热力发电厂锅炉常用材料分析
摘要：随着节能、环保要求的日益提高，热力发电厂锅炉的材料向着高性能方向发展。
本文对热力发电厂锅炉目前常用材料进行探讨分析，为选用合适的材料和研发新材料提供参考依据。
关键词：热力发电厂锅炉材料
Abstract:As require of energy sources economy is advanced progressively,material for thermal power plant boiler is approached to high capability. This article analyses normal material for thermal power plant boiler at present, as a reference for selecting appropriate material and new material investigating.
Key Word: Thermal power plant Boiler Material
一、概述
由于节能、环保的需求，热力发电厂锅炉日益向高参数、高容量方向发展，锅炉常用材料也需要向高性能方向发展。
因此，我们有必要对热力发电厂锅炉目前常用材料进行分析，以便选用合适的材料，以及研发新材料以适应其发展需要。
二、锅炉主要部件常用材料牌号及其标准
1.管道材料标准
1.1国家标准（GB5310）
（1）碳素钢：20G，20MnG，25MnG。
（2）合金钢：15CrMoG，12Cr1MoVG，12Cr2MoG，07Cr2MoW2VNbB，10Cr9Mo1VNbN，10Cr9MoW2VNbBN。
（3）不锈钢：07Cr19Ni10，10Cr18Ni9NbCu3BN，07Cr25Ni21NbN，07Cr18Ni11Nb，08Cr18Ni11NbFG。
1.2美国标准（AMSE）
（1）碳钢：SA106B，SA106C，SA210C。
（2）合金钢：SA213系列-T2，T11，T12，T22，T23，T91，T92；SA335系列-P11，P12，P22，P23，P91，P92。
（3）不锈钢：SA213系列-TP304H，TP347H，TP347HFG，TP310HCbN(HR3C)；
S30432(SUPER304H)。
1.3欧洲标准（EN10216）
（1）碳钢：P235GH。
（2）合金钢：10CrMo9-10，X10CrMoVNb9-1。
（3）不锈钢：X7CrNiNb18-10。
2.钢板材料标准
2.1国家标准（GB713）
（1）碳素钢：Q345R。
（2）合金钢：13MnNiMoR，15CrMoR，12Cr1MoVR。
2.2美国标准（AMSE）
（1）压力容器用碳锰硅钢板：SA299。
（2）压力容器用锰钼和锰钼镍合金钢板：SA302。
（3）压力容器用铬-钼合金钢板：SA387。
（4）中高温压力容器用碳钢板：SA515。
（5）中低温压力容器用碳钢板：SA516。
2.3欧洲标准（EN10028）
（1）P355GH。
（2）13MnNiMoNb（BHW35）。
三、锅炉汽水部分管道系统常用材料
1.水冷壁
水冷壁是锅炉的水汽转变受热面，即循环水在水冷壁中由液态变成气态水蒸汽。
下表列出了从10万千瓦的电厂到超（超）临界压力电厂所用水冷壁材料的变化情况。
表一：锅炉参数类型、机组容量变化相应对水冷壁材料要求的变化
2.过热器
过热器是把锅炉蒸汽加热到额定过热温度的受热面。
下表列出了从10万千瓦的电厂到超(超)临界压力电厂所用过热器材料的变化情况。
表二：锅炉参数类型、机组容量变化相应对过热器材料要求的变化
3.再热器
再热器是对经汽轮机高压缸做功后的过热蒸汽再次加热到额定温度的受热面。
下表列出了从10万千瓦的电厂到超(超)临界压力电厂所用再热器材料的变化情况。
表三：锅炉参数类型、机组容量变化相应对再热器材料要求的变化
4.省煤器
省煤器是对锅炉给水进行预热的受热面。
下表列出了从10万千瓦的电厂到超(超)临界压力电厂所用省煤器材料的变化情况。
表四：锅炉参数类型、机组容量变化相应对省煤器材料要求的变化
5.集箱和蒸汽管道
集箱是受热面管与蒸汽管道的过渡部件，而蒸汽管道顾名思义则是蒸汽的传输管，均采用大口径或中口径管制造。
