對電站鍋爐金屬材料的選擇與使用分析

杜 鵬

（山西興能發電有限責任公司，山西 太原 030200）

工作人員做好日常對電站鍋爐進行檢修工作，熟記檢修的基本知識和正確的流程，這與人員的安全保護和設備的安全運行有直接關系。從具體情況來看，影響維修和保養工作的因素有很多，因此工作人員要對細微的環節多加留意，科學選擇材料種類，使得設施設備達到良好的使用狀態。

1 電站鍋爐金屬材料的應用環境

鍋爐是電站設施中的基本組成，在國家的安全檢查中鍋爐屬于一種特殊設備，危險系數比較高。在日常工作中，維修和護理該設備的工作要考慮到很多細節。尤其是在選擇基礎組件金屬材料的工作中，如果出現了不適配的問題，就會對使用功能的發揮產生影響，情況嚴重時，甚至會威脅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，如果發生了超承載使用問題，就很有可能發生爆管事故。相反的，如果采用降限使用的理念，就意味著資源浪費。選擇合金材質的焊條作為碳鋼管的焊接部位，會導致危險系數增加，加大設備出現爆炸事故的可能性。當材料的失效位置不是母材的焊縫影響區，此時發生失效的時間間隔就會比前面介紹的狀況占用更多。在鋼質結構的整體環境中，焊接的接頭位置是比較重要的環節。在性能方面，這種類型的焊接使用材質不占優勢，相互比較來看，焊接的接頭屬于比較薄弱的環節。因此，對于工作人員來說，在監督這種金屬焊接技術的操作過程時，要重視技術種類的應用，保證技術動作的展開能嚴格按照操作規范進行。這是因為一旦有錯用問題的發生，就很有可能導致異種鋼材焊接難度系數增加，設備出現爆炸風險的可能性也會明顯加大。

2 電站鍋爐金屬材料的科學選擇

（1）合理劃分金屬材料的種類。劃分金屬材料科學是一種試驗應用科學，作為檢驗鍋爐質量的工作人員，做好日常工作，必須要掌握較為扎實的基礎理論知識，因為這些基礎理論能在工作人員的后續工作中產生一定指導作用。通常情況下，鋼鐵由金屬混合物構成，這些材料以貼為基礎[1]。制作過程的鍛造環境、加入的元素種類和比重會對鋼鐵的基礎性能產生深刻影響，甚至這些基礎元素的化學排列方式都會影響使用環節鋼鐵所展現出的性能。鋼鐵原有的組織結構會受到熱處理環節溫度、時間相關措施的影響，改變并進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這些雜質元素。鐵單質在加入了碳元素之后，硬度上會發生很大改變，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。就鋼鐵的基本構成而言，S、P在鋼鐵的構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鋼鐵過程中可能會出現的雜質，從理論層面展開分析，鋼鐵中雜質的含量越少越好。

（2）鋼的組成元素。在我們的日常生活中，鋼所發揮的作用非常關鍵。在這種晶體物質中含有一定量的碳元素，按照同種異構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性質，碳元素的排列方式會直接影響所形成的晶體物質的晶體性能，使得元素異構體的物理性能和力學性能產生非常明顯的差別。就比如說石墨和金剛石，這兩種物質有著不同的排列方式，在空間形態上會有不同的表現，同時也會產生不同的作用。柔軟是石墨最突出的性質，而且石墨具有一定導電性，還能被當做是鉛筆，而金剛石是相反的狀態，它是世界上最為堅硬的物質，可以用來當做切割材料。當鋼水被化成液體，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性能都非常明顯，與鋼中碳元素的異構現象是相似的。應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。此時不僅晶體的結構會發生變化，化學成分也會重新分布，組織結構的狀態也會發生改變，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，嚴格控制加工溫度。近年來，我國能源建設事業不斷發展，對電站建設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準都發生了一定改變。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，所以只能交給專業的工廠進行生產制造。但是在對不銹鋼材料進行熱處理的過程中，達不到相應的要求[2]。對材料進行整體布局或者是局部的固溶熱處理也沒有達到相應的標準，此時設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，所以在應用的過程中，就比較容易受到腐蝕。這是因為內部的碳原子在同晶界交換的過程中產生了一些鉻元素，此時不銹鋼材料晶間就會缺少鉻元素。如果是在400℃以上的高溫環境中，產生的反應會更加迅速。所以在實際的操作過程中，要對溫度進行嚴格控制，盡可能把高溫時間縮短，從而有效防止缺鉻情況的產生。在執行焊接操作時，要盡可能選擇小線能量，以保證對溫度的控制更加精準。

（2）嚴格控制晶間腐蝕趨勢。嚴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、穩定化處理、鈍化處理。就鈍化處理而言，實現氧化目的要用到氧化性酸，致密氧化鉻保護層在不銹鋼表面形成，使保護層的耐腐蝕性獲得增強。當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。此時不能使用穩定化處理和局部熱處理方式，這是因為部件從熱處理爐內高溫到爐外高溫會經歷一段敏化區，導致晶間貧鉻情況的出現[2]。不銹鋼的性能也會有所下降，導致質量隱患的形成。在后期的運行過程中，這個部位也很有可能會最先失效。在發電鍋爐的高溫端，使用的不銹鋼制成晶是18Cr-8Ni。整體穩定化熱處理工藝是最佳選擇，展開箍體內外肇鈍化處理要在整體穩定化熱處理的工序基礎上進行，從而達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。改變晶體結構要使用多種處理方式，重新分布化學成分，把組織結構調整到最佳的狀態，從而有效提升材料的應用性能。

4 總結

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，嚴格控制加工溫度，嚴格控制晶間腐蝕趨勢。在選擇并使用金屬材料的工作中，要考慮建設規模，也要考慮到鍋爐的規格，以實際情況為依據，有針對性的選擇金屬材料。避免出現不適配的情況，把鍋爐出現危險的系數降低到標準范圍內。