中美锅炉钢板标准的对比及发展

中美锅炉钢板标准的对比及发展张显黄颖(北京巴布科克·威尔科克斯有限公司北京100000)(冶金工业信息标准研究院北京100730)摘要:锅炉钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一。超临界火电机组锅炉的发展,对锅炉钢板的性能提出了更高的要求。锅炉新材料的应用是由材料标准作为载体而实施的。对比分析我国标准与美国ASME材料标准之间存在的差距,制定适合我国火电机组发展的先进的锅炉钢板标准,应是发展方向。关键词:锅炉钢板;性能;标准;ASME;超临界中图分类号:TG335.5文献标识码:B文章编号:1003-0514(2005)04-0037-05ThecomparisonanddevelopmentofthestandardofChineseandAmericanboilerplateZHANGXian(Babcock&WilcoxBeijingCompany,Beijing100001,China)HUANGYing(ChinaMetallurgicalInformation&StandardizationResearchInstitute,Beijing100730,China)Abstract:Boilerplateistheimportantmaterialofmakingboiler.Thedevelopmentofboilerofsupercriticalthermalpowergeneratormakestheclaimforthecapabilityofboilerplate.Theapplicationofthenewmaterialtakeseffectonthebasisofmaterialstandardasacarrier.CompareandanalysethedifferencesbetweenChineseandAmericanASMEmaterialsandde2veloptheboilerplatestandardfitforourthermalpowergeneratornetworks.Keywords:boilerplate;capability;standard;ASME;supercritical0前言临界火电技术的最现实的途径,但是只有充分了解掌近年来火电机组向大型化、高参数化发展的趋势握国际上那些技术成熟的新材料,并将其纳入我国电日益明显,超临界参数的火电机组已经在我国大量设站锅炉用钢标准,建立适合我国火电机组发展的先进计建造。作为火电机组三大主机之一的锅炉,对其所的锅炉用钢体系,促进新型锅炉用钢国产化,才是发使用钢的耐高温高压、耐腐蚀、性能稳定等方面提出展我国超临界火电机组的关键。了更高的要求。新型锅炉用钢的研制、开发与应用,锅炉钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一,主一直是火电机组发展所面临的重大课题,各国均投入要是指用来制造锅炉中的锅壳、锅筒、集箱端盖、支吊了大量的人力、物力从事相关的研究工作。架等重要部件用的热轧专用碳素钢和低合金耐热钢我国火电机组锅炉用钢的开发,近几十年来几乎中厚钢板材料。锅炉钢板常常处于中、高温和高压状处于完全停滞状态。目前超临界火电机组,甚至包括态下工作,除承受较高温度和压力外,还受到冲击,疲部分亚临界机组锅炉中的许多关键材料完全依赖进劳载荷及水和气的腐蚀,工作条件较差。如果锅炉在口。新材料的开发和应用是锅炉制造取得技术进步使用过程中发生破坏性事故,将会造成严重的损失。的基础,新材料是由材料标准和技术条件作为载体而因此锅炉钢板必须具有良好的物理性能、力学性能和实施的。虽然从国外购买先进材料是现阶段发展超可加工性,并在材料标准的技术条款中给予严格的规收稿日期:2005-06-20作者简介:张显,高级工程师,1985年毕业于合肥工业大学材料工程系,现工作于北京巴威公司工程部。.