鍋爐與汽輪線機(jī)用及事故分析

1、電廠金屬材料第七章 鍋爐與汽輪機(jī)用及事故分析電廠金屬材料第一節(jié)第一節(jié) 鍋爐主要設(shè)備用鋼及事故分析鍋爐主要設(shè)備用鋼及事故分析一、鍋爐管道用鋼及事故分析一、鍋爐管道用鋼及事故分析（一）（一） 對鍋爐管道用鋼的要求對鍋爐管道用鋼的要求鍋爐管道包括鍋爐管道包括受熱面管子受熱面管子（過熱器、再熱器、水冷壁管、省煤器等管子）和（過熱器、再熱器、水冷壁管、省煤器等管子）和蒸汽管道蒸汽管道（主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、蒸汽導(dǎo)管、聯(lián)箱、連接管等）管道。（主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、蒸汽導(dǎo)管、聯(lián)箱、連接管等）管道。電廠對管路管道用鋼有下列要求：電廠對管路管道用鋼有下列要求：（1）足夠高的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和良好的持久

2、塑性。）足夠高的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和良好的持久塑性。（2）高的抗氧化性能和耐腐蝕性。）高的抗氧化性能和耐腐蝕性。（3）足夠的組織穩(wěn)定性。）足夠的組織穩(wěn)定性。（4）良好的工藝性能，特別是焊接性能要好。）良好的工藝性能，特別是焊接性能要好。電廠金屬材料以上三式中：以上三式中：鋼在鋼在T T溫度下的屈服強(qiáng)度；溫度下的屈服強(qiáng)度；鋼在鋼在T T溫度下的抗拉強(qiáng)度；溫度下的抗拉強(qiáng)度；鋼在鋼在T T溫度下斷裂時間為溫度下斷裂時間為10105 5h h的持久強(qiáng)度；的持久強(qiáng)度；n安全系數(shù)安全系數(shù)nTsnTbnT105TsTbT105選擇鍋爐管道用鋼，其主要依據(jù)是其工作溫度。選擇鍋爐管道用鋼，其主要依據(jù)是其工作溫度

3、。進(jìn)行強(qiáng)度計算時，必須確定在工作溫度進(jìn)行強(qiáng)度計算時，必須確定在工作溫度下的許用應(yīng)力下的許用應(yīng)力。根據(jù)根據(jù)JB2194-77JB2194-77的規(guī)定，的規(guī)定，對鍋爐所用的低碳鋼、低錳碳鋼及低碳錳釩鋼在對鍋爐所用的低碳鋼、低錳碳鋼及低碳錳釩鋼在380380以下，其以下，其他低合金耐熱鋼在他低合金耐熱鋼在420420以下，以下，許用應(yīng)力許用應(yīng)力按下式計算：按下式計算：在在380或或420 以上除按上式計算外，還需按持久強(qiáng)度計算許用應(yīng)力以上除按上式計算外，還需按持久強(qiáng)度計算許用應(yīng)力：= = 或或 =電廠金屬材料（二）鍋爐管道用鋼介紹（二）鍋爐管道用鋼介紹蒸汽溫度在蒸汽溫度在450以下的低壓鍋爐管道主要

4、使用以下的低壓鍋爐管道主要使用10號、號、20號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼。中、高壓機(jī)組除水冷壁和省煤器管用中、高壓機(jī)組除水冷壁和省煤器管用20A碳鋼外，其它受熱面管子和蒸汽碳鋼外，其它受熱面管子和蒸汽管道均采用合金鋼管。管道均采用合金鋼管。常用的鍋爐管道用鋼其化學(xué)成分和應(yīng)用范圍列于表常用的鍋爐管道用鋼其化學(xué)成分和應(yīng)用范圍列于表7l中中.常用的鍋爐管道用鋼其熱處理和機(jī)械性能列于表常用的鍋爐管道用鋼其熱處理和機(jī)械性能列于表72中。中。下面按鍋爐管道的壁溫下面按鍋爐管道的壁溫(工作溫度工作溫度)介紹一些用鋼情況：介紹一些用鋼情況：電廠金屬材料1 1壁溫壁溫500500的過熱器管子及壁溫的過熱

5、器管子及壁溫450450的蒸汽管道的蒸汽管道一般采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量在一般采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量在0.10.10.20.2之間，組織為鐵素體和之間，組織為鐵素體和珠光體。常用的是珠光體。常用的是2020號鋼，該鋼在號鋼，該鋼在450450以下具有足夠的強(qiáng)度，以下具有足夠的強(qiáng)度，530530以下具以下具有抗氧化性能，而且工藝性能良好，價格低廉。碳鋼鋼管在高溫長期運(yùn)行過有抗氧化性能，而且工藝性能良好，價格低廉。碳鋼鋼管在高溫長期運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)滲碳體球化和石墨化現(xiàn)象，出現(xiàn)了組織的異常情況后，鋼的蠕程中，會出現(xiàn)滲碳體球化和石墨化現(xiàn)象，出現(xiàn)了組織的異常情況后，鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度會降

6、低。變極限和持久強(qiáng)度會降低。2 2壁溫壁溫550550的過熱器管子及壁溫的過熱器管子及壁溫510510的蒸汽管道的蒸汽管道15CrMo15CrMo鋼是在這個溫度范圍內(nèi)應(yīng)用很廣泛的鋼種。鋼是在這個溫度范圍內(nèi)應(yīng)用很廣泛的鋼種。15CrMo15CrMo鋼的化學(xué)成分及熱處理工藝在表鋼的化學(xué)成分及熱處理工藝在表7l7l及表及表7272中均已分別作了介紹。中均已分別作了介紹。經(jīng)熱處理后的組織一般是鐵素體和珠光體，有些是貝氏體。經(jīng)熱處理后的組織一般是鐵素體和珠光體，有些是貝氏體。15CrMo15CrMo鋼在鋼在500500550550溫度范圍內(nèi)有較高的熱強(qiáng)性和抗氧化性能，其工藝性能也很好。溫度范圍內(nèi)有較高的

7、熱強(qiáng)性和抗氧化性能，其工藝性能也很好。15CrMo15CrMo鋼雖無石墨化傾向，但在高溫下長期運(yùn)行過程中會發(fā)生滲碳體的球化鋼雖無石墨化傾向，但在高溫下長期運(yùn)行過程中會發(fā)生滲碳體的球化及固镕體中合金元素貧化的組織變化，從而使熱強(qiáng)性降低。當(dāng)溫度超過及固镕體中合金元素貧化的組織變化，從而使熱強(qiáng)性降低。當(dāng)溫度超過550550時，持久強(qiáng)度顯著下降。時，持久強(qiáng)度顯著下降。我國在發(fā)展普通低合金鋼時，結(jié)合我目的資源情況，提出以我國在發(fā)展普通低合金鋼時，結(jié)合我目的資源情況，提出以12MnMoV鋼替代鋼替代15CrMo鋼。鋼。電廠金屬材料580的過熱器管子及壁溫的過熱器管子及壁溫540的蒸汽管道的蒸汽管道在這個溫

8、度范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的鍋爐管道鋼是在這個溫度范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的鍋爐管道鋼是12Cr1MoV鋼及鋼及 型型的耐熱鋼的耐熱鋼.(1)12CrlMoV鋼鋼 12CrlMoV鋼是在鋼是在CrMo鋼的基礎(chǔ)上，加入鋼的基礎(chǔ)上，加入02釩的低合寶耐熱鋼。釩是釩的低合寶耐熱鋼。釩是強(qiáng)碳化物元素，強(qiáng)碳化物元素，VC細(xì)碎而穩(wěn)定，對鋼的彌散硬化效果好。因而，細(xì)碎而穩(wěn)定，對鋼的彌散硬化效果好。因而，12Cr1MoV鋼的耐熱性能鋼的耐熱性能比鉻鉬鋼高，工藝性能也很好，在國內(nèi)外均得到廣泛應(yīng)用。比鉻鉬鋼高，工藝性能也很好，在國內(nèi)外均得到廣泛應(yīng)用。12Cr1MoV鋼在高溫下長期運(yùn)行過程中，也會發(fā)生滲碳體球化及固镕體中合金元素貧

