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鍋爐用鋼管及鋼材料安全 鍋爐用鋼的選擇、制造、采購、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)是鍋爐制造質(zhì)量保證體系的重要組成部分，也是安全生產(chǎn)的重要保證。 表1：我國鍋爐用鋼標(biāo)準(zhǔn)體系明細(xì)表
1.鍋爐鋼板標(biāo)準(zhǔn) 鍋爐鋼板是鍋爐制造中非常關(guān)鍵的材料之一，主要是指用來制造鍋爐中的鍋殼、鍋筒、集箱端蓋、支吊架等重要部件用的熱軋專用碳素鋼和低合金耐熱鋼中厚鋼板材料。鍋爐鋼板常常處于中、高溫和高壓狀態(tài)下工作，除承受較高溫度和壓力外，還受到?jīng)_擊，疲勞載荷及水和氣的腐蝕，工作條件較差。如果鍋爐在使用過程中發(fā)生破壞性事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的損失。因此鍋爐鋼板必須具有良好的物理性能、力學(xué)性能和可加工性，并在材料標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條款中給予嚴(yán)格的規(guī)定，以滿足其使用中的安全。 從材料上來分，鍋爐鋼板可分為專用碳素鋼板和低合金耐熱鋼板兩類。鍋爐鋼板所用的材料對化學(xué)成分，特別是對磷、硫等有害元素和鉻、鎳、銅等殘余元素有嚴(yán)格的控制；冶煉時(shí)還應(yīng)進(jìn)行良好的脫氧和去除非金屬夾雜物，以保證良好的塑性和韌性；組織結(jié)構(gòu)要求均勻，晶粒度控制在一定范圍內(nèi)（通常希望晶粒度在3～7級(jí)之間）；對表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷也有嚴(yán)格的要求；此外常溫和高溫力學(xué)性能必須保證。在GB713-1997《鍋爐用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定應(yīng)采用爐外精煉方法冶煉鍋爐用鋼。 根據(jù)工作條件不同，鍋爐鋼板又可分為制造室溫及中溫承壓部件鋼板和制造高溫承壓部件鋼板兩大類。 高溫（蠕變溫度以上）用鍋爐鋼板，一般采用低合金耐熱鋼，常用有鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼、鉻鉬鎢鋼等。例如GB713-1997《鍋爐用鋼板》中的15CrMog、12Cr1MoVg，以及ASME SA-387/SA387-M《壓力容器用鉻-鉬合金鋼板》中的Gr22、Gr91和ASME SA-1017/SA1017-M《壓力容器用鉻-鉬-鎢合金鋼板》中的Gr23、Gr911、Gr122鋼等。主要是用以制造高溫集箱封頭端蓋、蒸汽管道堵板等高溫承壓部件。要求其必須具有足夠的高溫持久強(qiáng)度和持久塑性；良好的高溫組織穩(wěn)定性；良好的高溫抗氧化性（耐熱性）；以及良好的冷熱加工工藝性（主要指冷彎變形和可焊接性）等。 用于室溫及中溫（蠕變溫度以下）的碳錳系列鍋爐鋼板，GB713共收納了5個(gè)牌號(hào)，可以滿足亞臨界以下火電機(jī)組鍋爐中汽包鍋筒、水冷壁集箱端蓋、以及低溫過熱器和省煤器集箱端蓋、支吊架等零部件的需要。用于高溫（蠕變溫度以上）的鉻鉬系列鍋爐鋼板，GB713-1997中牌號(hào)只有2個(gè)。其中15CrMog最高使用溫度為 GB713-1997《鍋爐用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對厚度大于 2．鍋爐鋼管標(biāo)準(zhǔn) 鋼管標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上發(fā)揮了技術(shù)導(dǎo)向作用，引導(dǎo)了鋼管制造業(yè)資金流動(dòng)方向和市場取向，使其技術(shù)和產(chǎn)品較好地滿足了我國經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我國制定的大部分鋼管標(biāo)準(zhǔn)通常是規(guī)定了產(chǎn)品品種、規(guī)格技術(shù)要求、質(zhì)量性能指標(biāo)、試驗(yàn)檢驗(yàn)方法、判定規(guī)則等內(nèi)容，是產(chǎn)品合格與否的依據(jù)，是產(chǎn)品能否獲得市場準(zhǔn)入的關(guān)鍵。 我國的鋼管標(biāo)準(zhǔn)體系分基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：一是GB/T2102標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包括無縫鋼管、焊接鋼管的驗(yàn)收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書的內(nèi)容；二是GB/T 17395標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差等內(nèi)容、適用于各個(gè)與鋼管有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域的一般規(guī)定，具有普遍的實(shí)際應(yīng)用意義。