鍋爐用鋼管及鋼材料標準與安全
隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展,科技的創(chuàng)新,信息的傳播,時空縮短了人類之間交往距離,標準在日常生活中無處不在,標準關(guān)系你我他。標準化是經(jīng)濟貿(mào)易發(fā)展的需要,標準化工作對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起著重要的技術(shù)支撐作用??梢哉f:標準化讓各種各樣的連接和界面都更加經(jīng)濟、有效,而標準化的規(guī)模則從點對點,延伸到了全國范圍,再到全世界。
我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需要一個完善的、先進的、與國際接軌的標準體系作為重要技術(shù)基礎(chǔ),規(guī)范我國市場經(jīng)濟秩序和完善我國社會主義市場經(jīng)濟體系建設(shè)需要標準體系作為必要的支撐,在全球經(jīng)濟一體化的新形式下,提高我國產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量和工程質(zhì)量,增強我國企業(yè)和產(chǎn)品在國際市場的競爭力,需要先進的與國際接軌的標準體系作為重要的應(yīng)對手段,建設(shè)小康社會,確保消費安全,提高人民生活質(zhì)量,需要一個完善的先進的與國際接軌的標準體系作為必要條件。因此,標準化工作就越來越凸顯其重要作用。
而安全始終貫穿于標準化工作中。安全牽涉的面很廣,對于人類來說,面臨著:交通安全、食品衛(wèi)生安全、房屋建筑、生活起居、天災(zāi)人禍等隱患,對于冶金行業(yè)就牽涉到在工作環(huán)境中造成的特種安全設(shè)備的質(zhì)量與安全性的所在,這就取決于設(shè)備材料的質(zhì)量與性能。而控制與保證質(zhì)量的法寶就是標準!標準是工業(yè)技術(shù)的具體體現(xiàn),因此,標準是否能及時體現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展方向和服務(wù)于生產(chǎn)是衡量標準先進性的一個重要指標。
目前我國與人身安全有著密切關(guān)系的標準包括:鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、氣瓶、石油化工、建筑結(jié)構(gòu)用鋼、橋梁鋼等方方面面,大部分均為強制性國家標準。鍋爐用鋼標準是標準研究的重點領(lǐng)域。鍋爐壓力容器是生產(chǎn)和生活中廣泛使用的、危險性較大的特種設(shè)備,一旦發(fā)生事故,會造成嚴重的人身傷亡及重大的財產(chǎn)損失。我國政府明確指出安全技術(shù)規(guī)范是規(guī)定強制執(zhí)行的特種設(shè)備安全性能和相應(yīng)的設(shè)計、制造、安裝、修理、改造、使用管理規(guī)定和檢驗檢測方法以及許可、考核條件、程序的一系列具有行政強制力的規(guī)范性文件,凡安全技術(shù)規(guī)范所引用的標準,標準一旦被引用,具有與安全技術(shù)規(guī)范同等的法律效力和強制屬性,并成為法律法規(guī)體系的組成部分。準確地說,標準化使世界更安全!
