[科普中国]-高压锅炉管

高压锅炉管是锅炉管的一种，属于无缝钢管类别。制造方法与无缝管相同，但对制造钢管所用的钢种有严格的要求。高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件，管子在高温烟气和水蒸气的作用下，会发生氧化和腐蚀。要求钢管具有高的持久强度，高的抗氧化腐蚀性能，并有良好的组织稳定性。高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

介绍高压锅炉管是锅炉管的一种，属于无缝钢管类别。制造方法与无缝管高压锅炉管相同，但对制造钢管所用的钢种有严格的要求。高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件。高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

锅炉管由于长期在高温和高压条件下工作，材料将发生蠕变，塑性和韧性下降，原始组织改变，产生腐蚀等。作为锅炉用的钢管应具备：（1）足够的持久强度；（2）足够的塑性变形能力； （3） 最小的时效倾向和热脆性；（4）高的抗氧化、耐煤灰、耐天然气高温下腐蚀、蒸汽和应力腐蚀性能；（5）良好的组织稳定性以及良好的工艺性能。高压锅炉管的钢种有碳钢以及珠光体、铁素体和奥氏体型不锈耐热钢。为了提高火力发电机组的热效率、降低燃耗，世界各国均以发展大容量、高参数（高温、高压）火电机组（1000MW以上）为主。蒸汽压力提高到31.5～34.3MPa，过热蒸汽温度达595～650℃，向超高压临界压力发展，这样对高压锅炉管提出了更高的要求。为此开发了新的钢种，以满足高参数电站锅炉的需用。

用途分类用于低中压锅炉（工作压力一般不大于5.88Mpa，工作温度在450℃以下）的受热面管子；用于高压锅炉（工作压力一般在9.8Mpa以上，工作温度在450℃～650℃之间）的受热面管子、省煤器、过热器、再热器、石化工业用管等。

按照组成材料分类可分为20G高压锅炉管、12Cr1MoVG高压锅炉管、钢研102高压锅炉管、15CrMoG高压锅炉管、5310高压锅炉管、3087低中压锅炉管、40Cr高压锅炉管、1Cr5Mo高压锅炉管、42CrMo高压锅炉管。

制造及用途（1）生产制造方法：

①一般锅炉管使用温度在450℃以下，国产管主要用10号、20号碳结钢热轧管或冷拔管制造。

②高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件管子在高温烟气和水蒸气的作用下，会发生氧化和腐蚀。要求钢管具有高的持久强度，高的抗氧化腐蚀性能，并有良好的组织稳定性。

（2）用途：

①一般锅炉管主要用来制造水冷壁管、沸水管、过热蒸汽管、机车锅炉用的过热蒸汽管，大、小烟管及拱砖管等。

②高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

高压锅炉管的生产工艺随钢种的不同各有差异。以珠光体型铬钼钒钢为例，锅炉管的生产工艺特点是：（1）管坯应剥皮，剥皮量通常为5mm；（2） 由于钢质较硬，管坯多用氧气切割或锯切；（3）由于铬钼钒钢的导热性比碳钢低，加热速度宜稍慢，加热温度为1120～1180℃，穿孔温度为1100～1160℃； （4）这类钢在1000～1100℃区间有良好的塑性和低的变形抗力，因而穿孔性能较好，变形参数可照中碳钢或合金钢（例如30CrMnSiA）选取；（5）轧后钢管要正火和回火，正火温度为950～980℃，回火温度为730～750℃，保温时间为2～3h；（6）钢管尺寸公差较严，以保证对口焊接；管子长度尽可能长，以利于减少焊口数量。1

规格及外观质量（1）GB3087-2008《低中压锅炉用无缝钢管》规定。各种结构锅炉用钢管规格，外径10～426mm，共计43种。壁厚1.5～26mm共计29种。但机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管的外径和壁厚另有规定。

（2）GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》热轧管的外径22～530mm，壁厚20～70mm不等。冷拔（冷轧）管外径10～108mm，壁厚2.0～13.0mm不等。

（3）GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》和GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》的规定。外观质量：钢管内外表面不允许有裂缝、折叠、轧折、结疤、离层和发纹。这些缺陷应完全清除掉。清除深度不得超过公称壁厚的负偏差，其清理处实际壁厚不得小于壁厚所允许的最小值。

采用钢号（1）优质碳素结构钢钢号有20G、20MnG、25MnG。

（2）合金结构钢钢号15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB等。

（3）有锈耐热钢常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb锅炉管除保证化学成分和机械性能外，要逐根做水压试验，要作扩口、压扁试验。钢管以热处理状态交货。