9、化的鋼在高溫下長期運(yùn)行過程中，也會發(fā)生滲碳體球化及固镕體中合金元素貧化的現(xiàn) 象 ， 而 使 熱 強(qiáng) 性 降 低 。 若 因 溫 工 作 ， 這 種 現(xiàn) 象 更 為 嚴(yán) 重 。現(xiàn) 象 ， 而 使 熱 強(qiáng) 性 降 低 。 若 因 溫 工 作 ， 這 種 現(xiàn) 象 更 為 嚴(yán) 重 。 我 國 曾 研 制 了我 國 曾 研 制 了12MoVwWBSiRe（無鉻（無鉻8號）鋼，代替號）鋼，代替12Cr1Mov鋼用于制造鍋爐管道，但是該鋼種的生鋼用于制造鍋爐管道，但是該鋼種的生產(chǎn)工藝尚不夠成熟，質(zhì)量也還不穩(wěn)定。產(chǎn)工藝尚不夠成熟，質(zhì)量也還不穩(wěn)定。（2） 鋼鋼提高鉻鉬鋼中合金元素的含量，當(dāng)提高鉻鉬鋼中合金元素的

10、含量，當(dāng)Cr2.25、Mo1時具有最佳的熱強(qiáng)性。時具有最佳的熱強(qiáng)性。 鋼鋼是比較成熟的鋼種，在美英聯(lián)邦德國日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中應(yīng)用于鍋爐管道已有相當(dāng)長是比較成熟的鋼種，在美英聯(lián)邦德國日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中應(yīng)用于鍋爐管道已有相當(dāng)長的歷史，例如美國的的歷史，例如美國的P22，瑞典的，瑞典的HT8、日本的、日本的STBA24，聯(lián)邦德國的，聯(lián)邦德國的10CrMo910鋼。其蠕鋼。其蠕變極限和持久強(qiáng)度比變極限和持久強(qiáng)度比12Cr1MoV鋼低，最常用的溫度是鋼低，最常用的溫度是540550。1Mo-Cr4121Mo-Cr4121Mo-Cr412電廠金屬材料 4 4 壁溫壁溫600600620620的過熱

11、器管子及壁溫的過熱器管子及壁溫550550570570的蒸汽管道的蒸汽管道多年來國內(nèi)外均致力于多年來國內(nèi)外均致力于研究進(jìn)一步提高合金耐熱鋼的使用溫度，研究進(jìn)一步提高合金耐熱鋼的使用溫度，使之超過使之超過600600，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到620620，我國研制成功的有，我國研制成功的有12Cr2MoWVB(12Cr2MoWVB(鋼鋼102)102)和和12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB鋼（鋼（II11II11）鋼；俄羅斯有）鋼；俄羅斯有12X2MCP12X2MCP、12X2B12X2B鋼；聯(lián)邦德國鋼；聯(lián)邦德國有有10CrSiMoV10CrSiMoV鋼等。這些鋼種目前多用于壁溫鋼等

12、。這些鋼種目前多用于壁溫600600620620的過熱器和再熱器的過熱器和再熱器管子，很少用于蒸汽管子。管子，很少用于蒸汽管子。微量多元合金化是這類鋼種的共同特點(diǎn)，微量多元合金化是這類鋼種的共同特點(diǎn)，鉻含量在鉻含量在2 2左右，其他的元素含左右，其他的元素含量更少量更少 由于多種元素的相互作用，使鋼具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和組織穩(wěn)定由于多種元素的相互作用，使鋼具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和組織穩(wěn)定性，因而耐熱性能更好。例如性，因而耐熱性能更好。例如12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB鋼在鋼在600600620620時持久強(qiáng)度時持久強(qiáng)度9494100Mpa100Mpa；620620時抗氧化速

13、度僅為時抗氧化速度僅為0.00873mm/a0.00873mm/a。 5 5 壁溫壁溫600600650650的過熱器管子及壁溫的過熱器管子及壁溫550550560560的蒸汽管道的蒸汽管道當(dāng)鍋爐氣溫達(dá)到當(dāng)鍋爐氣溫達(dá)到570570時，高溫段過熱器管子的壁溫可達(dá)到時，高溫段過熱器管子的壁溫可達(dá)到620620以上。這時，珠光體以上。這時，珠光體型的低合金耐熱鋼已不能滿足要求，需要采用高合金耐熱鋼。有些還采用奧氏體型耐型的低合金耐熱鋼已不能滿足要求，需要采用高合金耐熱鋼。有些還采用奧氏體型耐熱鋼來制造。熱鋼來制造。電廠金屬材料最新進(jìn)展這幾年我國火電廠已向大型機(jī)組方向發(fā)展，新建或改進(jìn)的火電廠，均是這幾

14、年我國火電廠已向大型機(jī)組方向發(fā)展，新建或改進(jìn)的火電廠，均是3030萬、萬、6060萬，甚至已引進(jìn)了萬，甚至已引進(jìn)了9090萬的大機(jī)組。這些機(jī)組均是亞臨界、超臨界的萬的大機(jī)組。這些機(jī)組均是亞臨界、超臨界的參數(shù)，對鍋爐受熱面管道用的材料性能要求更高。參數(shù)，對鍋爐受熱面管道用的材料性能要求更高。目前這些高參數(shù)大機(jī)組鍋爐受熱面管道均采用含鉻量較高的耐熱鋼來制造，目前這些高參數(shù)大機(jī)組鍋爐受熱面管道均采用含鉻量較高的耐熱鋼來制造，最常用的最常用的9Cr9Cr1Mo1Mo型馬氏體型耐熱鋼。型馬氏體型耐熱鋼。屬于這一類型的在我國屬于這一類型的在我國3030萬以上大萬以上大機(jī)組上應(yīng)用的鋼種有美國的機(jī)組上應(yīng)用的鋼

15、種有美國的T9T9和和P9P9鋼，日本的鋼，日本的STBA26STBA26和和STPA26STPA26鋼，德國的鋼，德國的X12CrMo91X12CrMo91鋼以及瑞典的鋼以及瑞典的H17H17鋼等。鋼等。為了進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性，又為了進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性，又添加了添加了2 2MoMo的的9Cr9Cr2Mo2Mo鋼鋼，即日本的，即日本的HCM9MHCM9M鋼。加入了合金元素鋼。加入了合金元素V V和和NbNb，控制微量加入的，控制微量加入的AlAl和和N N的含量，使鋼具的含量，使鋼具有了更高的熱強(qiáng)性和抗高溫氧化性能，還具有良好的沖擊韌性和穩(wěn)定的持有了更高的熱強(qiáng)性和抗高溫氧化性能，還具有良好

16、的沖擊韌性和穩(wěn)定的持久塑性。久塑性。這類鋼目前主要用于制造亞臨界、超臨界鍋爐壁溫這類鋼目前主要用于制造亞臨界、超臨界鍋爐壁溫625625的高的高溫過熱器、壁溫溫過熱器、壁溫650650的高溫再熱器管道以及壁溫的高溫再熱器管道以及壁溫600600的高溫集箱和的高溫集箱和蒸汽管道，也可用于核電設(shè)備的熱交換器。蒸汽管道，也可用于核電設(shè)備的熱交換器。這類馬氏體型的耐熱鋼，我國這類馬氏體型的耐熱鋼，我國也已研制成功，牌號為也已研制成功，牌號為10Cr9Mo1VNb10Cr9Mo1VNb鋼；引進(jìn)的材料有：美國的鋼；引進(jìn)的材料有：美國的T91T91和和P91P91，日本的火日本的火STBA28STBA28、

