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电厂用耐磨、耐热件
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作者:pmof93969
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发布时间: 1993天前
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20年来我国电力工业取得长足的进步，平均每年新增装机容量超过10000MW, 2001年全国投产发电装机17130MW，全国发电装机容量达到338 000MW，全国发电量完成1 478×109 kW 0h，其中绝大部分为火力发电。2001年全国火力发电燃煤超过5×108t，产生灰渣约2×108t。将5×108t煤磨成煤粉，喷到锅炉中燃烧掉，产生的2×108t灰渣要输送出去，估计每年要消耗耐磨件、耐热件约3× 105t左右。
中央经济工作会议要求“推进垄断行业改革，通过政企分开和企业重组，打破行业垄断，形成适度竞争”。目前我国除有5个发电公司、2个电网公司和4个辅业公司外，还有和香港及国外公司合资或独资建设的新电厂，并要求深化“厂网分家，竞价上网”的改革。除煤炭外，耐磨件和耐热件是火电厂的大宗消耗品，直接影响着发电成本。打破行业垄断后，形成适度市场竞争，使得各电力公司及各个电厂要合理地、科学地使用价格适中、性能优良的耐磨件、耐热件，以降低发电成本，增加上网销售电价的市场竞争力。
国内生产耐磨件、耐热件的生产厂家数以千计，其产品质量良荞不齐。多年来耐磨件、耐热件的国家标准不多，而电力行业就没有标准，直至1997年电力部下达编制标准的计划，于1999年8月经国家经贸委批准，两项中国电力行业标准DL/T681 -1999《磨煤机耐磨件技术条件》和DL/T680-1999《耐磨管道技术条件》开始实施，使供应电厂的生产厂家有了生产标准，也给电厂提供了选材和验收的依据。
1.燃煤电厂用耐磨件
1.1磨损工况简介
(1)球磨机衬板和磨球。在球磨机旋转时，磨球和煤被带动，上部的磨球和煤抛落下来，磨球冲击煤，使其破碎，白身和衬板也受到冲击;磨机下部的磨球和煤，在旋 转上升时出现相对滑动，而产生研磨作用。因而对磨球来说不仅要求其耐磨，而且在承受冲击时，破碎率不可太高;对衬板来说，除要求其耐磨性要好之外，也要求其韧性要好，不得断裂。
(2)中速磨磨辊和磨盘瓦。中速磨在运转时，磨辊碾压磨盘瓦上的煤，当煤中有石块或铁块时，磨辊虽可跳过，但也受到冲击。因而对磨辊和磨盘瓦要求其耐磨性好，也要有一定的冲击韧性。
(3)风扇磨冲击板和护甲。风扇磨在高速旋转中，冲击板把煤打碎，护甲把煤反弹回来，冲击板继续对其冲击，直至粉碎。因而对冲击板的要求，首先是韧性好，不可断裂破碎，其次是耐磨性要好;对护甲来说，韧性的要求可稍低一些。
(4)煤粉和除灰管道。其磨损机理属于冲刷磨损，当电厂正常运行和煤质一定的情况下，主要是冲击角影响其使用寿命，弯头磨损快，直管磨损慢;除灰管道还要能承受一定的压力。
(5)灰浆泵和阀门过流配件。承受冲刷磨损和气蚀，还有一定的腐蚀。
(6)其他设备配件。引风机叶片主要受到冲刷磨损;斗轮机的铲斗，给煤机配件主要受到煤的切削和凿削;碎渣机和捞渣机配件主要受到切削、凿削，还有腐蚀。
1.2 耐磨材料
1.2.1合金元素对耐磨铸铁的作用
