锅炉用材基本知识

锅炉用材基本知识川润动力设计部内部交流

96年版《安规》用较大的篇幅（第21条~第33条共23条），对锅炉用材的方方面面作了具体的规定和说明。而设计部无论什么专业设计室的设计人员，都必然和这种或哪种材料打交道，因此，理应对锅炉用材有所熟悉和了解。材料选用1.选材依据锅炉要能长期、安全、稳定地运行，选用材料，尤其是受压件选材，十分重要，必须根据有关计算（如热力计算，汽水阻力计算，管壁金属温度计算等）的计算结果，正确选用。在这些计算中，对选材影响最大的是壁温计算和强度计算，前者决定管子的材料种类，即计算壁温必须小于所选材料的许用温度，是选碳钢或是合金钢，是低合金还是热强钢。后者决定管子的壁厚，就是取用壁厚必须大于等于最小需要壁厚（一般都是大于）。2.选材原则(1)安全可靠性：根据元件的工作环境，工作状态、工作参数（如压力、温度、工作介质）等因素，并考虑它们同时作用时的最苛刻的条件之组合。(2)经济合理性：在满足(1)条的前提下，对选用壁厚能薄则薄；对选材等级能低则低。(3)尽可能的考虑材料的工艺性能：如热处理、焊接等。(4)选用的材料应符合有关法规、标准的规定：如受压件必须是镇静钢，必须是一级抗氧化性，壁温必须低于许用温度等。二．材料采购材料采购是由物资采购管理部门完成的,虽然与设计的关系不是十分密切,但仍有不可分割的关系.1.采购依据材料采购的依据是设计处提供的材料初估清单,一台锅炉所需要的主要材料,必须在清单中完整的反映出来,必须尽最大努力,做到材质准确、规格准确、要求明确，尤其是新开发设计的锅炉，更应加倍细心。应特别提出一点，材料采购部门常是按重量进行采购的，一般要在5吨以上，但对于那些重量不重，生产周期长，需要外协的材料、产品、坯料等，也应在材料初估清单中反映出来。若用材有变，应及时通知有关部门。2.采购方式如何采购材料，本与设计是毫不相干的事，但工厂的一些现实情况，又牵扯到一起。管材按定尺长度采购还是其他采购方式。如采用定尺采购，就要求同型锅炉的同类组件，在管子规格、材料相同时，设计分段长度要一样。这对于大容量机组锅炉的过热器、再热器的垂直管屏是难以办到的，因它们的材料分段是由壁温计算结果决定的，显然，难以做到长度一样。水冷壁、包墙虽然都是碳钢，但要受门孔，刚性梁等结构的影响，按定尺长度设计这些管屏也非易事。但对对材料采购方式有所了解，于设计人员并无害处。（1）按普通长度就是供货长度在一规定的长度范围内，就是有长有短，且允许有部分短尺（但规定不超过每批订货重量的10%），短尺长度也不是随意的短，如规定为（2.5~4）m.（2）按定尺长度就是需方提出的长度要求,供方若同意(即办得到),则双方签订合同,交货状态则须按此长度。（3）按倍尺长度就是按需方要求，合同中规定的交货长度必须是某一长度的整数倍（并另加切口）。分析以上三种采购方式不难看出：后两种方式是需方按实际使用情况提出的，显然可以减少料头损失，提高材料的利用率，但订货价格是：倍尺长度>定尺长度>普通长度.因此，是否能达到降本增效的目的，只能用计算比较的结果说话。这只是问题的一个方面，还有较为重要的方面——管理。如果管理跟不上，即使按定尺长度订货，也同样达不到降本增效的目的。某工程按用户的要求，燃烧器区域的水冷壁管不允许拼接，为此，供应部门专门采购了长度为18米的管子30根，但在车间却将几根长管切成短料用了。在分包工程中，也有类似情况发生。可见，向管理要效益绝不是一句空话。（4）国外采购方式欧美国家的采购方式与我厂现在的采购方式大不一样，主要有两个方面：一是我们按重量，他们按定尺长度×根数（每个分组件或小分组件，按实际结构筛选出几种长度，分别求出根数，并给出数根作余量）；二是我们按平均（或公称）壁厚，而他们则按强度计算所得的最小壁厚。由于有这些采购上的区别，加上管理上的差异，可以肯定地说，我们在材料利用率，钢材消耗量方面要比老外差，更重要的是：用材情况不清，如某容量等级的锅炉的钢材耗量究竟是多少？受压件用材多少？结构件用材多少？碳钢多少？合金钢多少？不锈钢多少？等等，谁也说不清楚，都是一笔糊涂账。三．材料代用一台锅炉所涉及的材料,不仅种类很多,而且规格繁杂,如一台300MW级锅炉,就有789种规格、材质、150多万个零件，重量达8000吨左右，设计图纸上的材料往往不能如愿以偿地全部采购到位，尤其是非受压件材料及部分受压件数量较小的材料更是如此。因此，每个设计人员须明白一个事实，材料代用是不可避免的。尽管如此，材料代用仍需谨慎，须牢记以下三点，才能确保万无一失。（1）一般原则材料相似时，以优代劣；材质相同时，以厚代薄。按此原则进行材料代用，安全可靠性一般不应存在问题。（2）考虑材料的综合性能必须牢记，强度是考虑材料是否可以代用的首要因素，但不是唯一因素，有时还需考虑刚度、柔性等带来的影响。如某工程，高再内圈管的爆管，除材料本身（12Gr2MoWVTIB）有严重缺陷外,也不能不认为与180°弯头为Φ60×8，壁厚太厚有关。壁厚太厚，刚度就大，膨胀就会受到某种约束，随着时间的推移，与之相接的管子Φ60×4在接头这个薄弱部位发生爆管，是完全有可能的。可见，有时管子壁厚太厚不一定是好事。如果以厚代薄的管子出现在水冷壁系统，除应校核水循环的可靠性外,对于超高压及其以上的锅炉,燃烧器区域的热流密度一般都很高,还应按GB9222要求,校核代用管的壁厚是否满足。当大面积的以厚代薄出现在再热器受热面时，将导致其阻力的增加，而再热器系统的阻力，用户要求都很高，更不可贸然行事。（3）结构上应允许材料代用时，除上述两点外，还必须仔细查阅图纸。一是如果可以代用，要确定是否涉及相关图纸的相应改动；二是结构上可不可以代用?。如某台锅炉的受热面，其结构为Φ50×4，节距S=50.8，要求用Φ51×4的管子代用，这显然是不能同意的。因为根据结构，前者的管间净间隙，即使不考虑管子外径的正偏差（按我国标准，12Gr1MoVG的Φ51×3.5~Φ60×8的管子的正偏差,冷拔管为0.8%，热轧管为1%），理论上也只有0.8。若以Φ51×4的管子代用Φ50×4，理论上就碰了0.2。但竟同意了，结果带来了很多麻烦事。失误的原因就是结构不熟（或根本不了解），又未查图所致。四．材料性能材料性能涉及的内容很广泛，它包括化学成分、物理性能、力学性能、抗高温氧化性能，抗温度交变引起的热疲劳的性能、抗腐蚀性能、焊接性能、热加工性能等等。作为一名锅炉设计人员，不是要去研究这些性能，而是应了解甚至熟悉这些性能对锅炉的制造和使用性能的影响，明白或熟悉各种材料可以应用到什么场合，懂得如何正确的合理的选用材料等等。上述种种材料性能，在一般的技术资料中大部分可以查阅到，故不在此赘述。下面仅介绍材料的诸多性能中的抗氧化性能和焊接性能。结构设计时，应对此有所了解，才能使设计更加合理。1．抗氧化性能（1）氧化腐蚀的产生锅炉受热面，尤其是高温过热器和高温再热器，在高温烟气氛围下长期工作，管子外壁便可能会受到氧化腐蚀称作氧化。在氧化过程中，管子外壁形成氧化膜，氧化膜有疏松和`紧密两种，疏松的氧化膜容易脱落，使管子外壁重新氧化，周而复始，从而使管壁减薄，强度降低，钢材阻止氧化发展的能力就是抗氧化性。（2）影响氧化腐蚀的主要因素温度：烟气温度越高，氧化越厉害。每种管材都存在这样一个外壁温度（用twb表示），在该温度下，氧化稳定，在该温度以上，氧化会加剧，这个温度称为抗氧化温度（可用tk表示）。当twb≤tk时，管材外壁的氧化速度R则在允许范围内；而当twb>tk时，R可能急剧增大。此时必须采取可靠措施，要么材料升挡；要么降低twb（如调整流量分配，以增大质量流速；或改变结构）；要么降低使用寿命。常用的几种受热面管材的抗氧化温度（tk）及氧化腐蚀速度（R）如下表。

