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电站锅炉金属材料的选择及使用

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摘要:文章对金属材料的基本知识进行了简单阐述,并对电站锅炉在金属材料的选择及其应用方面进行了探讨、分析,以供参考。

关键词:电站锅炉;金属材料;选择;使用

正文:

电站锅炉是一种特殊设备,具有爆炸危险性,受到国家的安全检查管理。在选择锅炉的承压部件金属材料时,如果低材高用,也就是使用超过限度,爆管事故往往就会在短时间内发生;相反地,如果是高材低用,也就是使用限度降低了,同样的也会导致危险发生,比如使用合金焊条来焊接钢铁或者在钢铁部位使用合金管,这些危险性都非常大。材料失效都是在焊缝热影响区发生的,并非是母材中的材料失效,材料产生失效的时间间隔,往往是焊缝热影响区比母材失效时间间隔长,甚至长很多。对于焊接来说,其接头在钢制品结构中,往往是比较薄弱的地方,如果是不同的钢焊接的接头,其性能比起同种钢焊接的接头来说,更加薄弱。锅炉在其金属技术监督规程以及安全监察规程中,对于不同种钢的焊接接头,明文规定了对其的监查以及监督检验,关注力度非常大。所以,如果一旦焊接过程中用错了钢材,导致异种钢焊接接头,其潜在的爆炸危险性也就大大增加了。电站锅炉改造、检修人员,一定要把握好锅炉材料的选用,对金属材料的一些基本知识一定要牢牢记住,有所了解中外在材料科学方面的发展现状,对不同种类的发电锅炉来说,在材料的选用方面也要有一些了解,这些都非常有益于切实工作。

1金属材料简述

金属材料学是一门试验应用科学,要想对锅炉的检修质量有所保障并不断地提高,锅炉检修工作人员务必要了解金属材料的一些基本知识。钢铁是一种黑色金属,其基本元素是铁,它是晶体物质。决定钢铁性能的主要因素包括:组成钢铁的化学元素的含量、种类、微观组织结构(组织决定其性能)及其处理工艺,等。如果要使材料具备新的性能,可以对它进行热处理,改变其原来的组织结构。

2电站锅炉对金属材料的选择

钢材中基本元素是铁,还含有碳和少量锰、硅、硫、磷等元素,所以称这种钢为碳素钢。如果需要钢具有某些特定功能,就可以在碳素钢的基础上,掺加某些元素,比如镉、镍、钼、钒、钨、钛、鹏、锰等金属或非金属元素,如此就构成了合金钢。把这些可以使钢材具有特殊性能的元素,称作为合金元素。其中硫、磷纯粹是有害的杂质,尽量少含有或不含有这些杂志。另外一些元素,都对钢起着二重性的作用,如果含量在一定范围内,其作用或影响是积极的、正面的,如果含量超出这个范围,其作用或影响则是不利的、负面的。钢中元素组合以及它们的百分含量都是经过理论验证以及长久的生产实践检验的,这个元素的合理组合及其限定范围产生了钢材标准。钢材中每个元素的合理组合以及含量决定了它们对改采性能的影响结果。钢中各个元素的含量,其实是一个含量范围,是生产厂家给出的,其具体含量值,是通过化学分析实验以及光谱分析实验得出的。

合格的材料化学元素检验报告单给出的应该是具体含量数值,而不是含量范围。作为晶体物质的钢,其中C这个化学元素包括3种同素异构体形式,它们是:石墨、金刚石以及无定形碳三种。它们之间在物理及其力学性能方面存在着非常大的差别。导致这么大差异的根本因素是金刚石以及石墨自身所具有的空间结构,致使它们跟无定形碳的力学及其物理性能之间产生非常大的差别。钢铁中的晶体材料也是如此,这就证明了一点:晶体材料的性能不仅取决于其化学成分,还跟其化学成分之间的空间结构,也就是晶体结构有关系。钢水在凝固的过程中,钢中的组成元素会形成晶格特异的的晶体形式,这就决定了金属材料的特定力学性能及其物理性能,这种现象类似于碳的同素异构体现象。它们的区别在于:不可能改变碳的同素异构体的晶格类型,然而钢中的晶格类型是可以通过热处理工艺改变的,由此改变了其原组织结构状态,它的性能就随之改变。所用钢材中最常用的微观组织材料有珠光体、铁素体、奥氏体、贝氏体以及马氏体,等等,可以通过不一样的热处理来改变它们的晶体结构,使其化学成分进行重新分布,还能够改善或者调整组织结构状态,使材料的应用性能得以保证甚至是提高。

3金属材料在电站锅炉中的使用情况

近些年来,多数电厂都彻底更换了锅炉的高温段材料,往往都是换成18Cr8Ni系的不锈钢材料。因为不容易加工,电厂往往委托锅炉制造厂来加工制作、更换。热处理做的不好是最直接的问题,往往是制成品的整体或者局部固溶热处理的工艺不合理,尤其是局部。如今电厂的应用条件下,这种不合理的热处理致使锅炉使用寿命降低。奥氏体不锈钢的晶间腐蚀现象,就是因为碳原子由晶粒内部迁移向晶界,而且跟晶间的Cr形成Cr23C6,因此晶间贫铬现象发生。在400-800℃这个温度范围内,奥氏不锈钢体尤其容易发生贫铬现象,这个温度区域往往被称作敏化区。故而奥氏钢材在焊接过程中或者进行其它热处理时,在敏化区停留作业时间务必尽量短,比如,焊接过程中,应用小线能量、尽量控制层间温度等等。可以依据奥氏不锈钢的使用条件,尽可能用钝化处理、稳定化处理、固溶处理等工艺来控制晶间腐蚀。氧化性酸氧化,可以使不锈钢表面形成一层非常密实的氧化镉保护层,这就是钝化处理工艺。如此可以对钢材的耐腐蚀性有所提高。奥氏体管在电站锅炉中的应用温度为650-700℃,此温度范围称作材料敏化区。对奥氏体不锈钢材料进行热溶处理之后,在这个材料敏化区温度范围内,仍然会出现碳迁移现象,从而发生晶间贫铬,对不锈钢材料的抗氧化性以及耐腐蚀性,都有很大的不良影响,如果对其进行稳定化处理,也就是固定晶粒内的碳元素,就可以对材料的寿命以及使用性能起到很好的保证作用。

参考文献:

[1]邹刚.电站锅炉金属材料的选择[J].电站锅炉,2007(9):13-14.

[2]佟亚.电站锅炉金属材料的使用[J].锅炉使用,2008(11):69.

作者:赵立朋;于明泽 单位:广东电研锅炉压力容器检验中心有限公司

电站锅炉金属材料的选择及使用责任编辑:张雨    阅读:人次