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.定,以满足其使用中的安全。美国机械工程师协会(ASME)负责制订、颁布和实施的锅炉压力容器技术规范,它不仅是统一的美国国家标准,同时也是国际公认的标准法规系统。ASME规范第II卷材料篇,主要引用了美国材料试验学会(ASTM)的相应材料标准和材料试验标准。在ASME规范中允许使用的材料一般来说必须按照第II卷的材料标准供货。因此,只有认真研究ASME材料标准,并与我国锅炉钢板标准进行对比与分析,找出之间的差距,才能建立适合我国超临界火电机组发展的完善的锅炉用钢板标准和标准体系。1常用锅炉钢板及性能要求从材料上来分,锅炉钢板可分为专用碳素钢板和低合金耐热钢板两类。锅炉钢板所用的材料对化学成分,特别是对磷、硫等有害元素和铬、镍、铜等残余元素有严格的控制;冶炼时还应进行良好的脱氧和去除非金属夹杂物,以保证良好的塑性和韧性;组织结构要求均匀,晶粒度控制在一定范围内(通常希望晶粒度在3～7级之间);对表面质量和内部缺陷也有严格的要求;此外常温和高温力学性能必须保证。根据工作条件不同,锅炉钢板又可分为制造室温及中温承压部件钢板和制造高温承压部件钢板两大类。室温及中温(蠕变温度以下)用锅炉钢板,大多采用碳素钢,包括碳钢、碳锰钢、碳锰硅钢等,即GB713-1997锅炉用钢板中的20g、22Mng、16Mng、19Mng钢,以及美国ASMESA-515ΠSA-515M中高温压力容器用碳钢板、SA-299ΠSA-299M压力容器用碳锰硅钢板等。主要用于制造锅炉的锅筒、中温以下集箱端盖等承压部件。要求其应具有较高的室温强度;良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性;由于锅筒等部件在加工时需要大量的冷变形,因此还要具有良好的时效韧性;另外还要具备良好的加工工艺性和焊接性能;以及良好的低倍组织等。高温(蠕变温度以上)用锅炉钢板,一般采用低合金耐热钢,常用有铬钼钢、铬钼钒钢、铬钼钨钢等。例如GB713-1997锅炉用钢板中的15CrMog、12Cr1MoVg,以及美国ASMESA-387ΠSA387-M压力容器用铬-钼合金钢板中的Gr22、Gr91和ASMESA-1017ΠSA1017-M压力容器用铬-钼-钨合金钢板中的Gr23、Gr911、Gr122钢等。主要是用以制造高温集箱封头端盖、蒸汽管道堵板等高温承压部件。要求其必须具有足够的高温持久强度和持久塑性;良好的高温组织稳定性;良好的高温抗氧化性(耐热性);以及良好的冷热加工工艺性(主要指冷弯变形和可焊接性)等。2锅炉钢板标准对比分析对锅炉制造行业来说,ASME无疑是世界上最权威、最先进、最完善的建造规范。我国的锅炉行业在引进超临界火电机组锅炉的制造技术时,几乎无一例外的采用了美国机械工程师协会(ASME)制订、颁布和实施的锅炉压力容器技术规范。现阶段我国的锅炉钢板标准体系分为通用标准和产品标准两层,通用标准包括GBΠT247钢板和钢带检验、包装、标志及质量证明书的一般规定和GBΠT14977热轧钢板表面质量的一般要求两个标准,产品标准仅GB713锅炉用钢板1个标准。另外我国还有一个压力容器钢板标准GB6654压力容器用钢板,但因为其与大型火电机组锅炉用钢板的要求相距甚远,因此不适合高压以上大型火电机组锅炉上使用。美国ASME规范第II卷材料A篇(铁基材料)中,有关锅炉和压力容器用钢板标准共约44个,虽然在标准名称上都称作“压力容器用钢板”,但在每一个标准中的第一部分“适用范围”中,对本标准适用于锅炉还是压力容器,都做了明确的规定。所以适用于锅炉用钢板的标准大约有9个,按体系也可以分为两层,即通用标准1个SA-20ΠSA-20M压力容器用钢板通用要求和产品标准8个SA-202ΠSA-202M压力容器用铬锰硅合金钢板、SA-204ΠSA-204M压力容器用钼合金钢板、SA-299ΠSA-299M压力容器用碳锰硅钢板、SA-302ΠSA-302M压力容器用锰钼和锰钼镍合金钢板、SA-387ΠSA-387M压力容器用铬钼合金钢板、SA-515ΠSA-515M中高温压力容器用碳钢板、SA-516ΠSA-516M常低温压力容器用碳钢板、SA-1017ΠSA-1017M压力容器用铬钼钨合金钢板。