一.鍋爐用鋼標準體系組成
二十世紀的火力發(fā)電技術(shù)獲得了輝煌的成就,電能已成為能源轉(zhuǎn)化和使用的主要方式,成為一個國家經(jīng)濟發(fā)達程度的標志,同時也成為人類文明生活不斷提高的物質(zhì)基礎(chǔ)。提高火電機組的參數(shù),是實現(xiàn)電能生產(chǎn)的高效、潔凈、經(jīng)濟、可靠、安全要求的最重要途徑之一。為此在過去的二十世紀內(nèi),人們進行了卓有成效的工作。單就發(fā)電動力而言,火電機組的參數(shù)經(jīng)歷了高壓、超高壓、亞臨界和超臨界的發(fā)展階段,目前正在向超超臨界挺進,機組的單機容量已達1300MW,電站效率超過42%并逐漸逼近45%。
火電機組參數(shù)的提高與發(fā)展,主要取決于火電機組鍋爐蒸汽參數(shù)的提高和鍋爐用材料技術(shù)的發(fā)展。各國在發(fā)展超臨界機組時,無不把材料的研制放在十分重要的地位。經(jīng)過近三十年的試驗、制造和運行經(jīng)驗,特別是上世紀九十年代,材料科學(xué)取得突破,一大批新型材料的研究開發(fā)與應(yīng)用,使得超臨界機組技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。鍋爐用鋼的選擇、制造、采購、驗收等環(huán)節(jié)是鍋爐制造質(zhì)量保證體系的重要組成部分。
標準體系就是一定范圍內(nèi)的所有標準,按其內(nèi)在聯(lián)系形成的科學(xué)有機整體,體系內(nèi)的標準組成結(jié)構(gòu)層次恰當(dāng)、功能配套,形成互相關(guān)聯(lián)、互相制約、互相協(xié)調(diào)的配套系統(tǒng)。建立和完善標準體系,是為了滿足技術(shù)進步、適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)對標準的需要和要求。
我國鍋爐制造業(yè)的標準化工作已歷經(jīng)四十余年,經(jīng)過從無到有、從逐步滿足生產(chǎn)需要到形成標準體系,現(xiàn)已建立了包含一百多項標準的鍋爐及輔機標準體系。其中鍋爐用鋼標準,大部分由全國鋼標準化技術(shù)委員會歸口制訂,如GB3087《低中壓鍋爐用無縫鋼管》、GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》和GB713《鍋爐用鋼板》等。我國現(xiàn)有的鍋爐用鋼標準體系大體上可分為基礎(chǔ)標準和鋼類產(chǎn)品標準兩層;鋼類產(chǎn)品標準按不同的產(chǎn)品,分為通用標準和產(chǎn)品標準兩類,體系明細表見表1所示。
表1:我國鍋爐用鋼標準體系明細表
標準分類 |
產(chǎn)品類別 |
標準編號 |
標準名稱 |
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基礎(chǔ)標準 |
綜合性 |
GB/T17505-1998 |
鋼及鋼產(chǎn)品交貨一般技術(shù)要求 |
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通用鋼類 |
GB/T700-1988 GB/T699-1999 GB/T1591-1994 GB/T3077-1999 |
碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 |
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產(chǎn)品標準
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鍋爐鋼管 |
通用標準 |
GB/T2102-1998 GB/T17395-1998 |
鋼管的驗收、包裝、標志和質(zhì)量證明書 無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差 |
產(chǎn)品標準 |
GB3087-1999 GB5310-1985 GB13296-1991 GB/Txxxxx-xxxx GB/T13793-1992 |
低中壓鍋爐用無縫鋼管 高壓鍋爐用無縫鋼管 鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管 高壓鍋爐用內(nèi)螺紋無縫鋼管(正在報批) 直縫電焊鋼管 |
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鍋爐 鋼板 |
通用標準 |
GB/T247-1997 GB/T14977-1994 GB/T708-1988 GB/T709-1988 |
鋼板和鋼帶檢驗、包裝、標志及質(zhì)量證明書的一般規(guī)定 熱軋鋼板表面質(zhì)量的一般要求 冷軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差 熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差 |
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產(chǎn)品標準 |
GB713-1997 GB6654-1996 GB/T710-1991 GB/T711-1988 GB/T13237-1991 GB/T912-1989 GB/T3274-1988 GB/T11253-1989 GB/T2518-2004 GB/T5213-2001 GB/T3280-1992 GB/T4237-1992 GB/T4238-1992 |