20G16Mo(15Mo3)12CrMo15CrMoG12Cr1MoVG12MoVWBSi×t（无铬8号）12Cr2MoWVTiB(G102)13Cr3MoVSiTiB(П11)Tk（℃）480530（500）540550580600*580600*600620*600650*R（mm/Y）

0.05[1]0.098[2]0.13[1]0.22[2]0.035[1]0.088[2]0.113[1]0.15[2]0.083[2]<0.1[1][2]0.06[1]0.009[2]0.12注：1、当tk达到带*号的温度时，强度计算时必须考虑氧化损失；2、空缺的R暂未查到有关数据，但tk只要不高于表列数据，完全可以长期安全使用；3、R值（介质为空气）后[]内的数值为参考文献号：(见文末)4、13Cr3MoVSiTiB的R，620℃时仍为0.009。时间：时间越长，氧化腐蚀将随之增大，直至最后剩余壁厚小于最小需要壁厚；氧化膜的化学成分及物理性能：若氧化膜保护层的熔点高，生成热愈大和分解压力愈小，则氧化膜保护能力愈强，金属抗氧化性愈稳定；钢材化学成分：铬、硅、铝等是耐热钢形成稳定氧化膜保护层的主要元素。（3）抗氧化性的分级：为了定量地反映钢材的抗氧化性，评定钢材在氧化性介质中的氧化腐蚀，可用重量变化指标、腐蚀速度指标、体积指标及腐蚀渗蚀度几个指标。这些指标都是均匀氧化过程，应用最广的是腐蚀速度R，并按钢材在tk下的R值，将钢材的抗氧化性进行分级，见表2。锅炉受压件，尤其是高温对流受热面，只允许采用1级。受热面固定装置等结构用钢材，一般由于不承载、不承压，所处位置的烟温水平，若小于或等于该钢材的最高使用温度（表1中不带*号的tk），肯定不会有什么问题，若稍高于最高使用温度，而又没有其他更好的材料可供选择，也可采用2级，关于固定装置等的结构用材，《安规》未作规定和说明。抗氧化性分级级别腐蚀速度R（mm/Y）抗氧化性分类1≤0.1完全抗氧化性2>0.1~1.0抗氧化性3>1.0~3.0次抗氧化性4>3.0~10.0弱抗氧化性5>10.0不抗氧化性

