對電站鍋爐金屬材料的選擇與使用分析

杜 鵬

（山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 太原 030200）

工作人員做好日常對電站鍋爐進(jìn)行檢修工作，熟記檢修的基本知識和正確的流程，這與人員的安全保護(hù)和設(shè)備的安全運行有直接關(guān)系。從具體情況來看，影響維修和保養(yǎng)工作的因素有很多，因此工作人員要對細(xì)微的環(huán)節(jié)多加留意，科學(xué)選擇材料種類，使得設(shè)施設(shè)備達(dá)到良好的使用狀態(tài)。

1 電站鍋爐金屬材料的應(yīng)用環(huán)境

鍋爐是電站設(shè)施中的基本組成，在國家的安全檢查中鍋爐屬于一種特殊設(shè)備，危險系數(shù)比較高。在日常工作中，維修和護(hù)理該設(shè)備的工作要考慮到很多細(xì)節(jié)。尤其是在選擇基礎(chǔ)組件金屬材料的工作中，如果出現(xiàn)了不適配的問題，就會對使用功能的發(fā)揮產(chǎn)生影響，情況嚴(yán)重時，甚至?xí){到管理工作人員的人身安全。就鍋爐的承重部件而言，在選擇金屬材料的工作中，如果發(fā)生了超承載使用問題，就很有可能發(fā)生爆管事故。相反的，如果采用降限使用的理念，就意味著資源浪費。選擇合金材質(zhì)的焊條作為碳鋼管的焊接部位，會導(dǎo)致危險系數(shù)增加，加大設(shè)備出現(xiàn)爆炸事故的可能性。當(dāng)材料的失效位置不是母材的焊縫影響區(qū)，此時發(fā)生失效的時間間隔就會比前面介紹的狀況占用更多。在鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的整體環(huán)境中，焊接的接頭位置是比較重要的環(huán)節(jié)。在性能方面，這種類型的焊接使用材質(zhì)不占優(yōu)勢，相互比較來看，焊接的接頭屬于比較薄弱的環(huán)節(jié)。因此，對于工作人員來說，在監(jiān)督這種金屬焊接技術(shù)的操作過程時，要重視技術(shù)種類的應(yīng)用，保證技術(shù)動作的展開能嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行。這是因為一旦有錯用問題的發(fā)生，就很有可能導(dǎo)致異種鋼材焊接難度系數(shù)增加，設(shè)備出現(xiàn)爆炸風(fēng)險的可能性也會明顯加大。

2 電站鍋爐金屬材料的科學(xué)選擇

（1）合理劃分金屬材料的種類。劃分金屬材料科學(xué)是一種試驗應(yīng)用科學(xué)，作為檢驗鍋爐質(zhì)量的工作人員，做好日常工作，必須要掌握較為扎實的基礎(chǔ)理論知識，因為這些基礎(chǔ)理論能在工作人員的后續(xù)工作中產(chǎn)生一定指導(dǎo)作用。通常情況下，鋼鐵由金屬混合物構(gòu)成，這些材料以貼為基礎(chǔ)[1]。制作過程的鍛造環(huán)境、加入的元素種類和比重會對鋼鐵的基礎(chǔ)性能產(chǎn)生深刻影響，甚至這些基礎(chǔ)元素的化學(xué)排列方式都會影響使用環(huán)節(jié)鋼鐵所展現(xiàn)出的性能。鋼鐵原有的組織結(jié)構(gòu)會受到熱處理環(huán)節(jié)溫度、時間相關(guān)措施的影響，改變并進(jìn)一步拓展材料的基本使用功能。鋼鐵會被人們稱作是鋼鐵并不是因為鋼鐵這種金屬是由剛和鐵這兩種物質(zhì)組合而成的。鐵還是鋼鐵的主要組成，只是在鍛造的過程中，也向其中加入了一些其他的微量元素，碳在其中占很大的比例。另外還包括Mn、Si、S、P這些雜質(zhì)元素。鐵單質(zhì)在加入了碳元素之后，硬度上會發(fā)生很大改變，對抗銹蝕的性能也會在很大程度上有所提升。鋼在加入了碳源素之后，就變成了碳鋼。與其他種類的鋼鐵相比，如果其中含有比較多的其他元素，就被稱為是合金鋼。就鋼鐵的基本構(gòu)成而言，S、P在鋼鐵的構(gòu)成中不算是能夠改變鋼鐵性能的元素。因為這兩種元素是生產(chǎn)鋼鐵過程中可能會出現(xiàn)的雜質(zhì)，從理論層面展開分析，鋼鐵中雜質(zhì)的含量越少越好。