鍋爐用鋼板 壓力容器用鋼板 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和寬鋼帶 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板和鋼帶 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板及鋼帶 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板及鋼帶 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板及鋼帶 連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板和鋼帶 深沖壓用冷軋薄鋼板及鋼帶 不銹鋼冷軋鋼板 不銹鋼熱軋鋼板 耐熱鋼板 |
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型鋼 |
通用標準 |
GB/T2101-1989 |
型鋼驗收、包裝、標志及質(zhì)量證明書的一般規(guī)定 |
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產(chǎn)品標準 |
GB/T11263-1998 YB/3301-1992 GB/T706-1988 GB/T707-1988 GB/T704-1988 GB/T9787-1988 GB/T9788-1988 |
熱軋H型鋼和剖分T型鋼 焊接H型鋼 熱軋工字鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 熱軋槽鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 熱軋扁鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 熱軋等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 熱軋不等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 |
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吊桿圓鋼 |
產(chǎn)品標準 |
GB/T702-1986 GB/T905-1994 GB/T908-1987 GB/T1220-1992 GB/T1221-1992 |
熱軋圓鋼和方鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 冷拉圓鋼、方鋼、六角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 鍛制圓鋼和方鋼尺寸、外形、重量及允許偏差 不銹鋼棒 耐熱鋼棒 |
二.標準體系與美國ASME標準
我國GB鋼材標準是在計劃經(jīng)濟體制下,以供方為主編制的鋼材質(zhì)量標準,以反映鋼材生產(chǎn)廠的要求為主。鍋爐壓力容器標準中引用了其中部分內(nèi)容,但鋼材標準不能全面地反映鋼材使用者的要求。而ASME鋼材標準是在市場經(jīng)濟模式下,由供需雙方共同編制,且以反映鋼材使用者的要求為主的標準,同時也是壓力容器規(guī)范的一個組成部分。即使如此,在使用ASME鋼材標準時,一般均有用戶采購技術(shù)規(guī)范進行補充、完善。ASME鋼材標準不僅是鋼材生產(chǎn)部門的質(zhì)量標準,而且是鋼材使用單位(設(shè)計、制造、檢驗)在選用、采購、驗收、檢驗、加工時的依據(jù)。正因為如此,鋼材標準的內(nèi)容遠遠超過了國內(nèi)的鋼材標準,成為鍋爐壓力容器規(guī)范不可缺少的一部分。
三.產(chǎn)品標準與安全
鍋爐用鋼的選擇、制造、采購、驗收等環(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。
1.鍋爐鋼板標準
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,將會造成嚴重的損失。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,并在材料標準的技術(shù)條款中給予嚴格的規(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、銅等殘余元素有嚴格的控制;冶煉時還應(yīng)進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級之間);對表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷也有嚴格的要求;此外常溫和高溫力學(xué)性能必須保證。在GB713-1997《鍋爐用鋼板》標準中明確規(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。
室溫及中溫(蠕變溫度以下)用鍋爐鋼板,大多采用碳素鋼,包括碳鋼、碳錳鋼、碳錳硅鋼等,即GB713-1997《鍋爐用鋼板》中的20g、22Mng、16Mng、19Mng鋼,以及ASME SA-515/SA-515M《中高溫壓力容器用碳鋼板》、SA-299/SA-299M《壓力容器用碳錳硅鋼板》等。主要用于制造鍋爐的鍋筒、中溫以下集箱端蓋等承壓部件。要求其應(yīng)具有較高的室溫強度;良好的沖擊韌性和較低的缺口敏感性;由于鍋筒等部件在加工時需要大量的冷變形,因此還要具有良好的時效韌性;另外還要具備良好的加工工藝性和焊接性能;以及良好的低倍組織等。
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個牌號,可以滿足亞臨界以下火電機組鍋爐中汽包鍋筒、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中牌號只有2個。其中15CrMog最高使用溫度為550℃,12Cr1MoVg最高使用溫度為565℃。而目前超臨界火電機組鍋爐中的高溫過熱器和再熱器集箱等部件的金屬壁溫已經(jīng)達到600℃以上,預(yù)計標準修訂過程中將考慮把ASME標準中那些可以使用在600℃及以上的材料SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122等,納入我國的鍋爐用鋼板標準,以適應(yīng)超臨界火電機組鍋爐技術(shù)的發(fā)展,提升我國冶金和機電產(chǎn)品的整體水平。