2.焊接性能锅炉各零件之间的连接方式有焊接、胀接、铆接、栓接，但受压件最主要的连接方式则为焊接。因此，对钢材的焊接性能应有一个粗略的了解。所谓焊接性能，主要指通常所说的可焊性，用可焊性的好或差，来反映零件在焊接过程中，或焊接工作完成后，淬硬倾向或产生裂纹的倾向性的弱与强。设计人员了解可焊性的目的是：你所设计的产品中，两种材料的可焊性应尽可能接近。钢材可焊性的好或差，主要取决于钢材的化学成分。（1）化学成分对钢材焊接性能的影响锅炉受压件用材主要有两大类。一类是碳钢，它用于中、低压以下参数锅炉各组件、高压及高压以上锅炉的水系统、过热器及再热器系统的低温段。这类钢以铁为基体，含有C、Mn（Mn≤0.65%时，不属于合金元素，当Mn>1.0%时，则视为合金元素）、Si、S、P五种元素，可焊性一般都很好。另一类是合金钢，用于中参数锅炉过热器高温段、高压及高压以上锅炉的过热器和再热系统的中高温段（壁再也用）。这类钢除含上述元素外，常需加入Mo、Cr、V、W、Ti、Ni、Nb等合金元素中的某些元素，以期得到我们所需要的某些主要性能。毫无疑问，合金元素的加入，会对钢材的焊接性能产生影响。钢材中各种化学成分对可焊性的影响，可归结为五类。有利：如Ti、Nb、Ni及稀土元素Ti及Nb：能减弱钢材在焊接过程中的淬硬倾向，改善焊接性能；Ni：钢材中含Ni，可使淬硬倾向减小；稀土元素：稀土元素共有17种。在我国，若在钢材中加入了某种稀土元素（常在钢材牌号末尾加Re或×t，如12MoVWBSi×t）后，对热强性，持久塑性均起有利作用，且能改善焊接性能。有利有害：如Mn、VMn：含量小于1.0%时，对焊接性能影响不大；含量适中时，可提高焊接性能；过量时，会增加金属淬硬倾向和晶粒长大倾向，明显降低可焊性，故一般控制在（1.1~1.5）%范围内，为保证良好的焊接性能，Mn含量大时，应适当降低含碳量；V：含量适中时，能细化焊缝金属的铸态组织和防止近缝区晶粒的过分长大，故能改善低合金钢的焊接性能。过量时，将增大焊后热影响区的淬硬倾向。有害无利：如Si、W、Mo、CrSi：能使焊缝中产生较大的硅酸盐类杂物，影响焊缝塑性，甚至可能产生裂纹； W、Mo：能增加热影响区的淬硬倾向，易产生裂纹； Cr：能提高钢的淬透性，使得在焊缝及热影响区易出现淬硬组织，甚至引起焊缝裂纹。过量有害：如Ｃ含碳量增加，会使强度及硬度明显增加，但同时也使钢材的塑性及韧性明显下降，可焊性也随含碳量的增加而明显下降。因此，锅炉用碳钢管材，含碳量常限制在0.30%以下，合金钢管应更少。影响甚微：如Ｓ、Ｐ、Ｃu这三种元素一般都不是人为加入的，Ｓ、Ｐ是在冶炼时，从矿石、燃料中带入的，而后又不能完全去除而残留于钢中；Ｃu则是用含Ｃu的铁矿石炼铁、炼钢时，Ｃu无法去除，必残留于钢中，但它们在钢材中含量甚微（小于等于0.035%），不构成对焊接性能的影响。此外，在加合金元素时，各元素间的搭配也是十分重要的，若配比不当，也会影响钢材的可焊性。如：1966年，英国某电厂；1969年德国某电厂，锅筒在水压时就因产生再热裂纹而发生爆破事故。经分析查明，事故是由钢材中的V引起的。英国在采取合理控制Ducolw-30钢板中V含量（控制在0.04~0.06%）的措施后，问题得到解决。德国也对BHW38进行了改良，去掉了钒，加入了微量的铌，便成了如今广为使用的锅筒用钢BHW35（13MnNiMo54）。（2）可焊性的评估——碳当量（Cd）为了得到我们所需用钢材的某些（或某种）性能，在研制过程中必须加入某些合金元素，即使是它们对焊接性能有不利影响也不会例外。因为焊接过程中或焊后可能产生的淬硬、裂纹等问题，可以通过适当的焊接方法、预热、焊后热处理等加以解决。为综合考虑各合金元素对焊接性能的影响，常用碳当量（即将各合金元素的作用折合成碳的作用）来粗略地评估钢材的可焊性等。碳当量的计算公式很多，如屈服极限碳当量，强度极限碳当量、延伸率碳当量等等，现列举如下。锅炉受压件焊接技术条件推荐的碳当量计算式Cd=C+Mo/4+(Cr+V)/5+Mn/6+Ni/15【1】国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算式[主要适用于非调质低合金中、高热强钢（σb=500~900MPa）也适用于含碳量偏高（≥0.18%）的钢种]Ceg=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15【2】以上两算式对可焊性的评估是一样的，即Cd(Ceg)<0.4时，可焊性好；Cd(Ceg)=0.4~0.6时，可焊性较差；Cd(Ceg)>0.6时，难焊。对可焊性较差及难焊的钢材，焊接过程中应根据钢材的具体情况，采取相应的措施，如预热、后热热处理、消氢等。钢材的可焊性还受壁厚、焊后应力条件等的影响。屈服极限碳当量Cs=C+Mn/5+(Si+Cu)/7+Ni/20+0×Cr+Mo/2+1.1V【3】由Cs估算的钢材屈服极限为σS=(375×Cs+168)±40(Mpa)强度极限碳当量 Cb=C+Mn/5+(Si+Cu)/7+Ni/20+Cr/9+Mo/2+V/2【4】由Cb估算的钢材强度极限为σbS=(610×Cb+243)±35(Mpa)延伸率碳当量Cs=C+Mn/9+Si/12+Cu/10+Ni/20+Cr/4+2Mo/5+4V/5【5】由Cs估算的钢材的延伸率为δ=(55.9-51.2Cδ)±4.5(%)【1】【2】式用作可焊性粗估，各化学成分取高限（百分数），【3】【4】【5】式用作钢材力学性能粗估，各化学成分可取平均百分数。（3）异种钢焊接异种钢焊接是焊接性能差异很大(或较大)的两种钢材的焊接,焊接时要采取一些较特殊的措施,这里不作介绍,有兴趣者可向焊接室了解.在平时的接触中,不少同志认为，异种钢焊接是指不同牌号钢材间的焊接，这是很不确切的。当然，异种钢焊接，相焊的两种钢材，其牌号肯定是不同的，但这并不是问题的本质。所谓异种钢焊接，主要是指以下两个方面的含义：

