锅炉钢板：火电厂锅炉运行的关键材料，你了解多少？

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火电厂锅炉使用大量的金属材料，随着发电技术的发展，近年来大容量、高参数的火电机组陆续投入电网，现在超临界（超超临界）机组已成为我国电力生产市场的主力机型。提高火电厂效率最有效的途径之一就是提高锅炉蒸汽温度、压力等参数，而提高蒸汽参数的主要难点就是金属材料的问题。

锅炉钢板是锅炉制造中最关键的材料之一，主要指制造锅炉壳体、锅筒、集箱端盖、支架等重要部件用的热轧专用碳钢和低合金耐热钢中厚钢板。锅炉钢板经常在中高温高压条件下工作，除承受高温高压外，还要承受冲击、疲劳载荷以及水和空气的腐蚀，工作条件恶劣。锅炉在使用过程中如果发生破坏性事故，将造成严重损失。

因此锅炉钢板必须具备良好的物理性能、力学性能和机械加工性能，且必须在材料标准的技术条款中严格规定，以确保使用中的安全。

按材质

锅炉钢板从材质上分为专用碳素钢板和低合金耐热钢板两大类。

锅炉钢板所用材料对化学成分有严格的控制，特别是磷、硫等有害元素和铬、镍、铜等残余元素；

冶炼时应做好脱氧及去除非金属夹杂物，保证有良好的塑性和韧性；

要求组织结构均匀，晶粒尺寸控制在一定范围内（通常期望晶粒尺寸在3~7级之间）；

对表面质量和内部缺陷也有严格的要求；

此外，还必须保证室温和高温下的机械性能。

GB/T713-2014《锅炉压力容器用钢板》标准明确规定应采用氧气转炉或电炉冶炼，并进行炉外精炼处理，同时制造过程中连铸坯或钢锭在热轧时的压缩比应不小于3。

按使用环境分类

根据使用工况​​条件不同，锅炉钢板可分为制造常温、中温承压部件用钢板和制造高温承压部件用钢板两大类。

室温及中温（蠕变温度以下）锅炉钢板材质多为碳素钢，包括碳钢、碳锰钢、碳锰硅钢等，即GB/T713-2014《锅炉压力容器用钢板》中的Q245R、Q345R（GB/T713-1997《锅炉用钢板》中的20g、22Mng、16Mng、19Mng钢），以及ASME SA-515/SA-515M《中高温压力容器用碳素钢板》、SA-299/SA-299M《压力容器用碳锰硅钢板》等。主要用于制造中温以下的锅炉锅筒、集箱端盖等承压零件。

锅炉钢板主要特点：

由于锅炉钢板是安全可靠性要求严格、制造技术难度大的重要产品，因此材料必须具备以下主要特性：

材料在一定温度范围内（常温及高温）具有较高的屈服强度性能；

材料具有足够的韧性，在制造或使用过程中不会发生脆性破坏；

该材料具有较小的应变时效敏感性，特别是在相应的工作温度范围内，必须保证一定值的时效冲击能量；

该材料缺口敏感性低，可以防止焊接时钢材产生裂纹、开口及局部应力集中区域；

该材料具有良好的焊接性能；

材料组织良好，不允许有白点、裂纹。

目前国内外单位使用的锅炉钢有：

1、SA-210C（20、20G）：属低碳钢，塑性、韧性、焊接性良好，在450℃以下有足够的强度，在530℃以下有满意的抗氧化性能，但长期在450℃以上使用，会引起珠光体球化、石墨化，降低蠕变极限和持久强度，易引起爆管。用于中低压锅炉（工作压力一般不大于5.88Mpa，工作温度在450℃以下）受热面管道；用于高压锅炉（工作压力一般在9.8Mpa以上，工作温度在450℃～650℃）受热面管道、省煤器、过热器、再热器、石油化工管道等。锅炉圈【ID:cfb12315】分享锅炉知识，做技术界最强者！ 电厂锅炉运行必备公众号，运行调整、现象分析、事故处理、技术资讯，一网打尽！

2、15CrMo（T11、T12、P11、P12）：由于铬元素提高了碳化物的稳定性，有效地阻止了石墨化倾向，但珠光体球化和合金元素重新分布现象，会引起材料的热强度下降。当温度超过550℃时，热强度明显下降，抗氧化性能变坏。

3、12Cr1MoV（T22、P22）：具有较高的热强性和持久塑性，在580℃时表面形成致密的氧化物保护膜，具有足够的抗氧化性能，焊接性良好。长期运行中会发生珠光体球化和合金元素重新分布，降低热强性。

4、12Cr2MoWVTiB（钢102）：综合力学性能良好，但其热强度对热处理较敏感，要求严格控制热处理工艺。主要用于壁温不超过600℃的过热器管、再热器管，很少用于蒸汽管道。

5、T23：是在T22基础上降低C含量并添加W、V、Nb、B等元素，结合102钢的优点而得到的低碳、多元素、高强度、高韧性贝氏体耐热钢。在600℃时强度比T22提高93%，与102钢相当，但碳含量较低，焊接性和加工性较好。