GB713-1997《鍋爐用鋼板》標準規(guī)定:對厚度大于20mm的鋼板可進行高溫拉伸試驗,試驗溫度從200℃~450℃與高溫規(guī)定殘余伸長應(yīng)力的最小值也有一定的要求,針對產(chǎn)品質(zhì)量邁出了更高的一步。
2.鍋爐鋼管標準
鋼管標準在一定程度上發(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)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標的實現(xiàn)。我國制定的大部分鋼管標準通常是規(guī)定了產(chǎn)品品種、規(guī)格技術(shù)要求、質(zhì)量性能指標、試驗檢驗方法、判定規(guī)則等內(nèi)容,是產(chǎn)品合格與否的依據(jù),是產(chǎn)品能否獲得市場準入的關(guān)鍵。
我國的鋼管標準體系分基礎(chǔ)標準:一是GB/T2102標準,該標準規(guī)定了包括無縫鋼管、焊接鋼管的驗收、包裝、標志和質(zhì)量證明書的內(nèi)容;二是GB/T 17395標準,該標準規(guī)定了無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差等內(nèi)容、適用于各個與鋼管有關(guān)的各個領(lǐng)域的一般規(guī)定,具有普遍的實際應(yīng)用意義。鋼管標準體系還分為: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)量指標要求等標準,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)品標準質(zhì)量關(guān)聯(lián)的標準有:反映鋼管產(chǎn)品制造和質(zhì)量性能相關(guān)的試驗方法的各種測試方法標準,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,包括GB/T228、GB/T229、GB/T4338、GB/T17104標準;工藝性能試驗有:金屬管液壓試驗、擴口試驗方法、彎曲試驗方法、卷邊試驗方法、壓扁試驗方法等5項,包括GB/T241、GB/T242、GB/T244、GB/T245、GB/T246標準;無損探傷檢測有:鋼管超聲波探傷檢驗方法、渦流探傷檢驗方法、漏磁探傷檢驗方法以及用于確認焊接水壓密實性的超聲波探傷檢驗方法等4項,包括GB/T5777、GB/T7735、GB/T12606、GB/T18256標準。
我國鍋爐壓力容器鋼管標準近年正在陸續(xù)修訂。GB5310高壓鍋爐管標準已于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-210 A1),25MnG(SA-210C),20MoG(SA-209T1a),12CrMoG(SA-213 T2),12Cr2MoG(SA-213T22),10Cr9Mo1VNb(SA-213T91)等6種新的碳鋼管和鐵素體管,還有1Cr18Ni9(SA-213 TP304H),1Cr19Ni11Nb(SA-213 TP347H)兩種奧氏體鋼管子。這8種鋼管材料原本都是引進技術(shù)考核機組上原設(shè)計所用的ASME材料。GB5310-95代表了我國材料標準與國際接軌的方向。
在GB5310-95標準中還強制要求對成品鋼管進行超聲波和渦流兩種無損探傷檢驗方法,從而保證鋼管質(zhì)量達到設(shè)計要求。
3.不銹鋼管標準
火電機組三大主機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)濟性。
過熱器與再熱器所用的管子材料,其蠕變強度必須足夠高,在其運行的壓力與溫度范圍內(nèi),有充足的安全裕度,同時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620℃以上時,一般選用奧氏體不銹鋼管。奧氏體不銹鋼管主要應(yīng)用在過熱器/再熱器管的出口段。在這一管段,除了蠕變強度外,抗蒸汽氧化和煙氣腐蝕成為重要考慮的因素。
目前有關(guān)鍋爐用的奧氏體不銹鋼管的標準主要有兩個,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》中列入了兩個奧氏體不銹鋼管牌號,它們是1Cr18Ni9和1Cr18Ni11Nb,相當(dāng)于美國ASMESA213中的TP304和TP347級別。TP304容易被敏化的缺點,已經(jīng)逐漸被鍋爐行業(yè)排除出主力鋼種之列。在SA213標準中,有TP347、TP347H和TP347HFG等多個級別,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,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準,使產(chǎn)品質(zhì)量也達到鍋爐行業(yè)的要求。
四.檢驗標準與安全