17、火、火STPA28STPA28，俄羅斯的，俄羅斯的10X9M-III10X9M-III鋼，法國的鋼，法國的TUZ10CDTUZ10CDVnbO9.01VnbO9.01鋼等。鋼等。電廠金屬材料Cr12Cr12馬氏體型耐熱型鋼馬氏體型耐熱型鋼主要是依靠鉻，鉬，鎢等元素在鋼中起固溶強(qiáng)主要是依靠鉻，鉬，鎢等元素在鋼中起固溶強(qiáng)化的作用來提高熱強(qiáng)性；有些加入釩鈮等元素來起彌散硬化，加入硼，化的作用來提高熱強(qiáng)性；有些加入釩鈮等元素來起彌散硬化，加入硼，稀土等元素來加強(qiáng)晶界，從而進(jìn)一步提高蠕變極限和持久強(qiáng)度，在高溫稀土等元素來加強(qiáng)晶界，從而進(jìn)一步提高蠕變極限和持久強(qiáng)度，在高溫下持久運(yùn)行過程中此類鋼不會斷析出下

18、持久運(yùn)行過程中此類鋼不會斷析出Fe3MoFe3Mo、FeFe2 2W W等金屬化合物，可以抵等金屬化合物，可以抵消因固溶體中合金元素貧化（貧鉬或鎢）而削弱固容強(qiáng)化的現(xiàn)象；同時消因固溶體中合金元素貧化（貧鉬或鎢）而削弱固容強(qiáng)化的現(xiàn)象；同時有由于固容體中保持高濃度的鉻，使其具有高的抗腐蝕能力和抗氧化性。有由于固容體中保持高濃度的鉻，使其具有高的抗腐蝕能力和抗氧化性。我國在我國在300300機(jī)組中采用機(jī)組中采用F11F11或或F12F12鋼做再熱器管子及出口聯(lián)箱。鋼做再熱器管子及出口聯(lián)箱。Cr12Cr12鋼含鉻鋼含鉻量高，高溫加熱后在空氣中冷卻即可獲得馬氏體組織，所以焊接性能較量高，高溫加熱后在空氣

19、中冷卻即可獲得馬氏體組織，所以焊接性能較差。差。過熱器管子壁溫超過過熱器管子壁溫超過650650，蒸汽管道壁溫超過，蒸汽管道壁溫超過600600后需要使用奧氏體后需要使用奧氏體耐熱鋼，耐熱鋼，奧氏體耐熱鋼具有較高的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，最高使用溫奧氏體耐熱鋼具有較高的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，最高使用溫度可達(dá)到度可達(dá)到700700左右。目前應(yīng)用的有左右。目前應(yīng)用的有0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr19Ni91Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti和和1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等鋼種。等鋼種。電廠金屬材料（三）鍋爐受熱面管子常

20、見受熱面事故的分析（三）鍋爐受熱面管子常見受熱面事故的分析鍋爐受熱面管子常見事故鍋爐受熱面管子常見事故主要有長時超溫爆管，短時超溫爆管，材質(zhì)不良主要有長時超溫爆管，短時超溫爆管，材質(zhì)不良爆管及腐蝕性熱疲勞裂紋損壞爆管及腐蝕性熱疲勞裂紋損壞等。等。1. 1. 長時超溫爆管長時超溫爆管如果鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，因某些原因使管壁溫度超過設(shè)計溫度，在高溫長如果鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，因某些原因使管壁溫度超過設(shè)計溫度，在高溫長時間作用下，導(dǎo)致鋼材組織結(jié)構(gòu)的變化，蠕動速度加快，持久強(qiáng)度下降，使用壽命達(dá)時間作用下，導(dǎo)致鋼材組織結(jié)構(gòu)的變化，蠕動速度加快，持久強(qiáng)度下降，使用壽命達(dá)不到設(shè)計要求而提早爆破

21、損壞，稱為不到設(shè)計要求而提早爆破損壞，稱為長時超溫爆管長時超溫爆管，也有叫做長期過熱爆管或一段性，也有叫做長期過熱爆管或一段性過熱損壞，過熱損壞，長時超溫爆管由于管壁溫度還沒達(dá)到臨界點(diǎn)溫度，爆管時雖然有介質(zhì)的激長時超溫爆管由于管壁溫度還沒達(dá)到臨界點(diǎn)溫度，爆管時雖然有介質(zhì)的激冷作用，還不會發(fā)生相變。冷作用，還不會發(fā)生相變。長時超溫爆管一般發(fā)生在高溫過熱器出口段的外圈向火側(cè)據(jù)近幾年來對過熱器管子爆長時超溫爆管一般發(fā)生在高溫過熱器出口段的外圈向火側(cè)據(jù)近幾年來對過熱器管子爆破事故的分析破事故的分析7070是由于長時超溫而引起的。是由于長時超溫而引起的。長時超溫爆管的破口呈粗糙脆性斷口，管壁減薄不多，管

22、子脹粗也不很顯著，爆破口長時超溫爆管的破口呈粗糙脆性斷口，管壁減薄不多，管子脹粗也不很顯著，爆破口附近往往有較厚的氧化鐵層，附近往往有較厚的氧化鐵層，如圖如圖7 71 1所示。所示。長時超溫爆管的顯微組織雖無相變但卻有炭化物析出并聚集長大甚至有些還會出現(xiàn)石長時超溫爆管的顯微組織雖無相變但卻有炭化物析出并聚集長大甚至有些還會出現(xiàn)石墨化等組織變化，墨化等組織變化，如圖如圖7 72 2所示。所示。電廠金屬材料 圖圖7-1 207-1 20鋼過熱器管長時超溫爆管的宏觀形貌鋼過熱器管長時超溫爆管的宏觀形貌 7 72 202 20鋼過熱器管長時超溫爆管的微觀組織鋼過熱器管長時超溫爆管的微觀組織 電廠金屬材

23、料1. 短時超溫爆管短時超溫爆管鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，由于冷卻條件的惡化，使鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，由于冷卻條件的惡化，使管壁溫度在短時間管壁溫度在短時間內(nèi)突然上升，達(dá)到臨界點(diǎn)以上溫度。內(nèi)突然上升，達(dá)到臨界點(diǎn)以上溫度。在這樣高的溫度下鋼的抗拉強(qiáng)度急劇下在這樣高的溫度下鋼的抗拉強(qiáng)度急劇下降，在介質(zhì)壓力作用下溫度最高的向火側(cè)首先發(fā)生塑性形變，管徑張粗，管降，在介質(zhì)壓力作用下溫度最高的向火側(cè)首先發(fā)生塑性形變，管徑張粗，管壁減薄，隨后發(fā)生剪切斷裂而爆破。爆破時，由于介質(zhì)對熾熱的管壁產(chǎn)生激壁減薄，隨后發(fā)生剪切斷裂而爆破。爆破時，由于介質(zhì)對熾熱的管壁產(chǎn)生激冷作用，在爆破口往往有相變的組織結(jié)構(gòu)，這

24、種爆管就成為短時超溫爆管，冷作用，在爆破口往往有相變的組織結(jié)構(gòu)，這種爆管就成為短時超溫爆管，也有叫做短時過熱爆管或加速蠕變爆管。也有叫做短時過熱爆管或加速蠕變爆管。短時超溫爆管大多數(shù)發(fā)生在水冷壁管、凝渣管上，特別是水冷壁管熱負(fù)荷最短時超溫爆管大多數(shù)發(fā)生在水冷壁管、凝渣管上，特別是水冷壁管熱負(fù)荷最高的地方，如燃燒帶附近及明噴燃器附近的向火側(cè)。高的地方，如燃燒帶附近及明噴燃器附近的向火側(cè)。短時超溫爆破口一般脹粗較為明顯，管壁減薄很多，爆破口呈尖銳的喇叭形，短時超溫爆破口一般脹粗較為明顯，管壁減薄很多，爆破口呈尖銳的喇叭形，其邊緣很鋒利，具有韌性斷裂的特征。其邊緣很鋒利，具有韌性斷裂的特征。爆破口附

