Для поверхностей нагрева котлов энергоблоков 500 и 800 МВт в· основном применяются четыре марки стали: сталь 20, 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х18Н12Т (табл. 6-2, 6-6 и 6-7). Эти стали уже многие годы эксплуатируются на энергоблоках меньшей мощности и хорошо освоены нашей промышленностью. Трубы из стали указанных марок поставляются по ТУ 14-3-460-75.
Сталь 20 — углеродистая, с малым содержанием в ней вредных примесей (Си, S, Р); 12Х1МФ и 12Х2МФСР относятся к легированным сталям перлитного класса, для обеспечения необходимых свойств они легированы хромом, молибденом и ванадием (табл. 6-6). В сталь 12Х2МФСР в небольшом количестве введен бор и увеличено содержание кремния до 0,70%. Степень легированности предопределяет температурные области применения материалов. Для наиболее нагретых частей котлов применяется хромоникелевая аустенитная сталь 12Х18Н12Т. Высокое содержание хрома (17·—19%) и никеля (11— 13%) обеспечивают ей хорошую жаропрочность и высокую окалино- стойкость при температуре не выше 640°С.
Кратковременные механические свойства сталей при 20°С
Таблица 6-Т
Химический состав, %, сталей, применяемых для поверхностей нагрева котлов
Наибольший эффект при легировании стали получается при ее оптимальной микроструктуре. Так, для аустенитной стали 12Х18Н12Т необходимо в процессе производства и термической обработки труб обеспечить размер зерна в пределах 4—7-го баллов. Более мелкое зерно приводит к снижению жаропрочности стали и в первую очередь сопротивления ползучести, а очень крупное зерно не обеспечивает необходимой пластичности металла, особенно после длительной эксплуатации. Для перлитных сталей при оценке уровня жаропрочности основное внимание уделяют количеству феррита в их структуре и дисперсности частиц упрочняющих фаз, главным образом карбидов.
Таблица 6-8
Гарантируемые значения прочностных свойств металла труб из сталей» применяемых для поверхностей нагрева котлов
Примечание. В скобках указаны условные значения прочностных свойств.
Кратковременные прочностные свойства при комнатной температуре всех четырех марок сталей близки (табл. 6-7). Можно лишь отметить, что у аустенитной стали 12Х18Н12Т временное сопротивление разрыву намного превосходит предел текучести. У перлитных сталей эта разница значительно меньше. Отличительной особенностью аустенитных сталей является очень высокое относительное удлинение. Эти стали очень чувствительны к наклепу. Поэтому в технических условиях на котельные трубы 14-3-460-75 введены ограничения на твердость стали 12Х18Н12Т (не более 200 НВ).
Эксплуатационная надежность поверхностей нагрева определяется в первую очередь прочностными свойствами металла труб при повышенных температурах. Поэтому для труб из стали 20 металлургические заводы гарантируют предел текучести при температурах 250—450°С, а для труб из легированных сталей, кроме того, гарантируется и предел длительной прочности (табл. 6-8), при этом жаропрочность при 570 и 610°С у перлитных сталей 12Х1МФ и 12Х2МФСР примерно одинакова. Преимуществом стали 12Х2МФСР является несколько повышенная (за счет хрома) окалиностойкость. Жаропрочность хромоникелевой аустенитной стали 12Х18Н12Т примерно в 2 раза выше, чем перлитной, причем она сохраняется на довольно высоком уровне до 650°С.
Однако следует учитывать, что аустенитная сталь имеет большую чувствительность к наклепу и повышенную склонность к образованию трещин в наклепанных местах в процессе эксплуатации. Поэтому особое внимание должно уделяться соблюдению режимов термической обработки гибов (1120—1150°С). Более высокая температура увеличивает опасность получения разнозернистой структуры, которая может привести к резкому снижению пластичности металла [6-7].
Комплексными исследованиями и опытом эксплуатации была установлена коррозионная стойкость сталей и максимально допустимые температуры. Так, для работы котлов на всех видах топлива предельно допустимой максимальной температурой наружной поверхности труб из сталей 12Х1МФ и 12Х2МФСР считается 585°С, для стали 12Х18Н12Т при использовании в качестве топлива высокосернистых и сернистых мазутов — 610°С и для остальных видов энергетического топлива — 640°С.
Таким образом, анализ свойств и состава сталей указывает на то, что, с одной стороны, применяемые материалы отвечают требованиям технических условий, которые являются достаточно жесткими, и, с другой — свойства применяемых марок сталей и, следовательно, надежность поверхностей нагрева зависят от технологии изготовления труб и соблюдения условий эксплуатации. Опыт эксплуатации показывает, что больше всего повреждаются участки нижней радиационной части, конвективного и ширмового пароперегревателей, выполненные из стали 12Х1МФ. Повышение надежности поверхностей нагрева обеспечивается организацией на заводах-изготовителях входного контроля за качеством поступаемых труб [6-8], улучшением условий эксплуатации, повышением качества изготовления и монтажа котлов и применением новых, перспективных марок сталей (см. § 6-5).
