二．標準體系與美國ASME標準

    我國GB鋼材標準是在計劃經濟體制下，以供方為主編制的鋼材質量標準，以反映鋼材生產廠的要求為主。鍋爐壓力容器標準中引用了其中部分內容，但鋼材標準不能全面地反映鋼材使用者的要求。而ASME鋼材標準是在市場經濟模式下，由供需雙方共同編制，且以反映鋼材使用者的要求為主的標準，同時也是壓力容器規范的一個組成部分。即使如此，在使用ASME鋼材標準時，一般均有用戶采購技術規范進行補充、完善。ASME鋼材標準不僅是鋼材生產部門的質量標準，而且是鋼材使用單位（設計、制造、檢驗）在選用、采購、驗收、檢驗、加工時的依據。正因為如此，鋼材標準的內容遠遠超過了國內的鋼材標準，成為鍋爐壓力容器規范不可缺少的一部分。

三．產品標準與安全

    鍋爐用鋼的選擇、制造、采購、驗收等環節是鍋爐制造質量保證體系的重要組成部分，也是安全生產的重要保證。

    1． 鍋爐鋼板標準

    鍋爐鋼板是鍋爐制造中非常關鍵的材料之一，主要是指用來制造鍋爐中的鍋殼、鍋筒、集箱端蓋、支吊架等重要部件用的熱軋專用碳素鋼和低合金耐熱鋼中厚鋼板材料。鍋爐鋼板常常處于中、高溫和高壓狀態下工作，除承受較高溫度和壓力外，還受到沖擊，疲勞載荷及水和氣的腐蝕，工作條件較差。如果鍋爐在使用過程中發生破壞性事故，將會造成嚴重的損失。因此鍋爐鋼板必須具有良好的物理性能、力學性能和可加工性，并在材料標準的技術條款中給予嚴格的規定，以滿足其使用中的安全。

    從材料上來分，鍋爐鋼板可分為專用碳素鋼板和低合金耐熱鋼板兩類。鍋爐鋼板所用的材料對化學成分，特別是對磷、硫等有害元素和鉻、鎳、銅等殘余元素有嚴格的控制；冶煉時還應進行良好的脫氧和去除非金屬夾雜物，以保證良好的塑性和韌性；組織結構要求均勻，晶粒度控制在一定范圍內（通常希望晶粒度在3～7級之間）；對表面質量和內部缺陷也有嚴格的要求；此外常溫和高溫力學性能必須保證。在GB713-1997《鍋爐用鋼板》標準中明確規定應采用爐外精煉方法冶煉鍋爐用鋼。

    根據工作條件不同，鍋爐鋼板又可分為制造室溫及中溫承壓部件鋼板和制造高溫承壓部件鋼板兩大類。
 室溫及中溫（蠕變溫度以下）用鍋爐鋼板，大多采用碳素鋼，包括碳鋼、碳錳鋼、碳錳硅鋼等，即GB713-1997《鍋爐用鋼板》中的20g、22Mng、16Mng、19Mng鋼，以及ASME SA-515/SA-515M《中高溫壓力容器用碳鋼板》、SA-299/SA-299M《壓力容器用碳錳硅鋼板》等。主要用于制造鍋爐的鍋筒、中溫以下集箱端蓋等承壓部件。要求其應具有較高的室溫強度；良好的沖擊韌性和較低的缺口敏感性；由于鍋筒等部件在加工時需要大量的冷變形，因此還要具有良好的時效韌性；另外還要具備良好的加工工藝性和焊接性能；以及良好的低倍組織等。

    高溫（蠕變溫度以上）用鍋爐鋼板，一般采用低合金耐熱鋼，常用有鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼、鉻鉬鎢鋼等。例如GB713-1997《鍋爐用鋼板》中的15CrMog、12Cr1MoVg，以及ASME SA-387/SA387-M《壓力容器用鉻-鉬合金鋼板》中的Gr22、Gr91和ASME SA-1017/SA1017-M《壓力容器用鉻-鉬-鎢合金鋼板》中的Gr23、Gr911、Gr122鋼等。主要是用以制造高溫集箱封頭端蓋、蒸汽管道堵板等高溫承壓部件。要求其必須具有足夠的高溫持久強度和持久塑性；良好的高溫組織穩定性；良好的高溫抗氧化性（耐熱性）；以及良好的冷熱加工工藝性（主要指冷彎變形和可焊接性）等。

    用于室溫及中溫（蠕變溫度以下）的碳錳系列鍋爐鋼板，GB713共收納了5個牌號，可以滿足亞臨界以下火電機組鍋爐中汽包鍋筒、水冷壁集箱端蓋、以及低溫過熱器和省煤器集箱端蓋、支吊架等零部件的需要。用于高溫（蠕變溫度以上）的鉻鉬系列鍋爐鋼板，GB713-1997中牌號只有2個。其中15CrMog最高使用溫度為550℃，12Cr1MoVg最高使用溫度為565℃。而目前超臨界火電機組鍋爐中的高溫過熱器和再熱器集箱等部件的金屬壁溫已經達到600℃以上，預計標準修訂過程中將考慮把ASME標準中那些可以使用在600℃及以上的材料SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122等，納入我國的鍋爐用鋼板標準，以適應超臨界火電機組鍋爐技術的發展，提升我國冶金和機電產品的整體水平。