25、近有時有氧化鐵層，有時沒爆破口附近有時有氧化鐵層，有時沒有。爆破口的這些特征是與超溫爆管時產(chǎn)生了較大的塑性變形，使管縫減薄，有。爆破口的這些特征是與超溫爆管時產(chǎn)生了較大的塑性變形，使管縫減薄，因而承受不了介質(zhì)的壓力而引起剪切斷裂有密切關(guān)系。因而承受不了介質(zhì)的壓力而引起剪切斷裂有密切關(guān)系。短時超溫爆管的過程類似作高溫短時拉伸試驗，在應(yīng)力的作用下，先引起塑短時超溫爆管的過程類似作高溫短時拉伸試驗，在應(yīng)力的作用下，先引起塑性變形，后在局部地區(qū)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，最后形成剪切裂紋而產(chǎn)生韌性斷裂。性變形，后在局部地區(qū)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，最后形成剪切裂紋而產(chǎn)生韌性斷裂。電廠金屬材料爆破口附近的氧化鐵層厚度爆破口附近的

26、氧化鐵層厚度，可從運(yùn)行情況來分析。如果管子一直是在設(shè)計，可從運(yùn)行情況來分析。如果管子一直是在設(shè)計濕度下運(yùn)行的至化鐵層就范，甚至沒有；如果曾經(jīng)在超溫情況下運(yùn)行過一濕度下運(yùn)行的至化鐵層就范，甚至沒有；如果曾經(jīng)在超溫情況下運(yùn)行過一段時間后再發(fā)生短時超溫爆管則氧化鐵層就較厚，而且爆破口的背部段時間后再發(fā)生短時超溫爆管則氧化鐵層就較厚，而且爆破口的背部( (即即背火側(cè)背火側(cè)) )還會出現(xiàn)碳化物球化等組織變化。還會出現(xiàn)碳化物球化等組織變化。組織變化后，機(jī)械性能也會發(fā)生改變。如對爆破口斷面進(jìn)行硬度測定，可發(fā)組織變化后，機(jī)械性能也會發(fā)生改變。如對爆破口斷面進(jìn)行硬度測定，可發(fā)現(xiàn)爆破口周向斷面上各點(diǎn)的硬度差異很大

27、，爆破口的硬度明顯增高。現(xiàn)爆破口周向斷面上各點(diǎn)的硬度差異很大，爆破口的硬度明顯增高。 圖5-5 20鋼水冷壁管短時超溫爆管的宏觀及微觀組織 電廠金屬材料3材質(zhì)不良引起的爆管材質(zhì)不良引起的爆管材質(zhì)不良爆管是指錯用鋼材或使用有缺陷的鋼材造成鍋爐管道提早損壞。材質(zhì)不良爆管是指錯用鋼材或使用有缺陷的鋼材造成鍋爐管道提早損壞。錯用鋼材往往是指把性能比較低的鋼材用到高參數(shù)的工況下，實際上是一錯用鋼材往往是指把性能比較低的鋼材用到高參數(shù)的工況下，實際上是一種超溫運(yùn)行。種超溫運(yùn)行。一旦發(fā)生爆管事故，是屬于長時超溫爆管，其爆破口的宏觀一旦發(fā)生爆管事故，是屬于長時超溫爆管，其爆破口的宏觀特征和微觀組織的變化基本上

28、與長時超溫爆管相同。特征和微觀組織的變化基本上與長時超溫爆管相同。在制造、安裝和檢修在制造、安裝和檢修時，未經(jīng)計算就選用了低一級的鋼管，即認(rèn)為是錯用鋼材。時，未經(jīng)計算就選用了低一級的鋼管，即認(rèn)為是錯用鋼材。例如蒸汽參數(shù)例如蒸汽參數(shù)為為535、l0MPa的主蒸汽管道，正常使用的鋼材應(yīng)為的主蒸汽管道，正常使用的鋼材應(yīng)為22Cr1MoV鋼，若鋼，若誤用了誤用了20鋼，由于該鋼用于主蒸汽管道的允許溫度是鋼，由于該鋼用于主蒸汽管道的允許溫度是450，因此只要運(yùn)，因此只要運(yùn)行幾干小時就會發(fā)生爆破。行幾干小時就會發(fā)生爆破。使用了大于壁厚負(fù)偏差的拆疊、結(jié)疤、離層、發(fā)紋和大于壁厚使用了大于壁厚負(fù)偏差的拆疊、結(jié)疤

29、、離層、發(fā)紋和大于壁厚5的橫向的橫向發(fā)裂以及嚴(yán)重夾雜、脫碳的管子稱為使用有缺陷的鋼材。發(fā)裂以及嚴(yán)重夾雜、脫碳的管子稱為使用有缺陷的鋼材。這些缺陷的存在這些缺陷的存在嚴(yán)重地削弱了管壁強(qiáng)度，在高溫和應(yīng)力的長時間作用下，缺陷部位容易形嚴(yán)重地削弱了管壁強(qiáng)度，在高溫和應(yīng)力的長時間作用下，缺陷部位容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生裂紋使缺陷加深，腐蝕介質(zhì)也可能侵入缺陷區(qū)域使成應(yīng)力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生裂紋使缺陷加深，腐蝕介質(zhì)也可能侵入缺陷區(qū)域使腐蝕速度加快，使受熱面管子承受不了介質(zhì)的壓力而爆破。腐蝕速度加快，使受熱面管子承受不了介質(zhì)的壓力而爆破。有缺陷管子爆破時，爆破口往往是沿缺陷豁開，裂紋較直。爆破口邊緣一有缺陷管子爆

30、破時，爆破口往往是沿缺陷豁開，裂紋較直。爆破口邊緣一般有兩部分，有缺陷的部分邊緣粗糙呈脆性斷面；沒有缺陷的部分則呈韌般有兩部分，有缺陷的部分邊緣粗糙呈脆性斷面；沒有缺陷的部分則呈韌性斷面。性斷面。電廠金屬材料二、鍋爐汽包及其它部件用鋼二、鍋爐汽包及其它部件用鋼( (一一) )鍋爐汽包的工作條什及對材料的要求鍋爐汽包的工作條什及對材料的要求鍋爐汽包鋼材處于中溫鍋爐汽包鋼材處于中溫(350(350以下以下) )高壓狀態(tài)下工作，它除承受較高的內(nèi)壓以外，還會高壓狀態(tài)下工作，它除承受較高的內(nèi)壓以外，還會受到?jīng)_擊、疲勞載荷及水和蒸汽介質(zhì)的腐蝕作用。受到?jīng)_擊、疲勞載荷及水和蒸汽介質(zhì)的腐蝕作用。對鍋爐汽包提出

31、的要求：對鍋爐汽包提出的要求：(1)(1)較高的強(qiáng)度，包括常溫和中溫強(qiáng)度。較高的強(qiáng)度，包括常溫和中溫強(qiáng)度。在設(shè)計時，屈服極限和抗拉強(qiáng)度都作為鋼材許在設(shè)計時，屈服極限和抗拉強(qiáng)度都作為鋼材許用應(yīng)力的計算依據(jù)。用應(yīng)力的計算依據(jù)。 (2)(2)良好的塑性、韌性和冷彎性能。良好的塑性、韌性和冷彎性能。(3)(3)較低的缺口敏感性。較低的缺口敏感性。在制造鍋爐時，要在鍋爐鋼板上開孔和焊接管子接頭，往會造在制造鍋爐時，要在鍋爐鋼板上開孔和焊接管子接頭，往會造成應(yīng)力集中，因此要求鋼材有較低的缺口敏感性。成應(yīng)力集中，因此要求鋼材有較低的缺口敏感性。(4)(4)要求分層、非金屬夾雜物、氣孔、疏松等缺陷盡可能少。不

