锅炉用钢管及钢材料标准与安全
随着世界经济的发展，科技的创新，信息的传播，时空缩短了人类之间交往距离，标准在日常生活中无处不在，标准关系你我他。标准化是经济贸易发展的需要，标准化工作对国民经济和社会发展起着重要的技术支撑作用。可以说：标准化让各种各样的连接和界面都更加经济、有效，而标准化的规模则从点对点，延伸到了全国范围，再到全世界。
我国国民经济和社会发展需要一个完善的、先进的、与国际接轨的标准体系作为重要技术基础，规范我国市场经济秩序和完善我国社会主义市场经济体系建设需要标准体系作为必要的支撑，在全球经济一体化的新形式下，提高我国产品质量、服务质量和工程质量，增强我国企业和产品在国际市场的竞争力，需要先进的与国际接轨的标准体系作为重要的应对手段，建设小康社会，确保消费安全，提高人民生活质量，需要一个完善的先进的与国际接轨的标准体系作为必要条件。因此，标准化工作就越来越凸显其重要作用。
而安全始终贯穿于标准化工作中。安全牵涉的面很广，对于人类来说，面临着：交通安全、食品卫生安全、房屋建筑、生活起居、天灾人祸等隐患，对于冶金行业就牵涉到在工作环境中造成的特种安全设备的质量与安全性的所在，这就取决于设备材料的质量与性能。而控制与保证质量的法宝就是标准！标准是工业技术的具体体现，因此，标准是否能及时体现技术的发展方向和服务于生产是衡量标准先进性的一个重要指标。
目前我国与人身安全有着密切关系的标准包括：锅炉用钢、压力容器用钢、气瓶、石油化工、建筑结构用钢、桥梁钢等方方面面，大部分均为强制性国家标准。锅炉用钢标准是标准研究的重点领域。锅炉压力容器是生产和生活中广泛使用的、危险性较大的特种设备，一旦发生事故，会造成严重的人身伤亡及重大的财产损失。我国政府明确指出安全技术规范是规定强制执行的特种设备安全性能和相应的设计、制造、安装、修理、改造、使用管理规定和检验检测方法以及许可、考核条件、程序的一系列具有行政强制力的规范性文件，凡安全技术规范所引用的标准，标准一旦被引用，具有与安全技术规范同等的法律效力和强制属性，并成为法律法规体系的组成部分。准确地说，标准化使世界更安全！
一．锅炉用钢标准体系组成
二十世纪的火力发电技术获得了辉煌的成就，电能已成为能源转化和使用的主要方式，成为一个国家经济发达程度的标志，同时也成为人类文明生活不断提高的物质基础。提高火电机组的参数，是实现电能生产的高效、洁净、经济、可靠、安全要求的最重要途径之一。为此在过去的二十世纪内，人们进行了卓有成效的工作。单就发电动力而言，火电机组的参数经历了高压、超高压、亚临界和超临界的发展阶段，目前正在向超超临界挺进，机组的单机容量已达1300MW，电站效率超过42%并逐渐逼近45%。
火电机组参数的提高与发展，主要取决于火电机组锅炉蒸汽参数的提高和锅炉用材料技术的发展。各国在发展超临界机组时，无不把材料的研制放在十分重要的地位。经过近三十年的试验、制造和运行经验，特别是上世纪九十年代，材料科学取得突破，一大批新型材料的研究开发与应用，使得超临界机组技术已经日趋成熟。锅炉用钢的选择、制造、采购、验收等环节是锅炉制造质量保证体系的重要组成部分。
标准体系就是一定范围内的所有标准，按其内在联系形成的科学有机整体，体系内的标准组成结构层次恰当、功能配套，形成互相关联、互相制约、互相协调的配套
第 21 页 共 41 页
系统。建立和完善标准体系，是为了满足技术进步、适应生产技术对标准的需要和要求。
我国锅炉制造业的标准化工作已历经四十余年，经过从无到有、从逐步满足生产需要到形成标准体系，现已建立了包含一百多项标准的锅炉及辅机标准体系。其中锅炉用钢标准，大部分由全国钢标准化技术委员会归口制订，如GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》、GB5310《高压锅炉用无缝钢管》和GB713《锅炉用钢板》等。我国现有的锅炉用钢标准体系大体上可分为基础标准和钢类产品标准两层；钢类产品标准按不同的产品，分为通用标准和产品标准两类，体系明细表见表1所示。
表1：我国锅炉用钢标准体系明细表 产品类标准分类 标准编号 标准名称 别 综合性 GB/T17505-1998 钢及钢产品交货一般技术要求 GB/T700-1988 碳素结构钢 基础标准 通用钢GB/T699-1999 优质碳素结构钢 类 GB/T1591-1994 低合金高强度结构钢 GB/T3077-1999 合金结构钢 通用标GB/T2102-1998 钢管的验收、包装、标志和质量证明书 准 GB/T17395-1998 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差 GB3087-1999 低中压锅炉用无缝钢管 锅炉钢GB5310-1985 高压锅炉用无缝钢管 管 产品标GB13296-1991 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 准 GB/Txxxxx-xxxx 高压锅炉用内螺纹无缝钢管（正在报批） 产品GB/T13793-1992 直缝电焊钢管 标准 GB/T247-1997 钢板和钢带检验、包装、标志及质量证 GB/T14977-1994 明书的一般规定 GB/T708-1988 热轧钢板表面质量的一般要求 锅炉 通用标GB/T709-1988 冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及钢板 准 允许偏差 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差 第 22 页 共 41 页