（2）鋼的組成元素。在我們的日常生活中，鋼所發(fā)揮的作用非常關(guān)鍵。在這種晶體物質(zhì)中含有一定量的碳元素，按照同種異構(gòu)體的形式劃分碳元素，可分為石墨、金剛石、無定形碳三種。碳原子的排列方式會直接影響碳元素的化學(xué)性質(zhì)，碳元素的排列方式會直接影響所形成的晶體物質(zhì)的晶體性能，使得元素異構(gòu)體的物理性能和力學(xué)性能產(chǎn)生非常明顯的差別。就比如說石墨和金剛石，這兩種物質(zhì)有著不同的排列方式，在空間形態(tài)上會有不同的表現(xiàn)，同時也會產(chǎn)生不同的作用。柔軟是石墨最突出的性質(zhì)，而且石墨具有一定導(dǎo)電性，還能被當(dāng)做是鉛筆，而金剛石是相反的狀態(tài)，它是世界上最為堅硬的物質(zhì)，可以用來當(dāng)做切割材料。當(dāng)鋼水被化成液體，在凝固的過程中就會生成一種特殊的晶體，這種重新組成的鋼物理性能和化學(xué)性能都非常明顯，與鋼中碳元素的異構(gòu)現(xiàn)象是相似的。應(yīng)用于鍋爐壓力容器的鋼材料在不同的熱處理操作中會分解成鐵素體、奧氏體、珠光體、馬氏體和貝氏體。此時不僅晶體的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，化學(xué)成分也會重新分布，組織結(jié)構(gòu)的狀態(tài)也會發(fā)生改變，使材料的使用性能獲得提高。

3 電站鍋爐金屬材料的使用

（1）合理選擇不銹鋼材料，嚴(yán)格控制加工溫度。近年來，我國能源建設(shè)事業(yè)不斷發(fā)展，對電站建設(shè)的要求也在逐漸提高。有許多電廠鍋爐使用原料的要求和標(biāo)準(zhǔn)都發(fā)生了一定改變。比如有的電站鍋爐使用的是不銹鋼材料，18Cr8Ni系居多。由于加工這些材料難度比較大，所以只能交給專業(yè)的工廠進(jìn)行生產(chǎn)制造。但是在對不銹鋼材料進(jìn)行熱處理的過程中，達(dá)不到相應(yīng)的要求[2]。對材料進(jìn)行整體布局或者是局部的固溶熱處理也沒有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，此時設(shè)備的使用壽命就會明顯降低。以奧氏體不銹鋼為例，由于抗腐蝕性不強(qiáng)，所以在應(yīng)用的過程中，就比較容易受到腐蝕。這是因為內(nèi)部的碳原子在同晶界交換的過程中產(chǎn)生了一些鉻元素，此時不銹鋼材料晶間就會缺少鉻元素。如果是在400℃以上的高溫環(huán)境中，產(chǎn)生的反應(yīng)會更加迅速。所以在實際的操作過程中，要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能把高溫時間縮短，從而有效防止缺鉻情況的產(chǎn)生。在執(zhí)行焊接操作時，要盡可能選擇小線能量，以保證對溫度的控制更加精準(zhǔn)。

（2）嚴(yán)格控制晶間腐蝕趨勢。嚴(yán)格控制晶間腐蝕趨勢，考慮到奧氏體不銹鋼的不同使用條件，可采取不同的處理工藝，包括固溶處理、穩(wěn)定化處理、鈍化處理。就鈍化處理而言，實現(xiàn)氧化目的要用到氧化性酸，致密氧化鉻保護(hù)層在不銹鋼表面形成，使保護(hù)層的耐腐蝕性獲得增強(qiáng)。當(dāng)電廠處于運行條件時，運用奧氏體不銹鋼要用到固溶處理工藝。此時不能使用穩(wěn)定化處理和局部熱處理方式，這是因為部件從熱處理爐內(nèi)高溫到爐外高溫會經(jīng)歷一段敏化區(qū)，導(dǎo)致晶間貧鉻情況的出現(xiàn)[2]。不銹鋼的性能也會有所下降，導(dǎo)致質(zhì)量隱患的形成。在后期的運行過程中，這個部位也很有可能會最先失效。在發(fā)電鍋爐的高溫端，使用的不銹鋼制成晶是18Cr-8Ni。整體穩(wěn)定化熱處理工藝是最佳選擇，展開箍體內(nèi)外肇鈍化處理要在整體穩(wěn)定化熱處理的工序基礎(chǔ)上進(jìn)行，從而達(dá)到比較好的耐氧化腐蝕效果。這一選擇有非常明顯的缺點，就是會加大資金成本投入。改變晶體結(jié)構(gòu)要使用多種處理方式，重新分布化學(xué)成分，把組織結(jié)構(gòu)調(diào)整到最佳的狀態(tài)，從而有效提升材料的應(yīng)用性能。

4 總結(jié)

綜上所述，電站鍋爐金屬材料的使用要注意做到合理選擇不銹鋼材料，嚴(yán)格控制加工溫度，嚴(yán)格控制晶間腐蝕趨勢。在選擇并使用金屬材料的工作中，要考慮建設(shè)規(guī)模，也要考慮到鍋爐的規(guī)格，以實際情況為依據(jù)，有針對性的選擇金屬材料。避免出現(xiàn)不適配的情況，把鍋爐出現(xiàn)危險的系數(shù)降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。