32、允許有白點(diǎn)及裂紋。要求分層、非金屬夾雜物、氣孔、疏松等缺陷盡可能少。不允許有白點(diǎn)及裂紋。(5)(5)如果工作溫度超過如果工作溫度超過400400，則必須有更高的耐熱性能。，則必須有更高的耐熱性能。(6)(6)良好的焊接性能等加工工藝性能。良好的焊接性能等加工工藝性能。電廠金屬材料( (二二) )汽包用鋼介紹汽包用鋼介紹 常用的鍋爐汽包用鋼的化學(xué)成分、強(qiáng)度級別及應(yīng)用范圍見表常用的鍋爐汽包用鋼的化學(xué)成分、強(qiáng)度級別及應(yīng)用范圍見表7373所示。所示。過去生產(chǎn)的中、低壓鍋爐汽包均用過去生產(chǎn)的中、低壓鍋爐汽包均用20g20g或或228228鋼板來制造。由于大量地發(fā)展了鋼板來制造。由于大量地發(fā)展了低合金高強(qiáng)

33、度鋼，低合金高強(qiáng)度鋼，現(xiàn)在已逐步地采用現(xiàn)在已逐步地采用12Mng12Mng、16Mng16Mng、l5Mnv8l5Mnv8等普通低合金鋼等普通低合金鋼板，板，這些鋼板的綜合機(jī)械性能均比碳鋼高，可以減輕鍋爐汽包的重量，節(jié)省這些鋼板的綜合機(jī)械性能均比碳鋼高，可以減輕鍋爐汽包的重量，節(jié)省大量鋼材。大量鋼材。16Mng16Mng鋼是結(jié)合我國資源生產(chǎn)的屈服極限為鋼是結(jié)合我國資源生產(chǎn)的屈服極限為350MPa350MPa級的普通低合金鋼，是我級的普通低合金鋼，是我國應(yīng)用得最早、最廣泛的普通低合金鋼種之一。國應(yīng)用得最早、最廣泛的普通低合金鋼種之一。推薦應(yīng)用的范圍為推薦應(yīng)用的范圍為4040450450，采用，采

34、用16Mng16Mng鋼代替鋼代替2020鋼后，鋼材可節(jié)省鋼后，鋼材可節(jié)省20203030。16Mng16Mng鋼具有良鋼具有良好的綜合機(jī)械性能、焊接性能以及低溫沖擊韌性；但是缺口敏感性比碳鋼大。好的綜合機(jī)械性能、焊接性能以及低溫沖擊韌性；但是缺口敏感性比碳鋼大。15MnVg15MnVg鋼強(qiáng)度比鋼強(qiáng)度比16Mng16Mng鋼高，也具有良好的綜合機(jī)械性能及焊接性能。鋼高，也具有良好的綜合機(jī)械性能及焊接性能。用于用于制造中、高壓鍋爐汽包。制造中、高壓鍋爐汽包。15MnVg15MnVg鋼板也有較大的缺口敏感性，板材中硫化物鋼板也有較大的缺口敏感性，板材中硫化物夾雜的存在會增加材料的缺口敏感性。夾雜的

35、存在會增加材料的缺口敏感性。電廠金屬材料14MnMoVg14MnMoVg鋼是屈服極限為鋼是屈服極限為500MPa500MPa級的普通低合金鋼。級的普通低合金鋼。鋼中由于加入了鋼中由于加入了0 05 5MoMo，提高了鋼的屈服強(qiáng)度及中溫機(jī)械性能，特別適合生產(chǎn)厚度為，提高了鋼的屈服強(qiáng)度及中溫機(jī)械性能，特別適合生產(chǎn)厚度為60mm60mm以上的厚鋼板，以滿足制造高壓鍋爐汽包的需要。以上的厚鋼板，以滿足制造高壓鍋爐汽包的需要。14MnMoVBReg14MnMoVBReg鋼是鋼是500MPa500MPa級的多元低碳貝氏體鋼，屈服極限比碳鋼高一倍，級的多元低碳貝氏體鋼，屈服極限比碳鋼高一倍，有良好的綜合機(jī)械

36、性能。有良好的綜合機(jī)械性能。由于加入了適量的硼、稀土，所以鋼的強(qiáng)度更由于加入了適量的硼、稀土，所以鋼的強(qiáng)度更高了，符合我國資源情況。高了，符合我國資源情況。18MnMoNbg18MnMoNbg鋼也是鋼也是500MPa500MPa級的低合金鋼，不僅有較高的屈服極限，而且耐級的低合金鋼，不僅有較高的屈服極限，而且耐熱性能也較高。熱性能也較高。14CrMn MoVBg14CrMn MoVBg鋼的屈服極限很高，鋼的屈服極限很高，s s650650一一700MPa700MPa。該鋼又加入強(qiáng)化。該鋼又加入強(qiáng)化元素鉻，也是微量多元低合金鋼，不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好，焊元素鉻，也是微量多元低合金鋼，不僅強(qiáng)

37、度高，塑性、韌性也較好，焊接性能也好，并且能耐濕度較大地區(qū)的大氣腐蝕。接性能也好，并且能耐濕度較大地區(qū)的大氣腐蝕。電廠金屬材料(三三)吹灰器工作特點(diǎn)及用鋼吹灰器工作特點(diǎn)及用鋼工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：鍋爐設(shè)備中的燃燒室、水冷壁管、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等部件中鍋爐設(shè)備中的燃燒室、水冷壁管、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等部件中均有吹灰裝置，又稱吹灰器，均有吹灰裝置，又稱吹灰器，定期吹落敷浮在這些設(shè)備上的煙灰渣子。定期吹落敷浮在這些設(shè)備上的煙灰渣子。吹灰器工作的時間很短，但是工作溫度卻很高。吹灰器工作的時間很短，但是工作溫度卻很高。吹灰管應(yīng)能保證用到五年吹灰管應(yīng)能保證用到五年以上，噴頭應(yīng)保證能用到二年

38、左右。所以要用具有高的抗氧化性能和較高以上，噴頭應(yīng)保證能用到二年左右。所以要用具有高的抗氧化性能和較高的高溫強(qiáng)度的材料來制造。的高溫強(qiáng)度的材料來制造。燃燒室的吹灰器，燃燒室的吹灰器，其工作溫度約為其工作溫度約為9001000，工作，工作35min，又放回，又放回到原來的到原來的250400的爐墻處。高溫過熱器區(qū)的吹灰器工作溫度約的爐墻處。高溫過熱器區(qū)的吹灰器工作溫度約800900；高溫省煤器和高溫空氣預(yù)熱器區(qū)的吹灰器工作溫度高溫省煤器和高溫空氣預(yù)熱器區(qū)的吹灰器工作溫度約約500550；低溫省煤器和低溫空氣預(yù)熱器區(qū)的吹灰器工作溫度小于低溫省煤器和低溫空氣預(yù)熱器區(qū)的吹灰器工作溫度小于450。由于布

39、置在不同部位的吹灰器工作溫度不同，因而所用的材料有奧氏體耐由于布置在不同部位的吹灰器工作溫度不同，因而所用的材料有奧氏體耐熱鋼、高鉻不銹鋼、低合金耐熱鋼、碳鋼、耐熱鑄鐵等。熱鋼、高鉻不銹鋼、低合金耐熱鋼、碳鋼、耐熱鑄鐵等。電廠金屬材料用鋼：用鋼：燃燒室、高溫過熱器區(qū)所用的吹灰器材料是：燃燒室、高溫過熱器區(qū)所用的吹灰器材料是：Cr25TiCr25Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr131Cr13等鋼種。等鋼種。Cr25TiCr25Ti鋼具有很高的抗氧化性能及抗晶間腐蝕的能力，在鋼具有很高的抗氧化性能及抗晶間腐蝕的能力，在10001000左右耐熱不起皮，左右耐熱不起皮，但是強(qiáng)度較