锅炉用钢板 压力容器用钢板 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带 优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带 优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 产品标碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板准 及钢带 碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带 连续热镀锌薄钢板和钢带 深冲压用冷轧薄钢板及钢带 不锈钢冷轧钢板 不锈钢热轧钢板 耐热钢板 通用标GB/T2101-1989 型钢验收、包装、标志及质量证明书的准 一般规定 GB/T11263-1998 热轧H型钢和剖分T型钢 YB/3301-1992 焊接H型钢 GB/T706-1988 热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏GB/T707-1988 差 型钢 产品标GB/T704-1988 热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差 准 GB/T9787-1988 热轧扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T9788-1988 热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差 热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T702-1986 热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允GB/T905-1994 许偏差 GB/T908-1987 冷拉圆钢、方钢、六角钢尺寸、外形、吊杆圆产品标GB/T1220-1992 重量及允许偏差 钢 准 GB/T1221-1992 锻制圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差 不锈钢棒 耐热钢棒 二．标准体系与美国ASME标准
我国GB钢材标准是在计划经济体制下，以供方为主编制的钢材质量标准，以反映钢材生产厂的要求为主。锅炉压力容器标准中引用了其中部分内容，但钢材标准不能全面地反映钢材使用者的要求。而ASME钢材标准是在市场经济模式下，由供需双方共同编制，且以反映钢材使用者的要求为主的标准，同时也是压力容器规范的一个组成部分。即使如此，在使用ASME钢材标准时，一般均有用户采购技术规范进行补充、完善。ASME钢材标准不仅是钢材生产部门的质量标准，而且是钢材使用单位（设
第 23 页 共 41 页
GB713-1997 GB6654-1996 GB/T710-1991 GB/T711-1988 GB/T13237-1991 GB/T912-1989 GB/T3274-1988 GB/T11253-1989 GB/T2518-2004 GB/T5213-2001 GB/T3280-1992 GB/T4237-1992 GB/T4238-1992
计、制造、检验）在选用、采购、验收、检验、加工时的依据。正因为如此，钢材标准的内容远远超过了国内的钢材标准，成为锅炉压力容器规范不可缺少的一部分。
三．产品标准与安全
锅炉用钢的选择、制造、采购、验收等环节是锅炉制造质量保证体系的重要组成部分，也是安全生产的重要保证。
1.锅炉钢板标准
锅炉钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一，主要是指用来制造锅炉中的锅壳、锅筒、集箱端盖、支吊架等重要部件用的热轧专用碳素钢和低合金耐热钢中厚钢板材料。锅炉钢板常常处于中、高温和高压状态下工作，除承受较高温度和压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气的腐蚀，工作条件较差。如果锅炉在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重的损失。因此锅炉钢板必须具有良好的物理性能、力学性能和可加工性，并在材料标准的技术条款中给予严格的规定，以满足其使用中的安全。
从材料上来分，锅炉钢板可分为专用碳素钢板和低合金耐热钢板两类。锅炉钢板所用的材料对化学成分，特别是对磷、硫等有害元素和铬、镍、铜等残余元素有严格的控制；冶炼时还应进行良好的脱氧和去除非金属夹杂物，以保证良好的塑性和韧性；组织结构要求均匀，晶粒度控制在一定范围内（通常希望晶粒度在3～7级之间）；对表面质量和内部缺陷也有严格的要求；此外常温和高温力学性能必须保证。在GB713-1997《锅炉用钢板》标准中明确规定应采用炉外精炼方法冶炼锅炉用钢。
根据工作条件不同，锅炉钢板又可分为制造室温及中温承压部件钢板和制造高温承压部件钢板两大类。