另外所有ASME材料的物理性能、使用温度和许用应力等数据,都集中放在ASME规范第II卷D篇材料性能当中,使用和查找十分便利。通过对比ASME锅炉钢板标准及体系可以看出,我国锅炉钢板产品标准GB713锅炉用钢板中,将不同品种和不同使用要求的锅炉钢板,以及锅炉钢板的一般性能和高温特殊性能等都放在一起表述,篇幅烦琐,对锅炉钢板的性能要求体现不够。ASME锅炉钢板标准的制订是按材料加以区分的,每一类材料制订第4期中美锅炉钢板标准的对比及发展一个标准。标准内容除了规定了这一类材料的基本性能外,对具体用途和注意事项,以及协议条款等,在标准中都有非常详细的规定,充分体现了对锅炉钢板的性能要求,技术性突出,贸易性明显。标准体系和内容非常清晰,让人一目了然。用户在选择和使用上也很方便。因此,现阶段我国的锅炉钢板标准及体系应加大力度重新予以制修订,以适应先进的超临界锅炉技术的发展对锅炉钢板的要求。3锅炉钢板标准发展探讨上世纪80～90年代,我国电力制造行业成功地引进了亚临界参数锅炉技术。为适应亚临界压力以下锅炉对锅炉钢板的要求,由鞍山钢铁集团公司、冶金工业信息标准研究院等单位,对GB713-86锅炉用碳素钢和低合金钢钢板进行了重新修订。新修订并一直沿用至今的锅炉钢板标准为GB713-1997锅炉用钢板。在这个版本中,除了20g和16Mng,新增加了用于制造锅筒的19Mng(等同于德国标准19Mn6)、22Mng(等同于美国标准SA299)、13MnNiCrMoNbg(等同于德国标准BHW355)等三个牌号,以及用于高温集箱端盖及支吊架等部件的15CrMog、12Cr1MoVg两个耐热钢牌号,其他内容也做了一定的修改。新修订的GB713-1997锅炉用钢板,不仅基本上满足了亚临界压力以下锅炉锅筒、集箱端盖及其支吊件的要求,为我国电力事业的发展做出了突出贡献,而且还带动了我国钢铁行业的技术进步和产品质量的提高。进入本世纪以来,随着世界上超临界参数火电机组的发展,我国也开始引进并大量设计制造超临界参数火电机组。超临界火电机组锅炉大多采用直流循环,螺旋炉膛,用汽水分离器替代了锅筒汽包,锅炉中集箱的温度和压力更高,更多的使用一些新型的、性能优异的耐热合金钢。由于对锅炉钢板的性能提出了新的要求,因此一直沿用的GB713-1997锅炉用钢板标准,其中的一些内容和技术指标,无论是与国外先进水平标准相比,还是与锅炉行业发展的相关要求相比,均存在着一定的差距,主要体现在下述几个方面:3.1标准水平锅炉钢板产品标准GB713-1997锅炉用钢板,采用国际先进标准力度远远不够,标准水平只达到了国际一般水平。由于锅炉钢板标准属于重要用途的产品标准,安全可靠性要求严格,制造技术难度高,而且产量比较大。随着我国钢铁行业的生产技术和产品质量的不断提高,锅炉钢板标准应继续采用国际先进标准,加强采标力度,不断提高标准水平。由于我国锅炉钢板产品标准只有一个,因此可以按照ASME规范第II卷D篇材料性能的模式,制订一份有关我国锅炉钢板材料力学性能和物理性能的通用标准,也可以将这些材料性能完全放在产品标准GB713中,包括锅炉设计选材时必须用到的高温规定非比例延伸强度(Rp0.2)、高温持久强度等力学性能,以及常用的热膨胀系数、弹性模量等物理性能。另外如有可能,还可参照ASME的方法,按不同材料、用途和性能,将锅炉用钢板标准细分成若干个标准(如专用碳素钢板、低合金耐热钢板等),以适应用户的需要和应用。3.2外形尺寸由于我国钢铁行业技术和装备水平的制约,锅炉用的宽厚钢板还几乎无法生产。GB713仅适用于厚度6～150mm的范围,而亚临界锅炉锅筒用的钢板厚度一般都在160～210mm之间,只能依靠进口解决。我们只有提高那些重要用途、技术含量高的产品标准的水平,才有利于带动整个钢铁工业技术进步和产品质量提高,才能最终实现