40、低，焊接性能也不好，承受的力不能過大。但是強(qiáng)度較低，焊接性能也不好，承受的力不能過大。lCr18Ni9TilCr18Ni9Ti鋼及鋼及1Cr131Cr13鋼則相鋼則相反，具有較好的熱強(qiáng)性和其它機(jī)械性能，但抗氧化性能比反，具有較好的熱強(qiáng)性和其它機(jī)械性能，但抗氧化性能比Cr25TiCr25Ti鋼差。鋼差。當(dāng)溫度小于當(dāng)溫度小于450450時應(yīng)盡量采用低合金鋼、碳鋼和耐熱鑄鐵。時應(yīng)盡量采用低合金鋼、碳鋼和耐熱鑄鐵。如如2020鋼表面滲鋁或滲鉻鋼表面滲鋁或滲鉻后可具有較好的抗氧化性能，能滿足在這個溫度范圍內(nèi)使用。后可具有較好的抗氧化性能，能滿足在這個溫度范圍內(nèi)使用。電廠金屬材料( (四四) )鍋爐固定零

41、件用鋼鍋爐固定零件用鋼鍋爐設(shè)備中的固定零件主要是指管子夾馬、定位板、吊架、支座等。鍋爐設(shè)備中的固定零件主要是指管子夾馬、定位板、吊架、支座等。爐膛和前部煙道的吊架和夾馬，工作溫度約為爐膛和前部煙道的吊架和夾馬，工作溫度約為1000因此需要選用因此需要選用Cr20Ni14Si2和和Cr25Nil2高高鉻鎳奧氏體鋼。對流加熱面部分的固定件，工作溫度低于鉻鎳奧氏體鋼。對流加熱面部分的固定件，工作溫度低于750，最合適而經(jīng)濟(jì)的材料是，最合適而經(jīng)濟(jì)的材料是Cr6SiMo鋼。鋼。這些零件也是處在較高的煙氣溫度下工作的，而且不象受熱面管子那樣有介質(zhì)冷卻，因這些零件也是處在較高的煙氣溫度下工作的，而且不象受熱

42、面管子那樣有介質(zhì)冷卻，因此也要求具備較高的抗氧化腐蝕能力和高溫強(qiáng)度。由于固定件工作的部位不同，應(yīng)用的材此也要求具備較高的抗氧化腐蝕能力和高溫強(qiáng)度。由于固定件工作的部位不同，應(yīng)用的材料也不同。料也不同。Cr20Ni14Si2鋼雖有很高的抗氧化性能，但是含鉻量鋼雖有很高的抗氧化性能，但是含鉻量20左右，含鎳量左右，含鎳量14左右，不左右，不符合我國資源情況。符合我國資源情況。我國研制我國研制Cr18Mn11Si2N(D1)鋼和鋼和Cr20Mn9Ni2Si2N(鋼鋼101)鋼來代替昂貴的高鉻鎳奧鋼來代替昂貴的高鉻鎳奧氏體鋼作高溫馬夾和吊架。氏體鋼作高溫馬夾和吊架。Dl鋼是鋼是CrMnN型奧氏體耐熱不

43、銹鋼。該鋼不含鎳，符合我國的資源情況，用作工型奧氏體耐熱不銹鋼。該鋼不含鎳，符合我國的資源情況，用作工作溫度在作溫度在900以下的鍋爐過熱器吊架及其它鍋爐設(shè)備中耐熱構(gòu)件。以下的鍋爐過熱器吊架及其它鍋爐設(shè)備中耐熱構(gòu)件。鋼鋼10l是是CrMnNiN型奧氏體耐熱不銹鋼，鋼中含鎳量較少，工藝性能和高溫性型奧氏體耐熱不銹鋼，鋼中含鎳量較少，工藝性能和高溫性能良好，可用作工作溫度在能良好，可用作工作溫度在850 1100的鍋爐過熱器吊架及其它鍋爐設(shè)備中的耐熱的鍋爐過熱器吊架及其它鍋爐設(shè)備中的耐熱構(gòu)件。構(gòu)件。電廠金屬材料第二節(jié)第二節(jié) 汽輪機(jī)主要零部件用鋼及事故分析汽輪機(jī)主要零部件用鋼及事故分析一、汽輪機(jī)葉片

44、用鋼及事故分析一、汽輪機(jī)葉片用鋼及事故分析（一）汽輪機(jī)葉片的工作條件及對材料的要求（一）汽輪機(jī)葉片的工作條件及對材料的要求 葉片的工作條件：葉片的工作條件：葉片是汽輪機(jī)中將汽流的動能轉(zhuǎn)換為有用功的極其重要的部件。按照工作條件葉片分葉片是汽輪機(jī)中將汽流的動能轉(zhuǎn)換為有用功的極其重要的部件。按照工作條件葉片分為與轉(zhuǎn)子相連接并一起轉(zhuǎn)動的為與轉(zhuǎn)子相連接并一起轉(zhuǎn)動的動葉動葉及與靜子相連接處于不動狀態(tài)的及與靜子相連接處于不動狀態(tài)的靜葉靜葉( (又稱導(dǎo)葉又稱導(dǎo)葉) )。不同功率的汽輪機(jī)中，處于不同級的葉片因工作條件不同，動葉與靜葉具有各種不同不同功率的汽輪機(jī)中，處于不同級的葉片因工作條件不同，動葉與靜葉具有各

45、種不同的結(jié)構(gòu)、尺寸及固定的方法。不同級中蒸汽對葉片的腐蝕與沖蝕作用也不同。的結(jié)構(gòu)、尺寸及固定的方法。不同級中蒸汽對葉片的腐蝕與沖蝕作用也不同。第一級的動葉與靜葉所處的溫度最高，接近于進(jìn)口的蒸汽溫度；隨后逐級降低，至末級則接近第一級的動葉與靜葉所處的溫度最高，接近于進(jìn)口的蒸汽溫度；隨后逐級降低，至末級則接近100或更低一些。葉片是在運(yùn)動著的蒸汽介質(zhì)中工作的，而各級的蒸汽狀態(tài)是不一樣的。在大多或更低一些。葉片是在運(yùn)動著的蒸汽介質(zhì)中工作的，而各級的蒸汽狀態(tài)是不一樣的。在大多數(shù)級中，葉片是在過熱蒸汽中工作，而末級葉片是在濕蒸汽中工作。通流部分的不同區(qū)段，蒸汽數(shù)級中，葉片是在過熱蒸汽中工作，而末級葉片是

46、在濕蒸汽中工作。通流部分的不同區(qū)段，蒸汽中所含的鹽類、氧和凝結(jié)水滴的量是不同的。中所含的鹽類、氧和凝結(jié)水滴的量是不同的。電廠金屬材料汽輪機(jī)在工作過程中，動葉承受著最大的靜應(yīng)力、動應(yīng)力及交變應(yīng)力。汽輪機(jī)在工作過程中，動葉承受著最大的靜應(yīng)力、動應(yīng)力及交變應(yīng)力。葉片愈長葉片愈長, ,轉(zhuǎn)子的直徑與轉(zhuǎn)速愈大，在葉片上由離心力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力便愈大。當(dāng)有圍帶或轉(zhuǎn)子的直徑與轉(zhuǎn)速愈大，在葉片上由離心力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力便愈大。當(dāng)有圍帶或拉筋時拉筋時, ,還要考慮由它們產(chǎn)生的離心力對葉片的影響。還要考慮由它們產(chǎn)生的離心力對葉片的影響。汽輪機(jī)在工作過程中，葉片和拉筋的振動具有重要的意義。汽輪機(jī)在工作過程中，葉片和拉筋的

