電站鍋爐金屬材料的選擇與使用

張晉

摘 要：我國(guó)是能源消耗大國(guó)。為了維持工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作與人們?nèi)粘９ぷ髋c生活上的大量能源消耗，在城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃中有很多比例的電站修建。電站鍋爐在組織構(gòu)成中屬于較為重要但又危險(xiǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，具備較高的爆炸危險(xiǎn)，同時(shí)屬于特殊監(jiān)控設(shè)備，所以電站鍋爐金屬材料的使用與選擇是技術(shù)人員工作中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)，這些金屬材料直接影響著鍋爐整體運(yùn)行的質(zhì)量與平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；金屬材料；選擇使用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

由于電站鍋爐屬于危險(xiǎn)系數(shù)較高的設(shè)施，所以在開(kāi)展日常的檢修工作時(shí)，工作人員應(yīng)熟記檢修的基本知識(shí)與正確流程，這對(duì)于設(shè)備與人員安全保護(hù)有異常重要的作用。當(dāng)然實(shí)際工作開(kāi)展的過(guò)程中影響檢修與保養(yǎng)工作質(zhì)量的因素很多，工作人員應(yīng)注意留意每個(gè)細(xì)微的環(huán)節(jié)，材料種類(lèi)、規(guī)格、基本成分構(gòu)成等都會(huì)對(duì)設(shè)施的使用狀態(tài)產(chǎn)生影響。

1 電站鍋爐金屬材料應(yīng)用位置

電站設(shè)施中基本組成構(gòu)件鍋爐，在國(guó)家的安全檢查中屬于危險(xiǎn)系數(shù)較高的特殊設(shè)備，這種設(shè)備在日常的護(hù)理與維修中考慮細(xì)節(jié)也較多，尤其是在對(duì)基礎(chǔ)組件的金屬材料使用進(jìn)行選擇時(shí)，一旦發(fā)生不適配的問(wèn)題，不僅會(huì)影響使用功能的發(fā)揮，甚至?xí)?duì)操作與管理工作人員的人身安全產(chǎn)生威脅。鍋爐的承重部件金屬材料在開(kāi)展選擇環(huán)節(jié)時(shí)，如果出現(xiàn)超承載使用問(wèn)題，最為直接的后果是發(fā)生爆管事故；反之，降限使用的話(huà)，又等于是在浪費(fèi)資源。碳鋼管的焊接部位如果選擇合金材質(zhì)的焊條與管道，也會(huì)增加發(fā)生危險(xiǎn)的系數(shù)，加大設(shè)備出現(xiàn)爆炸的問(wèn)題，如果材料的失效位置不在母材的焊縫影響區(qū)，那么發(fā)生失效的時(shí)間間隔機(jī)就會(huì)比前面介紹的狀況占用的更多。焊接的接頭位置在鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的整體環(huán)境中屬于較為重要的環(huán)節(jié)，這種類(lèi)型的焊接使用材質(zhì)在性能上的優(yōu)勢(shì)指數(shù)不是很高，同時(shí)比較下來(lái)說(shuō)的話(huà)甚至屬于較為薄弱的環(huán)節(jié)，所以工作人員在對(duì)這種金屬焊接技術(shù)進(jìn)行操作上的動(dòng)作監(jiān)督時(shí)，應(yīng)對(duì)金屬技術(shù)以及焊接接頭使用的技術(shù)種類(lèi)進(jìn)行重視，嚴(yán)格按照操作規(guī)范開(kāi)展技術(shù)動(dòng)作，因?yàn)橐坏┌l(fā)生錯(cuò)用的問(wèn)題，就等于增加了異種鋼材焊接的難度系數(shù)，也會(huì)增加設(shè)備出現(xiàn)的爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 金屬材料選擇運(yùn)用的基本規(guī)范