    GB713-1997《鍋爐用鋼板》標準規定：對厚度大于20mm的鋼板可進行高溫拉伸試驗，試驗溫度從200℃～450℃與高溫規定殘余伸長應力的最小值也有一定的要求，針對產品質量邁出了更高的一步。

    2．鍋爐鋼管標準

    鋼管標準在一定程度上發揮了技術導向作用，引導了鋼管制造業資金流動方向和市場取向，使其技術和產品較好地滿足了我國經濟和產業結構調整目標的實現。我國制定的大部分鋼管標準通常是規定了產品品種、規格技術要求、質量性能指標、試驗檢驗方法、判定規則等內容，是產品合格與否的依據，是產品能否獲得市場準入的關鍵。

    我國的鋼管標準體系分基礎標準：一是GB/T2102標準，該標準規定了包括無縫鋼管、焊接鋼管的驗收、包裝、標志和質量證明書的內容；二是GB/T 17395標準，該標準規定了無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差等內容、適用于各個與鋼管有關的各個領域的一般規定，具有普遍的實際應用意義。鋼管標準體系還分為：無縫鋼管、焊接鋼管及特殊形狀、特殊工藝制造的鋼管主要產品制造方法、技術質量指標要求等標準，對指導組織鋼管生產、加工、利用具有一定的指導意義。另外與產品標準質量關聯的標準有：反映鋼管產品制造和質量性能相關的試驗方法的各種測試方法標準，其中力學性能測定有：金屬管拉伸、高溫拉伸、管環拉伸、沖擊等4項，包括GB/T228、GB/T229、GB/T4338、GB/T17104標準；工藝性能試驗有：金屬管液壓試驗、擴口試驗方法、彎曲試驗方法、卷邊試驗方法、壓扁試驗方法等5項，包括GB/T241、GB/T242、GB/T244、GB/T245、GB/T246標準；無損探傷檢測有：鋼管超聲波探傷檢驗方法、渦流探傷檢驗方法、漏磁探傷檢驗方法以及用于確認焊接水壓密實性的超聲波探傷檢驗方法等4項，包括GB/T5777、GB/T7735、GB/T12606、GB/T18256標準。   

    我國鍋爐壓力容器鋼管標準近年正在陸續修訂。GB5310高壓鍋爐管標準已于95年修訂完成。 95年新版和85年舊版相比，刪除用戶很少使用或鋼廠并未真正組織批量生產過的鋼種，而增加了20MnG(SA-210 A1)，25MnG(SA-210C)，20MoG(SA-209T1a)，12CrMoG(SA-213 T2)，12Cr2MoG(SA-213T22)，10Cr9Mo1VNb(SA-213T91)等6種新的碳鋼管和鐵素體管，還有1Cr18Ni9(SA-213 TP304H)，1Cr19Ni11Nb(SA-213 TP347H)兩種奧氏體鋼管子。這8種鋼管材料原本都是引進技術考核機組上原設計所用的ASME材料。GB5310-95代表了我國材料標準與國際接軌的方向。

    在GB5310-95標準中還強制要求對成品鋼管進行超聲波和渦流兩種無損探傷檢驗方法，從而保證鋼管質量達到設計要求。

    3．不銹鋼管標準

    火電機組三大主機之一的鍋爐中的過熱器與再熱器部件，是承受工作環境最為惡劣的受熱部件，面臨高溫高壓水蒸汽氧化、高溫煙氣中煤粉顆粒的腐蝕，所以也是對材料要求最高的部件。在選用材料上，既要考慮材料的高溫性能，又要考慮材料的工藝性和綜合經濟性。

    過熱器與再熱器所用的管子材料，其蠕變強度必須足夠高，在其運行的壓力與溫度范圍內，有充足的安全裕度，同時還要考慮管子對蒸氣側和煙氣側的抗氧化與抗腐蝕的要求。當鍋爐內熱交換管的金屬溫度在620℃以上時，一般選用奧氏體不銹鋼管。奧氏體不銹鋼管主要應用在過熱器/再熱器管的出口段。在這一管段，除了蠕變強度外，抗蒸汽氧化和煙氣腐蝕成為重要考慮的因素。

    目前有關鍋爐用的奧氏體不銹鋼管的標準主要有兩個，即GB5310-96《高壓鍋爐無縫鋼管》和GB/T13296-91《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》。

    GB5310-95《高壓鍋爐無縫鋼管》中列入了兩個奧氏體不銹鋼管牌號，它們是1Cr18Ni9和1Cr18Ni11Nb，相當于美國ASMESA213中的TP304和TP347級別。TP304容易被敏化的缺點，已經逐漸被鍋爐行業排除出主力鋼種之列。在SA213標準中，有TP347、TP347H和TP347HFG等多個級別，它們使用的條件不一樣，而GB5310-96《高壓鍋爐無縫鋼管》沒有給出具體的說明，因此，2004年對GB/T13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》的內容修訂中納入了GB5310-95中不銹鋼鋼種和牌號，并規定了高溫性能等要求，使其名稱和內容上均成為鍋爐用奧氏體不銹鋼管的專用標準，使產品質量也達到鍋爐行業的要求。