此外，对成品钢管显微组织、晶粒度、脱碳层也有一定要求。

微量有害元素As、Sn、Pb、Bi氧势小于Fe的氧势，在炼钢过程中完全残留在钢液。要控制钢中微量有害元素，必须从炼钢炉料的源头来控制

1．表中所列牌号为优质钢。如果是高级优质钢，在牌号后面加“A”（统一数字代号最后一位数字改为“3”）；如果是特级优质钢，在牌号后面加“E”（统一数字代号最后一-位数字改为“6”）；对于沸腾钢，牌号后面为“F”（统一数字代号最后一位数字为“0”）；对于半镇静钢，牌号后面为“b”（统一数字代号最后一位数字为“1”）。

2．使用废钢冶炼的钢允许含铜量不大于0.30%。

3．热压力加工用钢的铜含量应不大于0.20%。

4．铅浴淬火（派登脱）钢丝用的35.85钢的锰含量为0.30%-0.60%；铬含量不大于0.10%，镍含量不大于0.15%，铜含量不大于0.20%；硫、磷含量应符合钢丝标准要求。

5．08钢用铝脱氧冶炼镇静钢，锰含量下限为0.25%，硅含量不大于0.03%，铝含量为0.02%-0.07%。此时钢的牌号为08A1。

6．冷冲压用沸腾钢含硅量不大于0.03%。

7．氧气转炉冶炼的钢其含氮量应不大于0.008%。供方能保证合格时，可不做分析。

8．经供需双方协议，08-25钢可供应硅含量不大于0.17%的半镇静钢，其牌号为08b-25b。

9．上述各成分含量皆指质量分数。

回火方法将淬火成马氏体的20G高压锅炉管加热到临界点以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使高压锅炉管的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢管的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。高压钢管中的淬火马氏体，是碳在-Fe中的过饱和固溶体，具有体心正方结构，其正方度/随含碳量的增加而增大。马氏体组织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火20G高压锅炉管，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火高压锅炉管的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同。2

除锈方法高压锅炉钢管除锈的基本方法：
（1）清洗:利用溶剂、乳剂清洗高压锅炉钢管表面，以达到去除油、油脂、灰尘、润滑剂和类似的有机物，但它不能去除高压锅炉钢管表面的锈、氧化皮、焊药等，因此在防腐生产中只作为辅助手段。
（2）工具除锈:主要使用钢丝刷等工具对高压锅炉钢管表面进行打磨，可以去除松动或翘起的氧化皮、铁锈、焊渣等。手动工具除锈能达到Sa2级，动力工具除锈可达到Sa3级，若高压锅炉钢管表面附着牢固的氧化铁皮，工具除锈效果不理想，达不到防腐施工要求的锚纹深度
（3）酸洗:一般用化学和电解两种方法做酸洗处理，管道防腐只采用化学酸洗，可以去除氧化皮、铁锈、旧涂层，有时可用其作为喷砂除锈后的再处理。化学清洗虽然能使表面达到一定的清洁度和粗糙度，但其锚纹浅，而且易对环境造成污染。
（4）喷（抛）射除锈:喷（抛）射除锈是通过大功率电机带动喷（抛）射叶片高速旋转，使钢砂、钢丸、铁丝段、矿物质等磨料在离心力作用下对钢管表面进行喷（抛）射处理，不仅可以彻底清除铁锈、氧化物和污物，而且高压锅炉钢管在磨料猛烈冲击和磨擦力的作用下，还能达到所需要的均匀粗糙度。
喷（抛）射除锈后，不仅可以扩大管子表面的物理吸附作用，而且可以增强防腐层与管子表面的机械黏附作用。因此，喷（抛）射除锈是管道防腐的理想除锈方式。一般而言，喷丸（砂）除锈主要用于高压锅炉钢管内表面处理，抛丸（砂）除锈主要用于管子外表面处理。采用喷（抛）射除锈应注意几个问题。
随着当前我国经济的发展，长输油气管线是能源保障的重要方式，在输油（气）管线防腐施工过程中，高压锅炉钢管的表面除锈也导致了他们使用的寿命因素。确保了防腐层的质量，在同样设备的基础上，大大提高工艺水平，降低生产成本。3

相关标准GB/T3087-2008 —— 中国国家标准（低中压锅炉用无缝钢管）

GB/T5310 -2008—— 中国国家标准（高压锅炉用无缝钢管）

ASME SA106-------美国锅炉及压力容器规范

ASME SA210 —— 美国锅炉及压力容器规范

ASME SA213 —— 美国锅炉及压力容器规范

DIN17175 —— 联邦德国工业标准高压锅炉管抗使用范围

本词条内容贡献者为:

王伟 - 副教授 - 上海交通大学