不锈钢焊缝

6、T91：为改良型9Cr-1Mo型高强度马氏体耐热钢，为综合性能优良的9%Cr钢。通过降低碳含量，添加合金元素V、Nb，控制N、Al含量，使该钢具有较高的冲击韧性、热强度和耐腐蚀性能。另外该钢的线膨胀系数小，导热性好。主要用于亚临界、超临界锅炉中壁温不超过600℃的集箱、蒸汽管道。

7、T92：是在T91基础上降低Mo含量、增加W含量、控制B含量而得到的新型9%Cr马氏体耐热钢。其力学性能与T91相当，焊接性能有所改善。600～650℃蠕变强度有较大提高，许用应力比T91提高34%，强度是TP347H的1.12倍。

8、T122：为12%Cr马氏体耐热钢，添加2%W、0.07%Nb、1%Cu，该钢具有较高的热强性和耐蚀性，碳含量降低，焊接性能进一步改善，主要用于制造620℃以下主蒸汽管道。

9、SUPER304H：是TP304H的改进型，添加了3%Cu和0.4%Nb。由于细晶粒组织和细小铜相的析出强化，获得了极高的蠕变强度。600-650℃时的许用应力比TP304H高30%。在高温下具有优良的力学性能、抗蒸汽氧化和抗热腐蚀性能，可在650℃以下长期运行。是超（超）临界锅炉过热器、再热器的首选材料。

10、TP347HFG:TP347H不锈钢经过特定的热加工和热处理工艺，使晶粒细化至8级以上，晶粒细化后许用应力提高20%以上，材料抗蒸汽氧化的能力大大提高。

11、HR3C钢（25Cr-20Ni-Nb-N钢）：是日本开发的一种新型不锈钢，通过限制C含量并添加0.20%～0.60%Nb和0.15%～0.35%N，利用弥散析出强化相，使材料具有良好的高温强度和抗高温蒸汽氧化性能，是650℃超（超）临界电站锅炉末级过热器、再热器的主要耐热钢管之一。

注：文中元素符号：N氮、C碳、Cr铬、Mo钼、V钒、Ni镍、W钨、Ti钛、Nb铌、Cu铜、B硼、Al铝、Mn锰。

锅炉主设备所用钢材按不同标准可分为以下几种：（以下数据仅供参考）来源：马胜凯电厂

标准

钢材类型

模型

国家标准（GB5310）

碳素钢

20G、20锰G、25锰G

合金钢

15CrMoG，

12Cr1MoVG、12Cr2MoG、07Cr2MoW2VNbB、10Cr9Mo1VNbN、10Cr9MoW2VNbBN

不锈钢

07Cr19Ni10，

10Cr18Ni9NbCu3BN、07Cr25Ni21NbN、07Cr18Ni11Nb、08Cr18Ni11NbFG

美国标准 (ASME)

碳素钢

SA-106B,SA-106C,SA-210C

合金钢

SA213

T2,T11,T12,T22,T23,T91,T92,SA335 P11,P12,P22,P23,P91,P92

不锈钢

SA213

TP304H、TP347H、TP347HFG、TP310HCbN(HR3C)、S30432(SUPER304H)

欧洲标准（EN10216）

碳素钢

P235GH

合金钢

10CrMo9-10、X10CrMoVNb9-1

不锈钢

X7CrNiNb18-10

水墙

发电厂类型

机组容量

水墙材质

亚临界

30万千瓦及以上

20G

超临界（SC）

60万千瓦及以上

15CrMo

T22、12Cr1MoV

超超临界（USC）

超过66万千瓦

15CrMo

T22,12Cr1MoVG

过热器

发电厂类型

机组容量

过热器材质

亚临界

30万千瓦及以上

15CrMo、12Cr1MoV、T23、T91、T92

超临界（SC）

60万千瓦及以上

12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347H、

TP347HFG,SUPER304H,HR3C

超超临界（USC）

超过66万千瓦

12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347H、

TP347HFG,SUPER304H,HR3C

再热器

发电厂类型

机组容量

再热器材料

亚临界

30万千瓦及以上

12Cr1MoVG、T23、T91、T92

超临界（SC）

60万千瓦及以上

12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347H、

TP347HFG,SUPER304H,HR3C

超超临界（USC）

超过66万千瓦

12Cr1MoVG、T23、T91、T92、TP347H、

TP347HFG,SUPER304H,HR3C

省煤器

发电厂类型

机组容量

省煤器材料

亚临界

30万千瓦及以上

20G

超临界（SC）

60万千瓦及以上

20克,SA210C

超超临界（USC）

超过66万千瓦

20克,SA210C

集管和蒸汽管道

发电厂类型

机组容量

集管和蒸汽管道材料

亚临界

30万千瓦及以上

20G、15CrMoG、12Cr1MoVG、P12

超临界（SC）

60万千瓦及以上

12Cr1MoVG、P91、P92

超超临界（USC）

超过66万千瓦

12Cr1MoVG、P91、P92

锅炉运行途中

锅炉循环

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