47、振動具有重要的意義。葉片的振動是引起葉葉片的振動是引起葉片斷型事故的重要原因。片斷型事故的重要原因。導(dǎo)致葉片振動的總的原因，是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，作用于葉片上的周期性激振力，導(dǎo)致葉片振動的總的原因，是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，作用于葉片上的周期性激振力，又稱為擾動力。又稱為擾動力。 產(chǎn)生周期性激振力的原因很多。產(chǎn)生周期性激振力的原因很多。因出汽道汽流壓力沿節(jié)距的不均勻分布所引起的因出汽道汽流壓力沿節(jié)距的不均勻分布所引起的周期性激振力，其頻率是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與靜葉片片數(shù)的乘積，周期性激振力，其頻率是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與靜葉片片數(shù)的乘積，稱為高頻激振力。稱為高頻激振力。由由于隔板通流面積不均勻所引起汽流力的不均勻而產(chǎn)生

48、的周期性激振力，其頻率等于隔板通流面積不均勻所引起汽流力的不均勻而產(chǎn)生的周期性激振力，其頻率等于轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的簡單倍數(shù)，于轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的簡單倍數(shù)，稱為低頻激振力稱為低頻激振力。 如果激振力的頻率落入與葉片自振頻率相同的共振頻率之中時，則振幅就要突然如果激振力的頻率落入與葉片自振頻率相同的共振頻率之中時，則振幅就要突然增大至不能允許的程度，從而使葉片產(chǎn)生過大的應(yīng)力。視應(yīng)力超過允許值的程度增大至不能允許的程度，從而使葉片產(chǎn)生過大的應(yīng)力。視應(yīng)力超過允許值的程度不同，在經(jīng)過一定的時間之后，即會發(fā)生葉片的斷裂。不同，在經(jīng)過一定的時間之后，即會發(fā)生葉片的斷裂。汽輪機(jī)動葉的設(shè)計和計算汽輪機(jī)動葉的設(shè)計和計算是以汽

49、輪機(jī)在運(yùn)行過程中沒有這種危險的共振為條件的。是以汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中沒有這種危險的共振為條件的。電廠金屬材料1 1良好的常溫和高溫機(jī)械性能良好的常溫和高溫機(jī)械性能2 2良好的抗蝕性良好的抗蝕性4 4一定的耐磨性一定的耐磨性5 5良好的工藝性良好的工藝性 對于用來制造葉片的金屬材料，在性能上應(yīng)滿足以下的要求：對于用來制造葉片的金屬材料，在性能上應(yīng)滿足以下的要求：電廠金屬材料（二）氣輪機(jī)葉片材料介紹（二）氣輪機(jī)葉片材料介紹制造氣輪機(jī)葉片的材料，制造氣輪機(jī)葉片的材料，主要是含鉻主要是含鉻13%13%的鉻不銹鋼幾含鉻約的鉻不銹鋼幾含鉻約12%12%并加入少并加入少量鎢、鉬、釩、鈮等合金元素以提高材料熱強(qiáng)

50、性的強(qiáng)化性鉻不銹鋼。量鎢、鉬、釩、鈮等合金元素以提高材料熱強(qiáng)性的強(qiáng)化性鉻不銹鋼。蒸汽溫度超過蒸汽溫度超過600C600C時，一般采用奧氏體耐熱鋼來作葉片，燃?xì)廨啓C(jī)葉片時，一般采用奧氏體耐熱鋼來作葉片，燃?xì)廨啓C(jī)葉片是用鐵基或鎳基的耐熱合金來制造。是用鐵基或鎳基的耐熱合金來制造。國外對于負(fù)荷很大的末級葉片，以開始使用比重小的鋁合金或鈦合金。國外對于負(fù)荷很大的末級葉片，以開始使用比重小的鋁合金或鈦合金。常用的葉片用鋼化學(xué)成分及應(yīng)用范圍見表常用的葉片用鋼化學(xué)成分及應(yīng)用范圍見表7-57-5所示，常用的葉片用鋼熱處所示，常用的葉片用鋼熱處理及機(jī)械性能見表理及機(jī)械性能見表7-67-6所示。所示。電廠金屬材料

51、1 1鉻不銹鋼鉻不銹鋼 對于工作溫度在對于工作溫度在450-500C450-500C以下的氣輪機(jī)葉片，國內(nèi)外均廣泛采用以下的氣輪機(jī)葉片，國內(nèi)外均廣泛采用1Cr131Cr13或或2Cr132Cr13的鉻不銹鋼制造。這類鋼還具有較高的熱強(qiáng)性又屬于馬氏體型耐熱鋼。的鉻不銹鋼制造。這類鋼還具有較高的熱強(qiáng)性又屬于馬氏體型耐熱鋼。加入鉻的主要目的是提高鋼的抗蝕性。加入鉻的主要目的是提高鋼的抗蝕性。1Cr131Cr13鋼用于氣輪機(jī)中幾級葉片。鋼用于氣輪機(jī)中幾級葉片。2Cr132Cr13鋼由于強(qiáng)度高一些，故用于氣輪機(jī)的鋼由于強(qiáng)度高一些，故用于氣輪機(jī)的最后幾級葉片。最后幾級葉片。1Cr131Cr13鋼的最高工作

52、溫度為鋼的最高工作溫度為480C480C左右，左右，1Cr131Cr13鋼最高工作溫度鋼最高工作溫度為為450C450C，當(dāng)溫度超過，當(dāng)溫度超過500C500C時，這類葉片鋼的熱強(qiáng)性將明顯下降。時，這類葉片鋼的熱強(qiáng)性將明顯下降。鉻不銹鋼抗水沖蝕的能力比較差。鉻不銹鋼抗水沖蝕的能力比較差。防止水沖蝕的方法有兩方面，一是改造汽防止水沖蝕的方法有兩方面，一是改造汽輪機(jī)通流部分的結(jié)構(gòu)及消除濕蒸汽；二是增強(qiáng)葉片材料抗水沖蝕的能力。輪機(jī)通流部分的結(jié)構(gòu)及消除濕蒸汽；二是增強(qiáng)葉片材料抗水沖蝕的能力。增增強(qiáng)葉片材料抗水沖蝕的能力常用的方法是強(qiáng)葉片材料抗水沖蝕的能力常用的方法是在葉片表面易被水沖蝕的部位焊上在葉片

53、表面易被水沖蝕的部位焊上高硬度耐磨合金或?qū)θ~片進(jìn)行表面處理。常用的表面處理有氯化、電火花處高硬度耐磨合金或?qū)θ~片進(jìn)行表面處理。常用的表面處理有氯化、電火花處理或局部淬火等。理或局部淬火等。電廠金屬材料2 2強(qiáng)化型鉻不銹鋼強(qiáng)化型鉻不銹鋼提高鉻提高鉻1313型葉片用鋼的熱強(qiáng)性，在這類鋼的基礎(chǔ)上加入了少量的鋁、釩、鎢、鎳、型葉片用鋼的熱強(qiáng)性，在這類鋼的基礎(chǔ)上加入了少量的鋁、釩、鎢、鎳、鈮、硼等元素。釩或鈮與碳的親和力比鉻大，加入后能避免鉻進(jìn)入碳化物，讓鉻充鈮、硼等元素。釩或鈮與碳的親和力比鉻大，加入后能避免鉻進(jìn)入碳化物，讓鉻充分溶入固镕體發(fā)揮防腐蝕和強(qiáng)化作用。因此，強(qiáng)化型鉻不銹鋼中的含鉻量為分溶入固