不同晶相组织的钢材之间的焊接；如奥氏体钢与非奥氏体钢等。不同强度等级的钢材之间的焊接；如：碳钢与热强钢、低合金钢与高合金钢等。3.焊接热影响区热影响区的距离或尺寸到底是多少？要搞锅炉设计的人员来回答焊接方面的问题，实在有点勉为其难，但只要通过学习，还是可以有所收获的，下面是有关基本概念。(1)定义靠近焊缝，由于焊接热的影响，而产生组织和性能变化的一段基本金属，称为“焊接热影响区”。焊接热影响区的性能，将对整个焊接接头的性能产生很大影响。(2)热处理特性从某种意义上讲，焊接过程也是焊接接头的热处理过程。常用的结构钢可分为两大类：一是低碳钢（含碳量小于0.25%）和合金元素较少（合金元素总含量小于5%）的普通低合金钢。在一般焊接条件下，淬火倾向较小，故称为“不易淬火钢”，锅炉上绝大多数为此类钢。二是合金元素较多（合金元素总含量5--10%为中合金钢，大于10%为高合金钢）和含碳量较高（含碳量0.25—0.6%为中碳钢，大于0.6%为高碳钢）的钢，其淬火倾向较大，故称“易淬火钢”，这类钢在锅炉上用得较少。(3)焊接热影响区的四个区域①

熔合区：该区很窄，为熔合线附近的焊缝金属到基本金属的过度部分，处于固相线和液相线之间，但对焊接接头的强度、塑性都有很大的影响。在很多情况下，熔合线附近是产生裂纹和局部脆性破坏的起点；②

过热区（粗结晶区）：该区处于固相线以下至1100℃左右，是四个区域中温度范围较大的一个区，冷却后获得晶粒粗大的过热组织，使钢的塑性和韧性大为降低；③

重结晶区（细晶粒区）：该区处于Ac3（上临界点）以上至1100℃左右；由于温度不太高，晶粒未长大，空冷后，得到均匀细小的铁素体和珠光体，相当于热处理时的正火组织，故又称“正火区”。此区是焊接接头综合机械性能最好的部位；④

不完全重结晶区：该区温度范围为Ac1至Ac3，仅部分组织发生相变重结晶，故此区的金属组织不均匀，晶粒大小不一，机械性能也不均匀。（4）影响焊接热影响区大小的因素影响焊接热影响区的因素很多，主要有化学成分，焊接方式、焊接规范、壁厚等。（5）焊接热影响区的平均尺寸由于影响焊接热影响区的因素甚多，因此，要想列出各种材料的焊接热影响区尺寸，将是十分困难的，甚至要准确列出一钢材的热影响区也是不太可能的。因为，众多影响因素中，只要其中一个发生变化，该尺寸就要发生变化。但是，要得到某一种钢材的焊接热影响区的范围值和平均尺寸还是可能的。热影响区平均尺寸表焊接方法各区平均尺寸（mm）总长（mm）过热区重结晶区不完全重结晶区手工电弧焊2.3—3.01.5—2.52.2—3.06.0—8.5埋弧自动焊0.8—1.20.8—1.70.7—1.02.3—4.0电渣焊18--205.0—7.02.0—3.025—30气焊214.02.027.0注：低碳钢相同板厚时，不同焊接方法时的热影响区尺寸。值得一提的是：焊接热影响区对焊接接头的性能影响较大，影响因素又那么多，工艺还曾对设计提出过集箱筒体上管孔最小节距的限制性要求（另据工艺有关人士讲，是为了避免热影响区互相重合，其实，他们考虑更多的还是为了便于施焊），但是，这些限制中的节距，绝大多数是不可能实现的，因为大多数是密集管排。作为一名合格的设计人员，要考虑的：首先是满足安全可靠性，其次是符合国家有关法规，再次是尽可能做到结构的合理性，工艺的要求，只能尽可能考虑，但不能束缚我们的手脚，因为焊接热影响区重合的问题总是可以通过工艺上采取措施加以消除的。五．外材的使用在96年版《安规》的表一~表六中，列出了锅炉受压件用国产材料的有关资料，但外材的使用总是不可避免的。早在七、八十年代，就常出现用日本、西德等国材料代用国产材料的情况，随着锅炉向高参数、大容量发展，直接选用外材的情况明显增多。外材代用也好，选用外材也好，都给我们提出了可否代用？可否选用？中外相应的材料是什么？……等必须解决的问题。对于这类问题，老同志是比较清楚的。但对于新同志来说，有的知之不多，有的则是一片空白，甚至连外材（特别是ASME材料）的牌号都弄不清。因此，对于这些人来说，粗略的了解一些外材方面的情况，对设计工作是有益处的。1.钢材编号方法世界上生产钢材的国家，对自己生产的钢材都有各自的编号方法。现以锅炉受热面用管材的编号方法罗列如下（管道与此极其相似）。（1）中国（GB）：

碳钢管：技术条件+平均含碳量的万分数合金钢管：技术条件+主要合金元素及其平均含量的百分数（首部阿拉佰数字为平均含碳量的万分数，合金元素的平均含量小于1时，不表示）说明：实际应用中，大都不写出技术条件，但中、低锅炉用碳钢必须写出GB3087—xxxx。(2)美国（ASME）技术条件+等级（或级别、或种类）

(3)日本（JIS）1）

碳钢STB+最低抗拉强度；如STB30：STB为SteelTubeBoiler的缩写，30表示最低抗拉强度σb=30kgf/mm2；2）

合金钢管：STBA+合金钢种类；如STBA12：STBA为SteelTubeBoilerAlloy的缩写，12表示为钼钢；3）

不锈钢管：SUS+种类+用途；如SUS29HTB：SUS为SteelUseStainless的缩写；29H表示种类；TB为TubeBoiler的缩写（锅炉用钢管）；(4)德国（DIN）1）

碳钢管：ST+抗拉强度下限；与日本JIS极为相似；2）

低合金钢管：平均含碳量的万分数+合金元素符号（按平均含量由多至少排序），相同时按字母顺序）+合金元素平均含量的百分数×α；系数α按下表：合金元素含量表示方法合金元素αCr、Co、Mn、Ni、Si、W4Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10C、N、P、S100