C:含量增加使白口铸铁中碳化物增加，而使其硬度增加，从而具有良好的耐磨性，但脆性也增加。如C含量高时，Si含量应低一些。
Si:含量在白口铸铁中一般不应过高，以免影响冷硬深度，生成珠光体，但在Mo,Ni, Mn, Cr有足够含量时，Si含量增加可提高合金铸铁的Ms点，有利于提高马氏体总量和硬度。
Mn和S:应一起考虑，他们单独存在会增加冷硬深度，共同存在则相反，但一般S含量较少，所以过量的Mn可增加硬度，是因Ni可以细化组织，形成高硬度马氏体一碳化物结构。但Mn量大于1.5%时，马氏体铸铁强度、韧性下降，耐磨性也下降。
P:除在高磷铸铁中之外，其他铸铁P含量都应较低。
Cr:是形成碳化物元素，使白口铸铁硬度增加，耐磨性提高。
Ni:几乎全部在奥氏体和它的转变产物中，它促进石墨的形成，但在白口铸铁中，这种作用一般会被加入的Cr抵消。当Ni量在4.5%以下时，空冷即可获得马氏体组织。
Cu:可抑制珠光体的形成，还可增加白口铸铁的耐腐蚀性。
Mo:可有效地抑制珠光体的形成，可增加淬火深度，而对奥氏体没有明显地稳定作用，提高白口铸铁耐磨性。
V:是强力的碳化物形成元素，并可细化晶粒，增加铸铁的冷硬深度。
1.2.2合金元素对耐磨钢的作用
C:含量增加可提高钢的强度和硬度，当C的质量分数为0.6%时，马氏体硬度达到最高值，增加C量可提高钢的淬透性。在高锰钢中与Mn配合，Mn/ C的质量分数为8-11时，使钢具有加工硬化能力，提高耐磨性。
Mn:能大大提高钢的淬透性，有助于提高正火的效果。在高锰钢中，使钢生成奥氏体而韧性提高，C配合使钢具有加工硬化能力，而提高耐磨性。
Si:降低临界冷却速度，促使钢生成马氏体。在高锰钢中降低钢的耐磨性。
Cr:能提高钢的淬透性，提高强度、硬度和耐磨性，但铬钢韧性差，回火脆性敏感。加入高锰钢中可提高耐磨性。
Ni:可改善低温韧性和提高淬透性，和Cr, Mo同时使用则效果更好。
Mo:可提高淬透性，Mo的质量分数为0.15%一0.3%时，可使钢的回火脆性的敏感性降至最低。
V:可抑制钢在热处理时晶粒长大，V的质量分数在0 .05%以下时可提高钢的淬透性。
Ti:可细化钢的晶粒。
B:提高钢的淬透性，比Cr,Ni, Mo都强得多。
2.燃煤电厂用耐热件
耐热钢广泛应用于冶金、电力、建材、航空等行业，如电厂锅炉的火嘴，工作在1000℃左右的温度下，受到煤粉的冲刷磨损，还有炉气的腐蚀，要求长期使用不变形、耐磨损、抗氧化。
2.1耐热钢的性能要求
耐热钢的耐热性能包括高温抗氧化性和高温力学性能。高温抗氧化性用增重法来测定其氧化速度。高温力学性能包括瞬时性能和持久性能，因持久性能测试成本高、时间长，所以一般仅测试高温瞬时力学性能。
耐热钢的焊接性能十分重要，因许多耐热件在现场是用焊接的方法进行装配的，珠光体和马氏体耐热钢焊接性能不好，而铁素体和奥氏体耐热钢焊接性能很好。
2.2合金元素在耐热钢中的作用
C:扩大奥氏体区元素，可以强化基体，提高常温强度，也可增加高温强度，但其是碳化物形成元素，在高温下长期使用会使固溶体中析出较多碳化物，造成固溶体中合金元素贫化，降低强化作用，碳化物周围出现贫铬现象，降低高温抗氧化性，同时碳化物不断聚集长大，降低抗蠕变能力，所以含C量不宜太高。
Cr:提高钢的抗氧化性及耐蚀性，也起固溶强化作用。随含Cr量的增加，抗氧化性也逐步提高，但当含Cr的质量分数 >24%时，抗氧化性的提高趋于平缓。当Cr的质量分数 >12%，抗电化学腐蚀能力有明显提高。当Cr的质量分数=2%时，对铁素体强化作用显著，当Cr的质量分数=3%-10%时热强性反而降低，当Cr的质量分数 >10%时，热强性又有增加。
