彌散沉淀強化的多種強化,從而研制而成的12%Cr的低碳合金耐熱鋼。在正回火狀態下鋼中的主要沉淀相為VC、VN,M23C6。近年由ASME Code Case 2180-2批準,牌號定為T122。 T122(HCM12A)鋼時效前后的力學性能差異很小;金相組織類同母材的原始組織;時效對沖擊韌性有一定影響,但經長期時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定性和高溫強度、抗氧化性能和抗腐蝕性能。與T91相比,其在高溫650℃時的持久強度{許用應力}、抗氧化性能和抗腐蝕性能更優;與奧氏體不銹鋼相比,奧氏體不銹鋼在高溫下的持久強度{許用應力}和抗氧化性能雖優于HCM12A,但奧氏體鋼的應力腐蝕或晶間腐蝕卻是一個難題。用HCM12A無此類問題。T122(HCM12A)鋼管性能優良。該鋼的最高使用溫度為650℃。完全可用于制造先進的超臨界鍋爐機組的材料,可用于制造大型電站鍋爐金屬壁溫不超過650℃的過熱器和再熱器。該鋼在600-650℃的鍋爐過熱器和再熱器上可部分代替TP304H和TP347H,具有良好的經濟價值。 中國無縫管網數據獲悉
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