一般來說,工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼均會產(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,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、化工儲罐、鍋爐、儲水裝置等大型結(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械構(gòu)件影響的重要性,例如有些電廠用戶特別強調(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。因此認識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。這是因為材料的尺寸愈大,內(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輸、安裝、檢修、水壓等。例如安裝或檢修后水壓試驗的用水溫度,規(guī)定應(yīng)不低于大氣的露點溫度,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,缺陷處的裂紋愈尖銳,應(yīng)力集中愈嚴重,冷脆轉(zhuǎn)變溫度也愈高。在實驗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)變的評定
材料在溫度變化時的冷脆轉(zhuǎn)變趨勢,可以通過測定其冷脆轉(zhuǎn)變溫度來進行評定。工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼均會產(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。
實驗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)的國家標準規(guī)定,國際上例如美國ASTM標準等,也有相關(guān)的規(guī)定。表2所示是常用的一些冷脆轉(zhuǎn)變溫度測定的試驗方法,其中應(yīng)用比較廣泛的有沖擊試驗斷口形貌法和落錘試驗法等。
表2 常用測定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度的試驗方法
試驗方法 |
標記 |
試驗標準 |
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沖擊試驗 |
能量準則法 |
ETTn |
金屬夏比缺口沖擊試驗方法 金屬夏比沖擊斷口測定法 |
GB/T229 GB/T12778 |
斷口形貌法 |
FATTn |
|||
膨脹法 |
LETT |
|||
落錘試驗 |
落錘試驗法 |
NDT |
鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度 落錘試驗方法 |
GB/T6803 |
ASTM E208 |
||||
落錘撕裂試驗 |
SA% |
鐵素體鋼落錘撕裂試驗方法 |
GB/T8363 |
從表2可以看出:GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》、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)變溫度落錘試驗方法》等標準均采用不同試驗方法測定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度。實踐證明冷脆轉(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。因為冷脆轉(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。任何一個環(huán)節(jié)上的失誤都會導(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)鍋爐運行一段時間后,通過材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度的變化情況,還可以幫助預(yù)測鍋爐的運行壽命。因此在GB713當(dāng)中,應(yīng)將落錘試驗或系列沖擊試驗,以及鉻鉬鋼的硬度試驗等作為協(xié)議條款給出,方便用戶在不同的使用條件下進行選擇。
評定材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度的許多方法中,有些方法比較容易實現(xiàn),過程也并不復(fù)雜(如沖擊試驗的斷口形貌法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
二十一世紀初期,世界發(fā)電行業(yè)在發(fā)展進程中所面臨的幾個技術(shù)熱點,即:①大型燃煤蒸汽輪機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“燃氣—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“燃氣-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獨立發(fā)電站(IPP)的興起和擴大使用。這些技術(shù)進步將改變世界發(fā)電行業(yè)的格局。“高效、潔凈、經(jīng)濟、可靠、安全”的方針將得到更全面的體現(xiàn)。
鍋爐壓力容器標準的技術(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)濟性和市場競爭力也有重要影響。
我國的鍋爐壓力容器標準在技術(shù)內(nèi)容上既參照了國外先進國家標準的相應(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)標準所提出的相關(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、制造和檢驗等各個環(huán)節(jié),以保障其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)及使用安全。因此,鍋爐壓力容器標準與安全監(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)量標準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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