Ni:扩大奥氏体区，提高钢的耐热性及热强性，当Ni达到一定含量时，可获得奥氏体耐热钢。Ni可增加钢的耐蚀性。当Ni和Cr配合使用时，可获得更好的效果。
Si:可形成钝化膜而提高抗氧化性，当Si的质量分数<2%时，减少氧化损失显著。Si还可提高在硫气氛中的抗蚀能力。Si可代替部分Cr。Si量高时使热加工性能变差，一般Si的质量分数在2%左右。
Mn:扩大奥氏体区，可提高溶解碳的能力，避免碳化物的出现。Mn对热强性和抗氧化性影响不大，但Mn含量过高时，有损于抗氧化性。
Mo:有显著的固溶强化作用，提高抗蠕变能力，提高钢的热强性。
W:作用和Mo相似，但比Mo弱，和Mo配合使用效果好。
A1:与Cr, Si复合使用，在高温下形成致密的钝化膜而提高抗氧化性，但易使蠕变抗力降低，不利于热强性。A1量过多，使钢水流动性降低，夹杂物增加，造成韧性下降，一般A1量控制在3%以下。
V, Ti, Nb, Zr:是强烈形成碳化物元素，与钢中的Cr, N化合，形成稳定的碳化物和氮化物，并弥散分布于基体中，可提高钢的热强性，同时使Cr, Mo, W不易形成碳化物，更多的进入基体，发挥固溶强化作用。Nb和Ti还可细化晶粒，提高耐蚀性，Ti还可提高抗氧化性。
N:扩大奥氏体区，N和Mn配合使用可代替部分Ni。 N可细化晶粒，增加高温强度，但N含量高易形成气孔和夹杂物，一般控制在0.3%以下。
RE:微量RE可提高钝化膜的稳定性，因而可提高抗氧化性，同时可细化晶粒，净化晶界，改善合金的组织和性能;增加抗蠕变能力和热强性，但RE加入量应严格控制以免增加钢中的夹杂物。
3.结束语
我国在耐磨、耐热材料的科研方面具有国际先进水平，但在耐磨件、耐热件的生产方面，因人才、管理、工艺等因素的影响，产品质量和国外产品尚有差距。过去每个省都有一家电力修造企业生产耐磨件，因管理体制和市场竞争力弱等原因，目前电力修造企业生产耐磨件、耐热件的已不多。通过体制改革，各电厂纷纷在白己的三产企业生产耐磨件、耐热件，但因缺乏技术人才、缺乏管理经验，造成在生产工艺、产品质量、产品的技术含量方面都存在一些问题，有能力参与国内市场竞争的厂家更少。
中央经济工作会议要求“推进垄断行业改革，通过政企分开和企业重组，打破行业垄断，形成适度竞争”。目前我国除有5个发电公司、2个电网公司和4个辅业公司外，还有和香港及国外公司合资或独资建设的新电厂，并要求深化“厂网分家，竞价上网”的改革。除煤炭外，耐磨件和耐热件是火电厂的大宗消耗品，直接影响着发电成本。打破行业垄断后，形成适度市场竞争，使得各电力公司及各个电厂要合理地、科学地使用价格适中、性能优良的耐磨件、耐热件，以降低发电成本，增加上网销售电价的市场竞争力。
国内生产耐磨件、耐热件的生产厂家数以千计，其产品质量良荞不齐。多年来耐磨件、耐热件的国家标准不多，而电力行业就没有标准，直至1997年电力部下达编制标准的计划，于1999年8月经国家经贸委批准，两项中国电力行业标准DL/T681 -1999《磨煤机耐磨件技术条件》和DL/T680-1999《耐磨管道技术条件》开始实施，使供应电厂的生产厂家有了生产标准，也给电厂提供了选材和验收的依据。
1.燃煤电厂用耐磨件
1.1磨损工况简介