鋼管標(biāo)準(zhǔn)體系還分為：無縫鋼管、焊接鋼管及特殊形狀、特殊工藝制造的鋼管主要產(chǎn)品制造方法、技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)要求等標(biāo)準(zhǔn)，對指導(dǎo)組織鋼管生產(chǎn)、加工、利用具有一定的指導(dǎo)意義。另外與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)有：反映鋼管產(chǎn)品制造和質(zhì)量性能相關(guān)的試驗(yàn)方法的各種測試方法標(biāo)準(zhǔn)，其中力學(xué)性能測定有：金屬管拉伸、高溫拉伸、管環(huán)拉伸、沖擊等4項(xiàng)，包括GB/T228、GB/T229、GB/T4338、GB/T17104標(biāo)準(zhǔn)；工藝性能試驗(yàn)有：金屬管液壓試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)方法、彎曲試驗(yàn)方法、卷邊試驗(yàn)方法、壓扁試驗(yàn)方法等5項(xiàng)，包括GB/T241、GB/T242、GB/T244、GB/T245、GB/T246標(biāo)準(zhǔn)；無損探傷檢測有：鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法、渦流探傷檢驗(yàn)方法、漏磁探傷檢驗(yàn)方法以及用于確認(rèn)焊接水壓密實(shí)性的超聲波探傷檢驗(yàn)方法等4項(xiàng)，包括GB/T5777、GB/T7735、GB/T12606、GB/T18256標(biāo)準(zhǔn)。 我國鍋爐壓力容器鋼管標(biāo)準(zhǔn)近年正在陸續(xù)修訂。GB5310高壓鍋爐管標(biāo)準(zhǔn)已于95年修訂完成。 95年新版和85年舊版相比，刪除用戶很少使用或鋼廠并未真正組織批量生產(chǎn)過的鋼種，而增加了20MnG(SA 在GB5310-95標(biāo)準(zhǔn)中還強(qiáng)制要求對成品鋼管進(jìn)行超聲波和渦流兩種無損探傷檢驗(yàn)方法，從而保證鋼管質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 3．不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn) 火電機(jī)組三大主機(jī)之一的鍋爐中的過熱器與再熱器部件，是承受工作環(huán)境最為惡劣的受熱部件，面臨高溫高壓水蒸汽氧化、高溫?zé)煔庵忻悍垲w粒的腐蝕，所以也是對材料要求最高的部件。在選用材料上，既要考慮材料的高溫性能，又要考慮材料的工藝性和綜合經(jīng)濟(jì)性。 過熱器與再熱器所用的管子材料，其蠕變強(qiáng)度必須足夠高，在其運(yùn)行的壓力與溫度范圍內(nèi)，有充足的安全裕度，同時(shí)還要考慮管子對蒸氣側(cè)和煙氣側(cè)的抗氧化與抗腐蝕的要求。當(dāng)鍋爐內(nèi)熱交換管的金屬溫度在 目前有關(guān)鍋爐用的奧氏體不銹鋼管的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，即GB5310-96《高壓鍋爐無縫鋼管》和GB/T13296-91《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》。 GB5310-95《高壓鍋爐無縫鋼管》中列入了兩個(gè)奧氏體不銹鋼管牌號(hào)，它們是1Cr18Ni9和1Cr18Ni11Nb，相當(dāng)于美國ASMESA213中的TP304和TP347級(jí)別。TP304容易被敏化的缺點(diǎn)，已經(jīng)逐漸被鍋爐行業(yè)排除出主力鋼種之列。在SA213標(biāo)準(zhǔn)中，有TP347、TP347H和TP347HFG等多個(gè)級(jí)別，它們使用的條件不一樣，而GB5310-96《高壓鍋爐無縫鋼管》沒有給出具體的說明，因此，2004年對GB/T13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》的內(nèi)容修訂中納入了GB5310-95中不銹鋼鋼種和牌號(hào)，并規(guī)定了高溫性能等要求，使其名稱和內(nèi)容上均成為鍋爐用奧氏體不銹鋼管的專用標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到鍋爐行業(yè)的要求。 四．檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與安全 一般來說，工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼均會(huì)產(chǎn)生冷脆斷裂現(xiàn)象，即當(dāng)環(huán)境溫度低于某一溫度TK時(shí)，材料將轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為冷脆。 由于冷脆而造成的船舶、橋梁、化工儲(chǔ)罐、鍋爐、儲(chǔ)水裝置等大型結(jié)構(gòu)的脆性斷裂事故，曾在世界各國多次發(fā)生，造成了巨大的損失。尤其是今天，愈來愈多的人們感覺到了金屬材料的冷脆性對機(jī)械構(gòu)件影響的重要性，例如有些電廠用戶特別強(qiáng)調(diào)用于鍋爐汽包等部件上的特厚鍋爐鋼板的冷脆轉(zhuǎn)變溫度問題。因此認(rèn)識(shí)鋼的冷脆斷裂原因和影響冷脆轉(zhuǎn)變的因素，掌握冷脆轉(zhuǎn)變溫度的評(píng)定方法和正確理解其含義，具有非常大的意義。 1. 影響材料冷脆轉(zhuǎn)變的因素 促使材料冷脆轉(zhuǎn)變和脆化的主要因素是溫度，隨著溫度的降低，材料的脆斷傾向增加。 其次，材料尺寸增大，韌性下降，冷脆轉(zhuǎn)變溫度提高。這是因?yàn)椴牧系某叽缬螅瑑?nèi)部出現(xiàn)缺陷的幾率愈大，內(nèi)部裂紋等缺陷的前緣三向拉應(yīng)力狀態(tài)加劇，促使材料發(fā)生脆性斷裂的傾向加大。對鋼板來說，板厚的增加容易出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)，使脆斷抗力下降而發(fā)生脆性斷裂。 鍋爐中的汽包部件，采用特厚鋼板加工制造。特厚鋼板相對于相同材質(zhì)的普通中、薄板來說，更容易產(chǎn)生脆性斷裂傾向。一旦發(fā)生上述情況，勢必影響到汽包的運(yùn)輸、安裝、檢修、水壓等。例如安裝或檢修后水壓試驗(yàn)的用水溫度，規(guī)定應(yīng)不低于大氣的露點(diǎn)溫度，并應(yīng)高于所用鋼種的脆性轉(zhuǎn)變溫度。這些問題使得現(xiàn)在有許多電廠用戶要求鍋爐制造商提供汽包用特厚鋼板的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。 另外，還要考慮材料缺陷的影響，當(dāng)材料內(nèi)部存在裂紋等缺陷時(shí)，缺陷處的裂紋愈尖銳，應(yīng)力集中愈嚴(yán)重，冷脆轉(zhuǎn)變溫度也愈高。在實(shí)驗(yàn)室中是采用缺口試樣來模擬材料的缺陷，缺口的作用就是保證在缺口附近造成應(yīng)力集中，使塑性變形局限在缺口附近不大的體積范圍內(nèi)，并保證在缺口處發(fā)生破斷。 2．冷脆轉(zhuǎn)變的評(píng)定 材料在溫度變化時(shí)的冷脆轉(zhuǎn)變趨勢，可以通過測定其冷脆轉(zhuǎn)變溫度來進(jìn)行評(píng)定。工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼均會(huì)產(chǎn)生冷脆斷裂現(xiàn)象，在特定的使用條件下，要求選擇的材料必須具有較高的低溫韌性和較低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。因此測定材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度非常重要。 實(shí)驗(yàn)室中有許多測定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度的方法。我國有一些相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，國際上例如美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)等，也有相關(guān)的規(guī)定。表2所示是常用的一些冷脆轉(zhuǎn)變溫度測定的試驗(yàn)方法，其中應(yīng)用比較廣泛的有沖擊試驗(yàn)斷口形貌法和落錘試驗(yàn)法等。 表2 常用測定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度的試驗(yàn)方法
從表2可以看出：GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》、GB/T12778《金屬夏比沖擊斷口測定法》、GB/T6803《鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)均采用不同試驗(yàn)方法測定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度。實(shí)踐證明冷脆轉(zhuǎn)變溫度的高低，往往反映出常規(guī)檢測手段所檢測不出的內(nèi)在質(zhì)量問題。因?yàn)槔浯噢D(zhuǎn)變溫度隨材料的化學(xué)成分、微量元素、冶煉工藝、鍛造工藝、熱處理工藝、金相組織等各種因素的變化而變化。