如：10CrMo910：（C≤0.15%、Cr=2.0~2.5%、Mo=0.9~1.1%)10表示平均含碳量为万分之十（即0.1%）；CrMo排序表示：Cr的平均含量比Mo的平均含量多。910：9为(2+2.5)/2×410为(0.9+1.1)/2×10=103）高合金钢：×+平均含碳量的万分数+合金元素符号（按平均含量由多至少排序）+各合金元素平均含量的百分数（注意不要乘以a，且平均含量小于1%的合金元素不表示）。如×10CrNiTi1892前面的×表示此钢种为高合金钢；×后的10表示此钢材的平均含碳量为万分之十（即0.1%）;CrNiTi表示此钢材中含有Cr、Ni、Ti的平均含量分别为18%9%2%（2）中外管材对照（见下表）部分中外锅炉受压件用管材对照中国（GB）美国（ASME）日本（JIS）德国（DIN）308710或20SA—106AG3461STB3517175St35.8531020GSA—106BG3461STB4217175St45.8/ⅢSA—106CG3461STB521717517Mn4531020GSA—210A1G3461STB4217175St45.8/ⅢSA—210CG3461STB521717517Mn4YB6—7116MoSA—209T1aG3461STBA121717515Mo3YB6—7116MoSA—209T1G3461STBA121717516Mo5——————SA—335P1G3458STPA121717516Mo5——————SA—213T11G3462STBA23——————531012CrMoSA—213T2G3462STBA20——————531012CrMoSA—335P2G3458STPA20——————531015CrMoGSA—213T11及T12G3462STBA22及231717513CrMo44531015CrMoGSA—335P11及P12G3458STPA22及231717513CrMo44531012Cr2MoSA—213T22G3462STBA241717510CrMo910531012Cr2MoSA—335P22G3458STPA241717510CrMo910531012Cr1MoVGSA—213T22①——————1717513CrMoV42531012Cr1MoVGSA—335P22①——————1717513CrMoV42——————SA—213T91Sμpur9Cr(N·K·K)×10CrMoVNb91(×20CrMoV121)531010CrWMoVTiB(G106)SA—213T5G3462STBA25——————53101Cr19Ni9②SA—213TP304HG3462SUS304HTB17440×5CrNi18953101Cr19Ni11Nb②SA—213TP347HG3462SUS347HTB17440×10CrNiN6189[1]×8CrNiN61613[2]注：