四．檢驗標準與安全

    一般來說，工程上常用的結構鋼均會產生冷脆斷裂現象，即當環境溫度低于某一溫度TK時，材料將轉變為脆性狀態，這種現象稱為冷脆。

    由于冷脆而造成的船舶、橋梁、化工儲罐、鍋爐、儲水裝置等大型結構的脆性斷裂事故，曾在世界各國多次發生，造成了巨大的損失。尤其是今天，愈來愈多的人們感覺到了金屬材料的冷脆性對機械構件影響的重要性，例如有些電廠用戶特別強調用于鍋爐汽包等部件上的特厚鍋爐鋼板的冷脆轉變溫度問題。因此認識鋼的冷脆斷裂原因和影響冷脆轉變的因素，掌握冷脆轉變溫度的評定方法和正確理解其含義，具有非常大的意義。

    1。影響材料冷脆轉變的因素

    促使材料冷脆轉變和脆化的主要因素是溫度，隨著溫度的降低，材料的脆斷傾向增加。

    其次，材料尺寸增大，韌性下降，冷脆轉變溫度提高。這是因為材料的尺寸愈大，內部出現缺陷的幾率愈大，內部裂紋等缺陷的前緣三向拉應力狀態加劇，促使材料發生脆性斷裂的傾向加大。對鋼板來說，板厚的增加容易出現平面應變狀態，使脆斷抗力下降而發生脆性斷裂。

    鍋爐中的汽包部件，采用特厚鋼板加工制造。特厚鋼板相對于相同材質的普通中、薄板來說，更容易產生脆性斷裂傾向。一旦發生上述情況，勢必影響到汽包的運輸、安裝、檢修、水壓等。例如安裝或檢修后水壓試驗的用水溫度，規定應不低于大氣的露點溫度，并應高于所用鋼種的脆性轉變溫度。這些問題使得現在有許多電廠用戶要求鍋爐制造商提供汽包用特厚鋼板的冷脆轉變溫度。

    另外，還要考慮材料缺陷的影響，當材料內部存在裂紋等缺陷時，缺陷處的裂紋愈尖銳，應力集中愈嚴重，冷脆轉變溫度也愈高。在實驗室中是采用缺口試樣來模擬材料的缺陷，缺口的作用就是保證在缺口附近造成應力集中，使塑性變形局限在缺口附近不大的體積范圍內，并保證在缺口處發生破斷。

    2．冷脆轉變的評定

    材料在溫度變化時的冷脆轉變趨勢，可以通過測定其冷脆轉變溫度來進行評定。工程上常用的結構鋼均會產生冷脆斷裂現象，在特定的使用條件下，要求選擇的材料必須具有較高的低溫韌性和較低的冷脆轉變溫度。因此測定材料的冷脆轉變溫度非常重要。

    實驗室中有許多測定材料冷脆轉變溫度的方法。我國有一些相關的國家標準規定，國際上例如美國ASTM標準等，也有相關的規定。表2所示是常用的一些冷脆轉變溫度測定的試驗方法，其中應用比較廣泛的有沖擊試驗斷口形貌法和落錘試驗法等。

表2  常用測定材料冷脆轉變溫度的試驗方法

表2可以看出：GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》、GB/T12778《金屬夏比沖擊斷口測定法》、GB/T6803《鐵素體鋼的無塑性轉變溫度落錘試驗方法》等標準均采用不同試驗方法測定材料冷脆轉變溫度。實踐證明冷脆轉變溫度的高低，往往反映出常規檢測手段所檢測不出的內在質量問題。因為冷脆轉變溫度隨材料的化學成分、微量元素、冶煉工藝、鍛造工藝、熱處理工藝、金相組織等各種因素的變化而變化。任何一個環節上的失誤都會導致冷脆轉變溫度的明顯變化。鍋爐鋼板冷脆轉變溫度的高低是隨材料的化學成分、微量元素、冶煉、鍛造、熱處理、金相組織等各種因素的變化而變化的，它是一個幫助分析、判斷材料的工藝和質量水平的有效方法。另外，當鍋爐運行一段時間后，通過材料的冷脆轉變溫度的變化情況，還可以幫助預測鍋爐的運行壽命。因此在GB713當中，應將落錘試驗或系列沖擊試驗，以及鉻鉬鋼的硬度試驗等作為協議條款給出，方便用戶在不同的使用條件下進行選擇。

    評定材料冷脆轉變溫度的許多方法中，有些方法比較容易實現，過程也并不復雜（如沖擊試驗的斷口形貌法FATTn等）。如果我們能夠熟練掌握材料的冷脆轉變溫度的評定方法，正確理解它們的含義，一方面可以使我們更加全面地掌握所使用材料的性能，另一方面又可以滿足用戶的特殊要求，同時還可以提升我們的產品質量與技術水平。

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