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钢以及焊接工艺在当前锅炉与管道中的应用要求

摘要：现在环境保护成了各行各业的主流思想，人们为了降低

能耗以及降低对环境的污染程度，最大程度的采取一切措施。在管

道以及锅炉领域环保理念也越来越深入人心，这也是为了适应时代

要求。文章通过对相关的事例以及数据进行分析，针对国内外在锅

炉和管道在选材和焊接的工艺两方面进行了分析，以对新形势新要

求进行了阐释。

关键词：选材；锅炉；管道；要求

1用钢方面的新要求

1.1趋势

用钢的主要领域在压力容器以及锅炉和管道，其中锅炉在用钢上

的发展速度最快。尤其是近十年间，由于能源危机的影响，作为火

力发电的主要燃料——煤炭的供应越来越紧张，因此能耗的降低不

仅仅是我国的需要，在世界范围内都成为了主流思想。而能耗的高

低则是和锅炉的燃烧效率有关。锅炉的效率每高出五个百分比，可

以减少15%的燃料消耗，而影响锅炉效率的主要因素就是运行参数，

主要有蒸汽的温度以及压力。目前在世界上热效率最高的锅炉达到

了50%。

并且，需要强调的是，锅炉的效率提高有利于大气的保护，这主

要是效率的提高会对煤烟的排放产生影响，主要表现在硫化物以及

二氧化碳的排放量的下降。因此，从保护大气的角度考虑，提高工

作参数的设计，在特超临界的锅炉生产中也是一种必然的发展方

向。

蒸汽参数提高会影响的是锅炉的内部压力，而受压的部件则是直

接受到作用的。其因此，在临街以及特超临界的工作状态下，锅炉

内部的主要部件，像是过热器、再热器以及膜式水冷壁、蒸汽的主

管道以及出口集箱在温度上都已经达到了钢材发生蠕变的范围。这

些部件所使用的钢材，在所设计的规定温度中除了要有足够强的蠕

变性之外，还应当具有抗氧化以及耐腐蚀和成型以及焊接性。

从锅炉主要部件用钢的发展阶段来看，即便是工作温度相对较底

的水冷壁部件，也必须采用铬含量大于2%的cr-mo钢或多组元的

crmovtib钢。按现行的锅炉制造规程，这类低合金钢，当管壁厚度

超过规定的界限时，焊后必须进行热处理。由于膜式水冷壁的外形

尺寸相当大，工件长度一般超过30m，焊后热处理不仅延长了生产

周期，而且大大提高了制造成本。

在特超临界的蒸气参数下，当蒸气温度达到700℃，蒸气压力超

过370bar时，水冷壁的壁温可能超过600℃。在这种条件下，必须

采用9%cr或12%cr马氏体耐热钢。

对于锅炉过热器和再热器高温部件，在超临界和特超临界蒸汽参

数下，其工作温度范围为560～650℃。在低温段通常采用9～12%cr

钢，从高温耐蚀性角度考虑，最好选用12%cr钢。在600℃以上的

高温段，则必须采用奥氏体铬镍高合金耐热钢。根据近期的研究成

果，对于高温段过热器和再热器管件，为保证足够高的高温耐蚀性

和抗氧化性，应当选用铬含量大于20%的奥氏体钢，例如

25cr-20ninbn（hr3c），23cr-18nicuwnbn（save25），22cr-15ninbn

（tempaloya-3），和20cr-25nimonbti（nf709）等。

在相当高的蒸汽参数下（375bar/700℃）下，在过热器出口段，

由于奥氏体钢蠕变强度不足，不能满足要求，而必须采用镍基合金，

如alloy617。

现代奥氏体耐热钢与传统的奥氏体耐热钢相比，其最大特点是含

有多组元的碳化物强化元素，从而在很大程度上提高了钢材的蠕变

强度。

对于超临界锅炉机组的高压出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件

主要采用改进型的9-12%cr马氏体铬钢。

9～12%马氏体铬钢的发展规律与前述的奥氏体耐热钢相似，即从

最原始的cr-mo二元合金向多组元合金演变，其主攻方向是尽可能

提高钢材的高温蠕变强度，减薄厚壁部件的壁厚，以简化制造工艺

和降低制造成本。上述钢种由于严格控制了碳、硫、磷含量，焊接

性明显改善。在国外超临界和特临界锅炉已逐步推广应用，取得了

可观的经济效益。

1.2管道用钢的趋势

管道用钢的发展在很多方面与前述的锅炉用钢相似。实际上很多

钢种和钢号都是相同的，其中只有输气管线用钢可以认为是独立的

分支。近10年来，输送管线的工作应力已从40bar提高到100bar，

甚至更高。最近台湾省建造了一座1600mw抽水蓄能电站，其