①12Cr1MoVG的许用应力比T22和P22高，故前者代后者可以，反之须谨慎，应计算决定；②锅炉受压件从未用过。文献[1]为×10CrNiNb189与1Cr19Ni11Nb对应，而文献[2]为×8CrNiN61613与之对应。国外没有与12Cr2MoWVTiB（G102）对应的管材，但通常都用SA—213T91代用。（3）Tube与Pipe的区别在表4的ASME材料编号里，合金管中出现了T、P、TP。它们是什么含义呢？T、P分别是Tube和Pipe的缩写，但TP并不表示两者兼有，而是表示不锈钢。Tube和Pipe的中文译意都是管子，似乎没有什么区别，但在ASME材料中，两者的区别是很大的，主要有以下五点；从印象上看往往有人认为；Pipe要大些，Tube要小些，其实这是一种错觉。根据美国材料规范Pipe的公称外径最小的仅为1/3″，而Tube的公称外径，在实际应用中最大可达31/2”（88.9）。可见，它们之间的区别，不是大小之别，但从它们的技术条件，立即就会判断出：谁是Pipe，谁是Tube，如目前应用较多的Pipe为SA—335，Tube为SA—213，两者在化学成分，物理性能，力学性能等方面则是一样的。同时，我们也不难发现，只有合金钢管才用Pipe和Tube区分。从用途上Pipe用于集箱、管道等非受热面，Tube则用于受热面。从这个意义上来讲，若将Tube用作Pipe，或将Pipe用作Tube，都将造成结构上的差错，甚至影响锅炉的性能，据说美国人就曾犯过这种错误，将Pipe用作Tube，我们在使用或代用ASME材料时，务必谨慎小心，否则会带来难以解决的麻烦。从公称外径与实际外径关系上Tube与中国一样，公称外径就是实际外径，Pipe则不同，公称外径不一定是实际外径，如3”0.D的Tube，实际外径就是3”，而3”0.D的Pipe实际外径则是31/2”，只有当0.D≥14”时，Pipe的公称外径才与实际外径相等。从表达方式上Tube直接用公称外径×壁厚(或是最小壁厚)表示,这与我国的现行标准是一样的.而Pipe则不同,它用公称外径×规范号表示。.从字面上，公称外径和壁厚都不知道，必须查阅材料规范，才能一清二楚。如4”0.DSCH40（或SCH80、或SCH120、或SCH160、或××S），显然，仅凭这种表示，是无法知道实际的公称外径和壁厚的；查阅材料规范得知，实际的公称外径为41/2”，实际的公称壁厚为0.237”(或0.337”、或0.437”、或0.531”、或0.647”)。这里的SCH为Schedule的缩写，××S为特厚管（×S为加厚管）。从横断面形状上Tube和Pipe在横断面上也是有区别的，这一点可从“动力管道”（B31.1）给Tube和Pipe所下的定义看出。Tube——是一种具有连续周界、圆的或任何其他横截面形状的空心制品；Pipe——是一种具有圆形横截面的管子。六．用材须知在设计中，有一些不大起眼的问题，尽管有关标准都有规定、要求或说明，但仍被有的人忽视，在这里特别提出，以引起应有的关注。钢材的基本许用应力[σ]J用内插法查出的[σ]J,无论小数点后是什么数值都必须舍去；铸钢件的[σ]J，查取的数值应乘以0.7倍；锻钢件的[σ]J;当用型钢锻造时,直接查表(仍须按1所述，舍去小数点后的数值)；当用钢锭锻造时，按表查取的数据舍去小数点后的数值再乘以0.9倍。至于锻钢件是用型钢还是钢锭锻造，设计者必须在施工图提出相应的技术要求，并与强度计算密切配合。以上见GB9222表1有关附注。1.用相应钢号轧制或锻制圆钢加工空心圆筒形管件出于结构和质量上的考虑，应符合以下要求；碳钢管件dw≯100，合金钢管件或管帽类管件dw≯114；加工后的管件应经无损探伤合格管件纵轴线应与圆钢的轴线平行。 以上要求见《安规》表3.3注②2.紧固件用材 对于承载的吊杆，通常都是据荷载、工作状态等选取符合紧固件各方面要求的材料。但不少人却忽视了或根本不知道螺栓、螺母用材应匹配的要求，要求如下： 螺栓在工作温度下，应具有一定的抗氧化性，以防止螺栓一螺母之间咬死，为避免咬死现象发生，螺母材料一般应比螺栓材料低一级，且两者采用不同的钢号，一般规定是螺母材料的硬度要比螺栓材料的硬度低（20~40）HB。3.管接头用材这里所说的管接头用材与强度无关,主要是制造工艺和采靠国际标准的问题.材质为12Cr1MoVG的集箱和和管道上，不能用12Cr2MoWVTiB和20G的管接头；材质为20G的集箱或连接管上，不能用12Cr1MoVG和12Cr2MoWVTiB的管接头；集箱和连接管上不与受热面相连的管接头，其最小管壁厚S1应满足下式要求；S1≥0.04dw+2.5 GB9222的2.10.4及3.9.3条也有此规定或要求,这里还需特别指出；S1是指管接头的最小壁厚，而不是取用壁厚（或公称壁厚）S。根据文字的含义，是考虑壁厚负偏差后的壁厚。按我国的管材制造技术条件，这类管接头的壁厚负偏差绝大多数为10%，因此，S1=0.9S≥0.04dw+2.5，厂标中部分不满足，就是错将S当作S1所致。4.20g的应用.-各种结构的用材都是有原则的，要做到用材正确、合理，就必须对锅炉各组件的结构、工作原理、工作条件等有足够多的了解。现在的情况是：正确选材一般都能做到，但合理选材有一些问题，原因是存在以下误区：误区一：材料档次宁高勿低；（按：保守、不是高档就一定好）误区二：管壁厚度宁厚勿薄；（按：保守，不是越厚越好，也不是越厚越安全）误区三：过去的工程，选材都是正确的、合理的；（按：不一定，不要盲从，要动脑筋）误区四：20g是锅炉用钢板，故锅炉各组件都必须用它：（按：对标准不熟）……20g钢板应用不合理就是其中一例。在GB9222中，与其他管材一样，从表1可查出在不同计算壁温下的[σ]j（结构件要[σ]j干啥？）从96年版《安规》的表3—1中，还可查到20g的适用范围（工作压力、温度）一个是标准，一个是法规，都明白无误地告诉我们：20g是受压件（如锅筒筒体）用材。很奇怪，不少人硬将20g当作结构件用钢板。如光管+扁钢焊制膜式壁中的扁钢；集箱支座、管道支架中的钢板等等。凡是结构件中的钢板选用20g的地方，完全可用20（甚至Q—235）钢板。因为，20和20g在化学成分、物理性能、力学性能等方面，基本上是一样的，只是由于20g在某些方面的控制比20严格，故价格高一些而已。8.锅炉常用钢牌号特性及主要应用范围电厂金属材料选用导则(附录AA1-A3表)表A1蒸汽管道、集箱和锅炉受热面钢管常用钢钢号、特性及其主要应用范围钢号与技术条件特性主要应用范围类似钢号20(20G)GB/T699—88GB5310—95该钢具有良好的工艺性能，在530℃以下具有满意的抗氧化性能，但在470℃～480℃高温下长期运行过程中，会发生珠光体球化和石墨化。当HB=137～174时，相对加工性为65%。该钢无回火脆性壁温≤425℃的蒸汽管道、集箱；壁温≤450℃的受热面管子及省煤器管等CT20(ГOCT)、S20C(JIS)1020(SAE，AISI)C22、CK22(DIN)XC18(NF)、N2024(ČSN)St45.8/Ⅲ(DIN)15MoG(15Mo3、16Mo)GB5310—95是成分最简单的低合金热强钢，其热强性和腐蚀稳定性优于碳素钢，而工艺性能仍与碳素钢大致相同。存在的主要问题是，在500℃～550℃长期运行时有产生珠光体球化和石墨化倾向，随其发展会导致钢的蠕变强度和持久强度降低，甚至会导致钢管的脆性断裂。焊接性能良好，焊前需预热，焊后需热处理壁温≤500℃的蒸汽管道；壁温≤530℃的过热器管16M(ЧМТУ)STBA12、STPA12(JIS)A209T1(ASTM)A335P1(ASTM)15Mo3(DIN)15020(ČSN)12CrMoGGB5310—95属低合金耐热钢，在480℃～540℃下具有足够的热强性和组织稳定性，综合性能良好，无热脆性现象壁温≤510℃的蒸汽管道；壁温≤540℃的受热面管子12MX(ГОСТ)T2、P2(ASME、ASTM)12CrMo195(德国)15CD2(法国)15CrMoGGB5310—95该钢正火后的组织为铁素体、贝氏体和部分马氏体，正火、回火后的组织为铁素体、贝氏体和回火马氏体，其冷加工性能和焊接性能良好，无石墨化倾向。在520℃以下，具有较高的持久强度和良好的抗氧化性能，但超过550℃以后，蠕变极限将显著降低。长期在500℃～550℃运行，会发生珠光体球化，使强度下降壁温≤510℃的蒸汽管道、集箱；壁温≤540℃的受热面管子15XM(ЧМТУ)13CrMo44(DIN)T12、P12(ASME、ASTM)STBA22、STPA22(JIS)15121(ČSN)12CrMoVGB/T3077—88在铬钼钢中加入少量的钒，从而可阻止钢在高温下长期使用过程中合金元素钼向碳化物中的转移，提高钢的组织稳定性和热强性。与12Cr1MoV钢相比，钢中的含铬量较低，但在550℃以下，对力学性能和热强性能影响不大，而在高于550℃时，其性能低于12Cr1MoV钢壁温≤540℃的蒸汽管道；壁温≤570℃的过热器管等12ХMФ(ГОСТ4543)15123.9(ČSN)15128(ČSN)14MoV63(DIN17175)