54、镕體發(fā)揮防腐蝕和強(qiáng)化作用。因此，強(qiáng)化型鉻不銹鋼中的含鉻量為1111或或1212左右。左右。常用的強(qiáng)化型鉻不銹鋼有常用的強(qiáng)化型鉻不銹鋼有Cr11MoVCr11MoV、Cr12WMoVCr12WMoV、Crl2WNbVBCrl2WNbVB、2Cr12WMoNbVB2Cr12WMoNbVB及及1Cr11Ni2W2MoV1Cr11Ni2W2MoV等鋼種。等鋼種。 Cr11MoVCr11MoV鋼中加入了鉬和釩，鉬溶入鐵素體，提高了鐵素體的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度；鋼中加入了鉬和釩，鉬溶入鐵素體，提高了鐵素體的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度；釩與碳形成了穩(wěn)定性較高、硬度也高的碳化物。我國釩與碳形成了穩(wěn)定性較高、硬度也高的碳化物

55、。我國125MW125MW機(jī)組、機(jī)組、300MW300MW機(jī)組及機(jī)組及600MW600MW機(jī)組的汽輪機(jī)前級動葉片，都是用機(jī)組的汽輪機(jī)前級動葉片，都是用Cr11MoVCr11MoV鋼制造的。鋼制造的。 Crl2WMoVCrl2WMoV鋼中又多了鎢和鎳元素，熱強(qiáng)性又有提高，可用在鋼中又多了鎢和鎳元素，熱強(qiáng)性又有提高，可用在580580以下大功率汽輪以下大功率汽輪機(jī)的葉片材料。由于鎢、鉬、鈮都是縮小奧氏體擴(kuò)大鐵轟體區(qū)域的元素，當(dāng)含量較機(jī)的葉片材料。由于鎢、鉬、鈮都是縮小奧氏體擴(kuò)大鐵轟體區(qū)域的元素，當(dāng)含量較多時會出現(xiàn)過多的多時會出現(xiàn)過多的鐵素體，從而降低鋼的韌性。為了降低鐵素體，從而降低鋼的韌性。為了

56、降低鐵素體的含量，需要鐵素體的含量，需要加一些鎳元素。加一些鎳元素。電廠金屬材料( (三三) )汽輪機(jī)葉片事故分析汽輪機(jī)葉片事故分析按照葉片斷裂的性質(zhì)，葉片斷裂按照葉片斷裂的性質(zhì)，葉片斷裂可分為長期疲勞損壞、短期疲勞損壞、接可分為長期疲勞損壞、短期疲勞損壞、接觸疲勞損壞、應(yīng)力腐蝕和腐蝕廢勞損壞觸疲勞損壞、應(yīng)力腐蝕和腐蝕廢勞損壞等。等。1長期疲勞損壞長期疲勞損壞 長期疲勞是指葉片運(yùn)行過程中，承受低于葉片原始疲勞極限的應(yīng)力，經(jīng)長期疲勞是指葉片運(yùn)行過程中，承受低于葉片原始疲勞極限的應(yīng)力，經(jīng)過較長的時間過較長的時間 (遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于107次次)才發(fā)生的一種機(jī)械疲勞損壞。才發(fā)生的一種機(jī)械疲勞損壞。例如，因

57、葉片或葉片組存在著某種高頻振動而引起共振損壞；葉片表面有缺陷例如，因葉片或葉片組存在著某種高頻振動而引起共振損壞；葉片表面有缺陷(如夾雜、腐蝕點(diǎn)如夾雜、腐蝕點(diǎn)坑、劃痕等坑、劃痕等)，使葉片局部區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中而提早發(fā)生疲勞損壞；由于運(yùn)行不正常，使葉片局部區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中而提早發(fā)生疲勞損壞；由于運(yùn)行不正常(如低周波運(yùn)如低周波運(yùn)行、超負(fù)荷運(yùn)行、低負(fù)荷運(yùn)行等行、超負(fù)荷運(yùn)行、低負(fù)荷運(yùn)行等)，使某些級的葉片應(yīng)力升高，導(dǎo)致提早破壞。長期疲勞損壞在，使某些級的葉片應(yīng)力升高，導(dǎo)致提早破壞。長期疲勞損壞在電廠葉片事故中最為常見。電廠葉片事故中最為常見。長期疲勞損壞的宏觀特征是斷口乎整、斷面呈細(xì)瓷狀結(jié)構(gòu)，貝殼紋清

58、晰，疲勞斷裂區(qū)面長期疲勞損壞的宏觀特征是斷口乎整、斷面呈細(xì)瓷狀結(jié)構(gòu)，貝殼紋清晰，疲勞斷裂區(qū)面積一般大于靜撕裂區(qū)面積。積一般大于靜撕裂區(qū)面積。當(dāng)應(yīng)力水平稍高時，疲勞斷裂區(qū)面積會減小；反之，葉片應(yīng)當(dāng)應(yīng)力水平稍高時，疲勞斷裂區(qū)面積會減小；反之，葉片應(yīng)力水平較低，破壞時間較長的斷口，疲勞斷裂區(qū)域面積就大一些。因而可從分析斷口的力水平較低，破壞時間較長的斷口，疲勞斷裂區(qū)域面積就大一些。因而可從分析斷口的疲勞斷裂區(qū)面積的大小來推斷葉片受載皮力的大小。疲勞斷裂區(qū)面積的大小來推斷葉片受載皮力的大小。防止長期疲勞損壞的主要措施是：防止長期疲勞損壞的主要措施是：消除共振、提高葉片制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量、行條件。消除共

59、振、提高葉片制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量、行條件。電廠金屬材料2短期疲勞損壞短期疲勞損壞短期疲勞損壞是指葉片在運(yùn)行過程中，受到外界較大的應(yīng)力或是較大的短期疲勞損壞是指葉片在運(yùn)行過程中，受到外界較大的應(yīng)力或是較大的激振力，導(dǎo)致葉片只受了較少的振動次數(shù)（小于激振力，導(dǎo)致葉片只受了較少的振動次數(shù)（小于107108次）就發(fā)生斷裂次）就發(fā)生斷裂的一種機(jī)械疲勞損壞。的一種機(jī)械疲勞損壞。例如，由于運(yùn)行不正常。疏水系統(tǒng)發(fā)生故障，使水進(jìn)入氣輪機(jī)內(nèi)，葉片遭到水的沖擊而承受較大例如，由于運(yùn)行不正常。疏水系統(tǒng)發(fā)生故障，使水進(jìn)入氣輪機(jī)內(nèi)，葉片遭到水的沖擊而承受較大的應(yīng)力，隨即很快損壞；或是由于設(shè)計不良，安裝不好，存在較大的低頻激

60、振力（如轉(zhuǎn)子不平衡的應(yīng)力，隨即很快損壞；或是由于設(shè)計不良，安裝不好，存在較大的低頻激振力（如轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的振動；隔板結(jié)構(gòu)不佳或安裝不良，存在較大的交變應(yīng)力；或是噴嘴損壞，使葉片受到不而產(chǎn)生的振動；隔板結(jié)構(gòu)不佳或安裝不良，存在較大的交變應(yīng)力；或是噴嘴損壞，使葉片受到不均等），當(dāng)?shù)皖l激振力與葉片的自振頻率相同時就引起共振，會很快導(dǎo)致葉片的斷裂。均等），當(dāng)?shù)皖l激振力與葉片的自振頻率相同時就引起共振，會很快導(dǎo)致葉片的斷裂。短期疲勞損壞的宏觀特征是：短期疲勞損壞的宏觀特征是：斷口表面粗糙，疲勞貝殼紋（又稱疲勞前沿線）不明顯，斷口表面粗糙，疲勞貝殼紋（又稱疲勞前沿線）不明顯，在斷面上疲勞區(qū)面積往往小于