下表列出了从10万千瓦的电厂到超(超)临界压力电厂所用集箱和蒸汽管道材料的变化情况。
表五：锅炉参数类型、机组容量变化相应对集箱和蒸汽管道材料要求的变化
四、锅炉高温工况及材料的性能要求
1.水冷壁
2.过热器和再热器
3.省煤器
4.集箱和蒸汽管道
五、锅炉常见金属事故特征分析
锅炉受热面管子是在高温、应力和腐蚀介质作用下长期工作的，当管子钢材承受不了其工作负荷时，就会发生不同形式的损坏事故。
火电厂锅炉受热面管子的常见事故主要有以下几种类型：
1.长时超温爆管
管子在高温下运行时所受的应力主要是由过热蒸汽内压力造成的对管子的切向应力，在这种应力下，管径发生胀粗；长时超温的管子钢由于原子扩散加剧，导致其组织变化，使蠕变速度相应加快，持久强度降低；因而管子达不到设计寿命就提前破坏。
（1）其宏观特征为：呈粗糙不平整的脆性断口、无明显塑性变形、管壁减薄不多、管径胀粗不明显、破口较小、边缘粗钝、外形呈狭长菱形；破口附近管子内外壁有较厚的氧化皮；破口附近管子外壁有较多纵生（平等于破口）的短小蠕变裂纹或应力腐蚀裂纹；向火侧的管壁减薄程度较背火侧的要多一些。
（2）其显微特征为：组织为铁素体加碳化物。
出现珠光体球化、石墨化、碳化物析出并聚集长大等组织变化，一般向火侧较为严重；有明显的蠕变裂纹，裂纹内部有
较厚的氧化层。
（3）其力学性能特点：爆管破口处附近材料的强度、硬度较同类新钢管显著降低；向火侧的强度和硬度较背火侧更低。
2.短时超温爆管
锅炉受热面管子在运行中冷却条件恶化、干烧，使管壁温度短期内突然上升，达到钢的临界点AC1以上，其抗拉强度急剧下降，管子应力超过屈服极限，产生塑性变形、管径胀大、管壁减薄，产生剪切断裂而爆管的现象。
（1）其常见宏观特征为：产生较大塑性变形、管壁减薄较多、胀粗明显、爆破口较大（呈尖锐喇叭形）、边缘薄而锋利；破口附近管子内外壁的氧化皮较薄，有时没有，无明显腐蚀迹象。
在水冷壁管的短期过热爆管破口内壁由于爆管时管内汽水混合物急速冲击，而显得十分光洁。
且短期过热爆管的管子外壁一般呈蓝黑色，破口附近没有众多的平等于破口的纵向裂纹。
（2）其显微特征为：有相变发生，能观察到不同程度的相变组织，如淬火或回火组织：低碳马氏体、屈氏体、贝氏体以及被拉长的珠光体和铁素体；有时有一定程度的珠光体球化现象。
（3）力学性能特征：视超温温度是否超过AC1或AC3，若是，则破口周围的管材硬度较原始管材的更高。
3.材质不良引起的爆管
材质不良的爆管是指错用钢材或错用了有缺陷的钢材造成管子提早破坏。
4.腐蚀性热疲劳裂纹损坏
锅炉受热面管子的汽水分层、省煤器管汽塞、过热器带水、减温减压阀门间隙性开启等，都有会引起温度波动，造成交变热应力，产生热疲劳裂纹。
在腐蚀介质作用之下，这些管子上的疲劳裂纹特别容易产生在表面粗糙、划痕、腐蚀坑等速度较大的有缺口区域，所以，称之为腐蚀性热疲劳裂纹。
5.其余失效
其余失效情况主要有：A）硫腐蚀；B）氢腐蚀；C）应力腐蚀；D）苛性脆化。
六、锅炉材料的发展方向
世界各国对锅炉机组的过热器和再热器用钢（特别是镍-铬奥氏体的代用钢、具有良好高温耐蚀性性能以及能防止晶间腐蚀的钢）的研究、生产和制造工艺都给予特殊的重视，以期能提高强度、减少材料用量，进而减薄管子壁厚、改善锅炉传热状况。
以日本为例，由于有强大的钢铁工业基础，日本在锅炉用钢管子上的开发、研制工作做得较多，新开发出的钢管种类也比较多，其中相当一部分已经得到ASME的批准和确认，并在世界范围内得到广泛应用，如日本的一些钢种在ASME中分别是：HCM2S命名为T23、NF616称为T92、HCM12A称为T122、细晶粒的TP347H称为TP347HFG，SUPER304H 在ASME标准中的UNS号为S30432、火SUS310JITB（即HR3C）在ASME标准中的钢号为TP310HCbN，还有日本新日铁开发的超超临界机组锅炉用钢25Ni-20Cr-Mo-Nb-Ti（NF709）。
以上所提及的都是现在已经实现并投入应用的新钢种，而未来的电站锅炉将向更高参数方向发现，以期达到节能、环保的目的，材料也将采用镍基、镍铁基合金等来替换现在的铁基材料。
参考文献：
[1]、宋琳生，电厂金属材料（第3版）, 中国电力出版社
[2]、叶涛编著，热力发电厂（2003版），中国电力出版社
[3]、王慧贞主编，电厂金属材料及金属工艺学，中国电力企业联合会。