12Cr1MoVGGB5310—95该钢属珠光体热强钢。由于钢中加入了少量的钒，可以降低合金元素(如钼、铬)由铁素体向碳化物中转移的速度，弥散分布的钒的碳化物可以强化铁素体基体。该钢在580℃时仍具有高的热强性和抗氧化性能，并具有高的持久塑性。工艺性能和焊接性能较好，但对热处理规范的敏感性较大，常出现冲击韧性不均匀现象。在500℃～700℃回火时，具有回火脆性现象；长期在高温下运行，会出现珠光体球化以及合金元素向碳化物转移，使热强性能下降壁温≤570℃的受热面管子；壁温≤555℃的集箱和蒸汽管道等12XIM(ГОСТ)13CrMoV42(DIN)15225(ČSN)12Cr1MoV(曼内斯曼钢厂)15Cr1Mo1V(15X1M1Φ)前苏联钢号。与12Cr1MoV钢相比，含钼量有所提高，故热强性能稍高，在450℃～550℃，其持久强度比12Cr1MoV钢高19.6MPa，570℃时高9.8MPa，但持久塑性稍低于12Cr1MoV钢。该钢在570℃以下长期使用时，组织稳定，且具有良好的抗氧化性能。焊接性能与12Cr1MoV钢相当。存在的问题是有些炉号的冲击值低于标准要求，且钢中含有0.013%～0.08%的残铝对钢的热强性能会有不利影响壁温≤580℃的蒸汽管道和集箱A405-61T(ASTM)12Cr2MoGGB5310—95该钢正火后的组织为贝氏体加少量的马氏体，有时有少量铁素体。长期在高温下运行，将会出现碳化物从铁素体基体中析出并聚集长大现象。500℃的蠕变试验结果表明，在蠕变第一阶段结束时，总伸长率约为0.2%；550℃及其以上温度，总伸长率约为1%～2%；钢的持久塑性比较好壁温≤580℃的过热器管、再热器管；壁温≤570℃的蒸汽管道、集箱10CrMo910(BQB、DIN)STBA24、STPA24(JIS)T22、P22(ASME、ASTM)HT8(SANDVIK)12Cr2MoWVTiB(钢102)GB5310—95属贝氏体低合金热强钢。经正火加回火处理后的组织为贝氏体，具有良好的综合力学性能、工艺性能和相当高的持久强度，抗氧化性能较好；组织稳定性好，于620℃经5000h时效后，力学性能无明显变化。用于代替高合金奥氏体铬镍钢壁温≤600℃的过热器管和再热器管12X2MΦCP(TY14-460-75)12Cr3MoVSiTiB(П-11)GB5310—95属贝氏体热强钢。在600℃有足够高的持久强度和抗氧化性能，无热脆倾向，组织稳定性好。回火后冷却速度对钢的性能无明显影响，但回火温度超过710℃以后，持久强度将明显下降。为保证该钢有较好的高温性能，回火温度不宜过高。该钢工艺性能稍差壁温≤600℃的过热器管和再热器管

15NiCuMoNb5(WB36)15NiCuMoNb5(WB36)为德国梯生钢厂、曼内斯曼钢厂和日本住友金属株式会社生产的Ni-Cu-Mo低合金钢。由于钢中含有Cu，因此提高了钢的抗腐蚀性能。该钢具有较高的强度，室温抗拉强度可达610MPa以上，屈服强度≥440MPa，比20号钢高40%，用于锅炉给水管道，可使管壁厚度减薄，从而有利于加工、制造、安装和运行。通常含Cu钢具有红脆性，但由于该钢中加入了较多的Ni，从而消除了红脆性。该钢的焊接性能良好，但不适合冷成形加工壁温≤500℃的大口径(76～660mm)锅炉用厚壁钢管、集箱、锅筒、压力容器等

X20CrMoV121(F12)属12%铬型马氏体热强钢，具有良好的耐热性能，在空气和蒸汽中抗氧化能力可达700℃，但工艺性能较差，在锻造轧制和焊接时易产生裂纹。钢的热强性能低于钢102和П-11钢壁温540℃～560℃的集箱和蒸汽管道，以及壁温达610℃的过热器管和壁温达650℃的再热器管HT9(SANDVIK)1X12B2MΦ(ГОСТ)2X12MΦBP(ГОСТ)X20CrMoWV121(DIN)10Cr5MoWVTiB(G106)属中铬贝氏体钢。具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性和组织稳定性。热强性能较高，且工艺性能良好壁温为630℃～650℃的再热器管STBA25(JIS)T5、T5C(ASME)1Cr9Mo1属马氏体型耐热钢。由于钢中含铬量较高，因此抗氧化和抗腐蚀性能优于低合金钢，但钢的热强性能低于2.25Cr-1Mo、12Cr1MoV钢等。焊接性能差，且有空淬现象壁温≤650℃的再热器管T9、P9(ASME)STBA26、STPA26(JIS)X12CrMo91(德国)HT7(SANDVIK)1Cr9Mo2(HCM9M)HCM9M是9Cr-2Mo型铁素体钢，是日本三菱重工和住友金属株式会社联合研制的。该钢具有高的抗氧化和抗高温蒸汽腐蚀性能，并具有更高的热强性和组织稳定性壁温≤620℃的亚临界、超临界锅炉过热器管、再热器管、集箱和导汽管

10Cr9Mo1VNb(T91、P91)GB5310—95是美国在9Cr-1Mo钢基础上添加微量V、Nb，调整Si、Ni和Al添加量后形成的超9Cr钢。该钢的高温强度优异，在550℃以上，其设计许用应力为T9和2.25Cr-1Mo钢的两倍。与1Cr19Ni9钢相比，其等强(持久强度)温度为625℃，抗氧化和抗蒸汽腐蚀性能与9Cr-1Mo钢相当用于亚临界、超临界锅炉壁温达650℃的过热器管和再热器管，壁温为600℃以下的集箱和蒸汽管道X10CrMoVNb91(DIN17175)TUZ10CDVNb09.01(NFA-49213)1Mn17Cr7MoVNbBZr(17-7MoV)属锰铬型奥氏体热强钢，由于用钼、钒、硼、铌和锆进行综合强化，具有较高的热强性和抗氧化性；时效稳定性良好，于650℃时效8500h后的冲击韧性值仍保持在127.4J/cm2以上，在奥氏体基体上的碳化物颗粒呈均匀弥散分布，未出现σ相。该钢的焊接性能和工艺性能良好。钢中所含锆元素为我国稀有壁温≤680℃的过热器管、再热器管、蒸汽管道和集箱