2.1 金屬材料的種類(lèi)介紹

金屬材料科學(xué)在種類(lèi)的劃分上從屬于試驗(yàn)應(yīng)用科學(xué)，而作為一名鍋爐的質(zhì)量檢測(cè)人員，在日常工作中一定要掌握較為扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，因?yàn)檫@些基礎(chǔ)理論將會(huì)對(duì)工作人員后續(xù)工作中產(chǎn)生指導(dǎo)上的作用。一般情況下，鋼鐵就是那些以鐵為基礎(chǔ)構(gòu)成材料的金屬混合物，鋼鐵的基礎(chǔ)性能與其制作生產(chǎn)過(guò)程中加入其他元素種類(lèi)、比種、鍛造環(huán)境等都有著非常密切且直接的聯(lián)系，甚至這些基礎(chǔ)元素的基本化學(xué)排列方式存在差異都會(huì)對(duì)其在使用環(huán)節(jié)中展現(xiàn)的性能產(chǎn)生不一樣的影響，熱處理環(huán)節(jié)的溫度、時(shí)間等相關(guān)措施的使用同樣可以改變鋼鐵的原有組織結(jié)構(gòu)，讓材料的基本使用功能得到改變或是擴(kuò)展。

2.2 金屬材料的選擇影響因素

鋼鐵之所以被人們稱(chēng)為鋼鐵并不是因?yàn)檫@種金屬是由鋼與鐵兩種物質(zhì)組合而成，鋼鐵主要的物質(zhì)還是鐵，只是在鍛造過(guò)程中加入了微量的其他元素，這些元素大部分是C，可能會(huì)包括一些M n、 S i、S、P等其他雜質(zhì)元素，鐵單質(zhì)因?yàn)橛辛颂荚氐募尤?，在硬度上?huì)發(fā)生很大改變，同時(shí)對(duì)抗銹蝕上的性能也會(huì)得到提升，這種加入了C元素的鋼叫作碳鋼。相比其他種類(lèi)的鋼鐵，如果構(gòu)成中的其他元素含量較多，則是合金鋼。在鋼鐵的基礎(chǔ)構(gòu)成中，S、P在鋼鐵的構(gòu)成中不算是添加的改變鋼鐵性能元素，這兩種只是在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)的雜質(zhì)，理論上這些雜質(zhì)的含量也是越低越好。而相對(duì)于其他合金，在整體的含量比重上應(yīng)得到相應(yīng)指數(shù)上的控制，否則對(duì)鋼鐵的性能會(huì)產(chǎn)生二重性，過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)對(duì)鋼鐵的性能發(fā)揮產(chǎn)生反作用。

2.3 鋼是晶體物質(zhì)

鋼是晶體物質(zhì)，其含有的碳元素有3種元素異構(gòu)體，分別為無(wú)定型碳、石墨、金剛石。碳元素其化學(xué)構(gòu)造上如果原子數(shù)量以及排列方式上不同都會(huì)對(duì)晶體物質(zhì)產(chǎn)生性能上的變化，會(huì)直接導(dǎo)致M素異構(gòu)體的物理性能以及力學(xué)性能產(chǎn)生非常驚人的差別。其原W是石墨與金剛石的空間結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)可以賦予這兩種結(jié)構(gòu)在物質(zhì)形態(tài)上的不同展現(xiàn)。如石墨是鉛筆芯的主要原料，細(xì)膩且柔軟，而金剛石則被人們稱(chēng)為是世界上最為堅(jiān)硬的物質(zhì)，這種物質(zhì)甚至可以用來(lái)切割玻璃等固體。鋼鐵晶體在物理性質(zhì)上的呈現(xiàn)就會(huì)有相似的地方，除了成分以外，還取決于其空間上的構(gòu)型排列，也就是晶體結(jié)構(gòu)。

2.4 鋼中的組成元素

鋼中的組成元素在鋼水凝固過(guò)程中生成具有特定晶格類(lèi)犁的晶體，并賦予金屬材料相應(yīng)的具有標(biāo)識(shí)性的物理性能和力學(xué)性能，這與碳的同素異構(gòu)現(xiàn)象是相似的。鍋爐壓力容器用鋼中常見(jiàn)的顯微組織有鐵素體、奧氏體、珠光體、馬氏體和貝氏體等，這些材料均可以采用不同的熱處理工藝。促使改變晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、重新分布化學(xué)成分等，而且可以調(diào)整、改善組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，保證和提高材料的使用性能。