任何一個(gè)環(huán)節(jié)上的失誤都會(huì)導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度的明顯變化。鍋爐鋼板冷脆轉(zhuǎn)變溫度的高低是隨材料的化學(xué)成分、微量元素、冶煉、鍛造、熱處理、金相組織等各種因素的變化而變化的，它是一個(gè)幫助分析、判斷材料的工藝和質(zhì)量水平的有效方法。另外，當(dāng)鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，通過材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度的變化情況，還可以幫助預(yù)測鍋爐的運(yùn)行壽命。因此在GB713當(dāng)中，應(yīng)將落錘試驗(yàn)或系列沖擊試驗(yàn)，以及鉻鉬鋼的硬度試驗(yàn)等作為協(xié)議條款給出，方便用戶在不同的使用條件下進(jìn)行選擇。 評(píng)定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度的許多方法中，有些方法比較容易實(shí)現(xiàn)，過程也并不復(fù)雜（如沖擊試驗(yàn)的斷口形貌法FATTn等）。如果我們能夠熟練掌握材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度的評(píng)定方法，正確理解它們的含義，一方面可以使我們更加全面地掌握所使用材料的性能，另一方面又可以滿足用戶的特殊要求，同時(shí)還可以提升我們的產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平。 五、結(jié)束語 二十一世紀(jì)初期，世界發(fā)電行業(yè)在發(fā)展進(jìn)程中所面臨的幾個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，即：①大型燃煤蒸汽輪機(jī)電站將普遍采用超臨界技術(shù)；②燃用天然氣或液體燃料的“燃?xì)?/span>—蒸汽”聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)將被廣泛應(yīng)用；③燃煤的“燃?xì)?/span>-蒸汽”聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)趨于成熟，并在一定范圍內(nèi)獲得商業(yè)應(yīng)用；④某些新能源和再生能源發(fā)電技術(shù)走向商業(yè)化；⑤獨(dú)立發(fā)電站（IPP）的興起和擴(kuò)大使用。這些技術(shù)進(jìn)步將改變世界發(fā)電行業(yè)的格局。“高效、潔凈、經(jīng)濟(jì)、可靠、安全”的方針將得到更全面的體現(xiàn)。 鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容綜合體現(xiàn)了鍋爐壓力容器行業(yè)的技術(shù)水平和管理水平，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量及其安全性，而且對產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力也有重要影響。 我國的鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上既參照了國外先進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求，也考慮了國內(nèi)鍋爐壓力容器行業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，基本上能夠滿足全行業(yè)的需要，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所提出的相關(guān)技術(shù)要求，監(jiān)督和控制鍋爐壓力容器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，以保障其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)及使用安全。因此，鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與安全監(jiān)察行政管理部門頒布的安全監(jiān)察法規(guī)應(yīng)同步實(shí)施，二者相輔相成，構(gòu)成我國完整的鍋爐壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系和鍋爐壓力容器安全監(jiān)察法規(guī)體系，為我國的鍋爐壓力容器產(chǎn)品走向國際市場奠定基礎(chǔ)！ |
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