1Cr18Ni9(304)GB5310—95属各国通用的18-8型铬镍奥氏体不锈热强钢。钢的热强性能、耐腐蚀性能和焊接性能良好，冷变形能力非常高大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃SUS304TB(JIS)SUS304TP(JIS)TP304H(ASME)0Cr17Ni12Mo2(316)TP316HGB13296—91属各国通用的奥氏体不锈热强钢。由于钢中含有2%～3%的钼元素，对各种无机酸、有机酸、碱、盐类的耐腐蚀性和耐点蚀性显著提高。在高温下具有较高的蠕变强度大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃SUS316TB(JIS)SUS316TP(JIS)TP316H(ASME)0Cr18Ni11Ti(321)GB5310—85属用钛稳定的铬镍奥氏体不锈热强钢。与1Cr18Ni9Ti钢相比，由于含有较多的镍，因此，奥氏体组织较稳定，并具有较高的热强性能和持久断裂塑性大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃SUS321TB、SUS321TP(JIS)TP321H(ASME)12X18H12T(ГОСТ)1Cr19Ni11Nb(347)GB5310—95GB13296—91属用铌稳定的铬镍奥氏体不锈热强钢。该钢具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能。热强性能高于18-8型TP304H钢。在碱、海水和很多种酸中都有很好的耐腐蚀性大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃SUS347TB、SUS347TP(JIS)TP347H(ASME)08X18H12Б(ГОСТ)X10CrNiNb189(德国)

表A2锅炉锅筒常用钢钢号、特性及其主要应用范围钢号与技术条件特性主要应用范围类似钢号20g、22gGB713—97YB(T)41—87该钢的塑性、韧性及焊接性能均较好，但对应变时效较为敏感，强度不高，属245MPa强度级别的锅炉钢板，用这种钢制造的锅筒壁厚较厚。该钢板以热轧状态交货，必要时可进行890℃～920℃正火处理低、中压锅炉锅筒20K、22K(ГOCT)SB42、SB46、SB49(JIS)HII(DIN)11474.1(ČSN)12MngGB713—96YB(T)41—87该钢在热轧状态和正火状态下的各种性能均能满足低压锅炉锅筒对钢材性能的要求，而且焊接性能良好，厚度小于16mm的钢板，焊前可不预热。该钢属屈服强度为294MPa级别的普通低合金钢。用于代替20g钢可节约金属约17%，一般情况下，钢板以热轧状态交货，必要时可进行900℃～920℃正火处理工作压力≤5.9MPa的低、中压锅炉锅筒10Г(ГОСТ)13Mn6(DIN)SM21(日本)12MF4(NF)16MngGB713—97YB(T)41—87该钢具有良好的综合力学性能、工艺性能和焊接性能，属屈服强度为343MPa级别的普通低合金钢。该钢的缺口敏感性比碳钢大，疲劳强度较低。一般情况下，钢板以热轧状态交货，必要时可进行900℃～920℃正火处理。经正火处理后可显著提高韧性，并降低脆性转变温度工作压力≤5.9MPa的低、中压锅炉锅筒19Mn5、19Mn6(DIN)SPV36(JIS)16ГС(ГОСТ)17Mn4(DIN)SA299(ASME)19Mn5、19Mn6德国钢号，属屈服强度为300MPa级别的碳锰钢，冶炼、热加工性能及焊接性能均良好，断裂韧性和低循环疲劳性能也较好，有利于降低低应力脆断的危险性。钢板的正火温度为890℃～950℃，消除应力退火温度为520℃～580℃中、高压锅炉锅筒19Mn6(GB)SA299(ASME)A299(ASTM)SA299美国钢号。该钢的化学成分和屈服强度级别与16Mng和19Mn5钢相似，但钢中含碳量更高，其低循环疲劳性能略低于19Mn5钢。该钢的力学性能比较稳定。厚度方向的力学性能较均匀，高温抗拉强度较高，冲击韧性较好，如不含有太多的MnS夹杂，层状撕裂敏感性亦不高，脆性转变温度低于－30℃，无塑性转变温度NDT约为－15℃。焊接工艺较简单，焊前预热温度低(150℃)，焊接接头性能好高压、超高压亚临界锅炉锅筒。由美国引进的300MW、600MW机组锅炉锅筒均使用该种钢A299(ASTM)15MnVgGB713—96YB(T)41—87属屈服强度为392MPa级别的普通低合金钢。该钢在热轧状态下具有良好的综合力学性能及焊接性能，但缺口敏感性和时效敏感性较大。与16Mng钢相比，冷脆倾向稍大。为改善钢的韧性，降低脆性转变温度，应进行940℃～980℃正火，600℃～650℃消除应力退火低、中压锅炉锅筒A255(ASTM)14MnMoVgGB713—96YB(T)41—87属屈服强度为490MPa级别的普通低合金钢。由于钢中加入了0.5%的钼和少量的钒，使屈服强度提高，特别适合生产厚度在60mm以上的厚钢板。该钢具有良好的综合力学性能，但对热处理工艺较为敏感，尤其对冲击韧性和延伸率影响较大。大于60mm厚钢板在热轧状态下的塑性和韧性较差，特别是低温及时效后的冲击值不稳定，故不宜在热轧状态下使用。一般在正火加高温回火状态下使用，正火温度为970±10℃，回火温度为630℃～660℃。使用中也可以采用调质处理，这时，钢的强韧性都会有很大程度的改善。生产中应防止产生白点和夹层缺陷高压锅炉锅筒A302(ASTM)BHW38(德国)18MnMoNbgGB713—96YB(T)41—87属屈服强度为490MPa级别的低合金钢。该钢的热强性能较好，屈强比较高，可焊性好。但正火加回火状态下的力学性能不够稳定，与14MnMoVg钢相比，常出现强度、塑性、韧性不能同时满足技术条件要求的情况。钢板经调质处理后屈服强度将显著提高，更能发挥材料潜力。大锻件及特厚