3 金屬材料的使用

隨著時(shí)間的推移與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多電廠(chǎng)的鍋爐在高溫煅燒中獲得了技術(shù)與使用材料上的升級(jí)，這些不銹鋼材料的使用，讓加工的過(guò)程使用的步驟變多了，同時(shí)因?yàn)殡y度系數(shù)的提升，也讓很多的委托生產(chǎn)廠(chǎng)家的制作過(guò)程中的處理工藝出現(xiàn)了一些細(xì)節(jié)性的調(diào)整。很多大型生產(chǎn)廠(chǎng)家接到這種生產(chǎn)訂單時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熱處理步驟不規(guī)范或是不合理的問(wèn)題，甚至有些制成品的整體或局部會(huì)因?yàn)楣倘艿募夹g(shù)規(guī)格不規(guī)范導(dǎo)致材料的基本功能不能得到正常的發(fā)揮。后者產(chǎn)生危害或是影響幅度將會(huì)比前者更為嚴(yán)重，最為直接的體現(xiàn)是降低其設(shè)備的使用壽命時(shí)間。

舉例來(lái)說(shuō)的話(huà)，奧氏體不銹鋼在應(yīng)用的過(guò)程中具備較為明顯的腐蝕傾向，原因是晶體內(nèi)部的碳原子在向晶界轉(zhuǎn)移的過(guò)程中會(huì)與晶間的鉻元素生成Cr，就會(huì)導(dǎo)致鋼鐵材料出現(xiàn)晶間貧鉻，奧體氏不銹鋼在450℃～850℃時(shí)是最為容易發(fā)生貧鉻問(wèn)題的。這個(gè)溫度區(qū)間會(huì)被技術(shù)人員稱(chēng)為敏感溫度區(qū)。所以在對(duì)奧氏體鋼材料進(jìn)行焊接或是熱處理操作時(shí)，應(yīng)對(duì)敏感溫度中停留的時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡量縮短在此時(shí)間段停留的時(shí)間。在焊接的時(shí)候，需盡量選擇小線(xiàn)能量，讓溫度上的控制可以更為精確。

3.1 控制晶問(wèn)腐蝕趨勢(shì)

為了控制晶間腐蝕趨勢(shì)，根據(jù)奧氏體不銹鋼使用條件不同，可采取固溶處理、穩(wěn)定化處理或鈍化處理工藝。鈍化處理是利用氧化性酸進(jìn)行氧化，在不銹鋼件表面形成致密氧化鉻保護(hù)層增強(qiáng)耐腐蝕性。在電廠(chǎng)運(yùn)行條件下，奧氏體不銹鋼產(chǎn)品采用局部固溶處理工藝，不論固溶處理還是穩(wěn)定化處理，局部熱處理方式都是不可取的。因?yàn)椴考臒崽幚頎t內(nèi)高溫到爐外室溫，其中必有一段處于敏化區(qū)，發(fā)生晶間貧鉻，性能下降，形成質(zhì)量隱患，運(yùn)行中這個(gè)部位會(huì)最先失效。

3.2 發(fā)電鍋爐高溫段

發(fā)電鍋爐的高溫段用18Cr-8Ni系列的不銹鋼制成晶，最好使用整體穩(wěn)定化的熱處理工藝，在整體穩(wěn)定化的熱處理工序基礎(chǔ)上進(jìn)行箍體內(nèi)外肇鈍化處理，耐氧化腐蝕的效果將會(huì)呈現(xiàn)的更好，但是這種選擇有一個(gè)缺點(diǎn)就是會(huì)讓成本增加很多。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)電站鍋爐金屬材料種類(lèi)特性以及使用功能的論述，可以從中獲得的經(jīng)驗(yàn)是針對(duì)電站鍋爐這種運(yùn)行危險(xiǎn)指數(shù)高，對(duì)較為特殊的設(shè)施進(jìn)行金屬材料使用時(shí)，應(yīng)對(duì)電站的建設(shè)規(guī)模以及鍋爐的規(guī)格進(jìn)行考慮，依據(jù)實(shí)際情況對(duì)使用的材料進(jìn)行針對(duì)性選擇，盡量防止出現(xiàn)不適配進(jìn)而讓鍋爐出現(xiàn)危險(xiǎn)系數(shù)增加，對(duì)設(shè)備的運(yùn)作以及工作人員的人身安全產(chǎn)生威脅。

參考文獻(xiàn)

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