(1)球磨机衬板和磨球。在球磨机旋转时，磨球和煤被带动，上部的磨球和煤抛落下来，磨球冲击煤，使其破碎，白身和衬板也受到冲击;磨机下部的磨球和煤，在旋 转上升时出现相对滑动，而产生研磨作用。因而对磨球来说不仅要求其耐磨，而且在承受冲击时，破碎率不可太高;对衬板来说，除要求其耐磨性要好之外，也要求其韧性要好，不得断裂。
(2)中速磨磨辊和磨盘瓦。中速磨在运转时，磨辊碾压磨盘瓦上的煤，当煤中有石块或铁块时，磨辊虽可跳过，但也受到冲击。因而对磨辊和磨盘瓦要求其耐磨性好，也要有一定的冲击韧性。
(3)风扇磨冲击板和护甲。风扇磨在高速旋转中，冲击板把煤打碎，护甲把煤反弹回来，冲击板继续对其冲击，直至粉碎。因而对冲击板的要求，首先是韧性好，不可断裂破碎，其次是耐磨性要好;对护甲来说，韧性的要求可稍低一些。
(4)煤粉和除灰管道。其磨损机理属于冲刷磨损，当电厂正常运行和煤质一定的情况下，主要是冲击角影响其使用寿命，弯头磨损快，直管磨损慢;除灰管道还要能承受一定的压力。
(5)灰浆泵和阀门过流配件。承受冲刷磨损和气蚀，还有一定的腐蚀。
(6)其他设备配件。引风机叶片主要受到冲刷磨损;斗轮机的铲斗，给煤机配件主要受到煤的切削和凿削;碎渣机和捞渣机配件主要受到切削、凿削，还有腐蚀。
1.2 耐磨材料
1.2.1合金元素对耐磨铸铁的作用
C:含量增加使白口铸铁中碳化物增加，而使其硬度增加，从而具有良好的耐磨性，但脆性也增加。如C含量高时，Si含量应低一些。
Si:含量在白口铸铁中一般不应过高，以免影响冷硬深度，生成珠光体，但在Mo,Ni, Mn, Cr有足够含量时，Si含量增加可提高合金铸铁的Ms点，有利于提高马氏体总量和硬度。
Mn和S:应一起考虑，他们单独存在会增加冷硬深度，共同存在则相反，但一般S含量较少，所以过量的Mn可增加硬度，是因Ni可以细化组织，形成高硬度马氏体一碳化物结构。但Mn量大于1.5%时，马氏体铸铁强度、韧性下降，耐磨性也下降。
P:除在高磷铸铁中之外，其他铸铁P含量都应较低。
Cr:是形成碳化物元素，使白口铸铁硬度增加，耐磨性提高。
Ni:几乎全部在奥氏体和它的转变产物中，它促进石墨的形成，但在白口铸铁中，这种作用一般会被加入的Cr抵消。当Ni量在4.5%以下时，空冷即可获得马氏体组织。
Cu:可抑制珠光体的形成，还可增加白口铸铁的耐腐蚀性。
Mo:可有效地抑制珠光体的形成，可增加淬火深度，而对奥氏体没有明显地稳定作用，提高白口铸铁耐磨性。
V:是强力的碳化物形成元素，并可细化晶粒，增加铸铁的冷硬深度。
1.2.2合金元素对耐磨钢的作用
C:含量增加可提高钢的强度和硬度，当C的质量分数为0.6%时，马氏体硬度达到最高值，增加C量可提高钢的淬透性。在高锰钢中与Mn配合，Mn/ C的质量分数为8-11时，使钢具有加工硬化能力，提高耐磨性。
Mn:能大大提高钢的淬透性，有助于提高正火的效果。在高锰钢中，使钢生成奥氏体而韧性提高，C配合使钢具有加工硬化能力，而提高耐磨性。
Si:降低临界冷却速度，促使钢生成马氏体。在高锰钢中降低钢的耐磨性。
Cr:能提高钢的淬透性，提高强度、硬度和耐磨性，但铬钢韧性差，回火脆性敏感。加入高锰钢中可提高耐磨性。
Ni:可改善低温韧性和提高淬透性，和Cr, Mo同时使用则效果更好。
Mo:可提高淬透性，Mo的质量分数为0.15%一0.3%时，可使钢的回火脆性的敏感性降至最低。
V:可抑制钢在热处理时晶粒长大，V的质量分数在0 .05%以下时可提高钢的淬透性。
Ti:可细化钢的晶粒。
B:提高钢的淬透性，比Cr,Ni, Mo都强得多。
2.燃煤电厂用耐热件
耐热钢广泛应用于冶金、电力、建材、航空等行业，如电厂锅炉的火嘴，工作在1000℃左右的温度下，受到煤粉的冲刷磨损，还有炉气的腐蚀，要求长期使用不变形、耐磨损、抗氧化。
2.1耐热钢的性能要求
耐热钢的耐热性能包括高温抗氧化性和高温力学性能。高温抗氧化性用增重法来测定其氧化速度。高温力学性能包括瞬时性能和持久性能，因持久性能测试成本高、时间长，所以一般仅测试高温瞬时力学性能。
耐热钢的焊接性能十分重要，因许多耐热件在现场是用焊接的方法进行装配的，珠光体和马氏体耐热钢焊接性能不好，而铁素体和奥氏体耐热钢焊接性能很好。
2.2合金元素在耐热钢中的作用
C:扩大奥氏体区元素，可以强化基体，提高常温强度，也可增加高温强度，但其是碳化物形成元素，在高温下长期使用会使固溶体中析出较多碳化物，造成固溶体中合金元素贫化，降低强化作用，碳化物周围出现贫铬现象，降低高温抗氧化性，同时碳化物不断聚集长大，降低抗蠕变能力，所以含C量不宜太高。
Cr:提高钢的抗氧化性及耐蚀性，也起固溶强化作用。随含Cr量的增加，抗氧化性也逐步提高，但当含Cr的质量分数 >24%时，抗氧化性的提高趋于平缓。当Cr的质量分数 >12%，抗电化学腐蚀能力有明显提高。当Cr的质量分数=2%时，对铁素体强化作用显著，当Cr的质量分数=3%-10%时热强性反而降低，当Cr的质量分数 >10%时，热强性又有增加。
Ni:扩大奥氏体区，提高钢的耐热性及热强性，当Ni达到一定含量时，可获得奥氏体耐热钢。Ni可增加钢的耐蚀性。当Ni和Cr配合使用时，可获得更好的效果。
Si:可形成钝化膜而提高抗氧化性，当Si的质量分数<2%时，减少氧化损失显著。Si还可提高在硫气氛中的抗蚀能力。Si可代替部分Cr。Si量高时使热加工性能变差，一般Si的质量分数在2%左右。
Mn:扩大奥氏体区，可提高溶解碳的能力，避免碳化物的出现。Mn对热强性和抗氧化性影响不大，但Mn含量过高时，有损于抗氧化性。
Mo:有显著的固溶强化作用，提高抗蠕变能力，提高钢的热强性。
W:作用和Mo相似，但比Mo弱，和Mo配合使用效果好。
A1:与Cr, Si复合使用，在高温下形成致密的钝化膜而提高抗氧化性，但易使蠕变抗力降低，不利于热强性。A1量过多，使钢水流动性降低，夹杂物增加，造成韧性下降，一般A1量控制在3%以下。
V, Ti, Nb, Zr:是强烈形成碳化物元素，与钢中的Cr, N化合，形成稳定的碳化物和氮化物，并弥散分布于基体中，可提高钢的热强性，同时使Cr, Mo, W不易形成碳化物，更多的进入基体，发挥固溶强化作用。Nb和Ti还可细化晶粒，提高耐蚀性，Ti还可提高抗氧化性。
N:扩大奥氏体区，N和Mn配合使用可代替部分Ni。 N可细化晶粒，增加高温强度，但N含量高易形成气孔和夹杂物，一般控制在0.3%以下。
RE:微量RE可提高钝化膜的稳定性，因而可提高抗氧化性，同时可细化晶粒，净化晶界，改善合金的组织和性能;增加抗蠕变能力和热强性，但RE加入量应严格控制以免增加钢中的夹杂物。
3.结束语
我国在耐磨、耐热材料的科研方面具有国际先进水平，但在耐磨件、耐热件的生产方面，因人才、管理、工艺等因素的影响，产品质量和国外产品尚有差距。过去每个省都有一家电力修造企业生产耐磨件，因管理体制和市场竞争力弱等原因，目前电力修造企业生产耐磨件、耐热件的已不多。通过体制改革，各电厂纷纷在白己的三产企业生产耐磨件、耐热件，但因缺乏技术人才、缺乏管理经验，造成在生产工艺、产品质量、产品的技术含量方面都存在一些问题，有能力参与国内市场竞争的厂家更少。