室温及中温（蠕变温度以下）用锅炉钢板，大多采用碳素钢，包括碳钢、碳锰钢、碳锰硅钢等，即GB713-1997《锅炉用钢板》中的20g、22Mng、16Mng、19Mng钢，以及ASME SA-515/SA-515M《中高温压力容器用碳钢板》、SA-299/SA-299M《压力容器用碳锰硅钢板》等。主要用于制造锅炉的锅筒、中温以下集箱端盖等承压部件。要求其应具有较高的室温强度；良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性；由于锅筒等部件在加工时需要大量的冷变形，因此还要具有良好的时效韧性；另外还要具备良好的加工工艺性和焊接性能；以及良好的低倍组织等。
高温（蠕变温度以上）用锅炉钢板，一般采用低合金耐热钢，常用有铬钼钢、铬钼钒钢、铬钼钨钢等。例如GB713-1997《锅炉用钢板》中的15CrMog、12Cr1MoVg，以及ASME SA-387/SA387-M《压力容器用铬-钼合金钢板》中的Gr22、Gr91和ASME SA-1017/SA1017-M《压力容器用铬-钼-钨合金钢板》中的Gr23、Gr911、Gr122钢等。主要是用以制造高温集箱封头端盖、蒸汽管道堵板等高温承压部件。要求其必须具有足够的高温持久强度和持久塑性；良好的高温组织稳定性；良好的高温抗氧化性（耐热性）；以及良好的冷热加工工艺性（主要指冷弯变形和可焊接性）等。
用于室温及中温（蠕变温度以下）的碳锰系列锅炉钢板，GB713共收纳了5个牌号，可以满足亚临界以下火电机组锅炉中汽包锅筒、水冷壁集箱端盖、以及低温过热器和省煤器集箱端盖、支吊架等零部件的需要。用于高温（蠕变温度以上）的铬钼系列锅炉钢板，GB713-1997中牌号只有2个。其中15CrMog最高使用温度为550℃，12Cr1MoVg最高使用温度为565℃。而目前超临界火电机组锅炉中的高温过热器和再热器集箱等部件的金属壁温已经达到600℃以上，预计标准修订过程中将考虑把ASME标准中那些可以使用在600℃及以上的材料SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、
SA-387Gr911、SA-1017Gr122等，纳入我国的锅炉用钢板标准，以适应超临界火电机组锅炉技术的发展，提升我国冶金和机电产品的整体水平。
第 24 页 共 41 页
GB713-1997《锅炉用钢板》标准规定：对厚度大于20mm的钢板可进行高温拉伸试验，试验温度从200℃～450℃与高温规定残余伸长应力的最小值也有一定的要求，针对产品质量迈出了更高的一步。
2．锅炉钢管标准
钢管标准在一定程度上发挥了技术导向作用，引导了钢管制造业资金流动方向和市场取向，使其技术和产品较好地满足了我国经济和产业结构调整目标的实现。我国制定的大部分钢管标准通常是规定了产品品种、规格技术要求、质量性能指标、试验检验方法、判定规则等内容，是产品合格与否的依据，是产品能否获得市场准入的关键。
我国的钢管标准体系分基础标准：一是GB/T2102标准，该标准规定了包括无缝钢管、焊接钢管的验收、包装、标志和质量证明书的内容；二是GB/T 17395标准，该标准规定了无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差等内容、适用于各个与钢管有关的各个领域的一般规定，具有普遍的实际应用意义。钢管标准体系还分为：无缝钢管、焊接钢管及特殊形状、特殊工艺制造的钢管主要产品制造方法、技术质量指标要求等标准，对指导组织钢管生产、加工、利用具有一定的指导意义。另外与产品标准质量关联的标准有：反映钢管产品制造和质量性能相关的试验方法的各种测试方法标准，其中力学性能测定有：金属管拉伸、高温拉伸、管环拉伸、冲击等4项，包括GB/T228、GB/T229、GB/T4338、GB/T17104标准；工艺性能试验有：金属管液压试验、扩口试验方法、弯曲试验方法、卷边试验方法、压扁试验方法等5项，包括GB/T241、GB/T242、GB/T244、GB/T245、GB/T246标准；无损探伤检测有：钢管超声波探伤检验方法、涡流探伤检验方法、漏磁探伤检验方法以及用于确认焊接水压密实性的超声波探伤检验方法等4项，包括GB/T5777、GB/T7735、GB/T12606、GB/T18256标准。
我国锅炉压力容器钢管标准近年正在陆续修订。GB5310高压锅炉管标准已于95年修订完成。 95年新版和85年旧版相比，删除用户很少使用或钢厂并未真正组织批量生产过的钢种，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种新的碳钢管和铁素体管，还有1Cr18Ni9(SA-213 TP304H)，1Cr19Ni11Nb(SA-213 TP347H)两种奥氏体钢管子。这8种钢管材料原本都是引进技术考核机组上原设计所用的ASME材料。GB5310-95代表了我国材料标准与国际接轨的方向。
在GB5310-95标准中还强制要求对成品钢管进行超声波和涡流两种无损探伤检验方法，从而保证钢管质量达到设计要求。
3．不锈钢管标准
火电机组三大主机之一的锅炉中的过热器与再热器部件，是承受工作环境最为恶劣的受热部件，面临高温高压水蒸汽氧化、高温烟气中煤粉颗粒的腐蚀，所以也是对材料要求最高的部件。在选用材料上，既要考虑材料的高温性能，又要考虑材料的工艺性和综合经济性。
过热器与再热器所用的管子材料，其蠕变强度必须足够高，在其运行的压力与温度范围内，有充足的安全裕度，同时还要考虑管子对蒸气侧和烟气侧的抗氧化与抗腐蚀的要求。当锅炉内热交换管的金属温度在620℃以上时，一般选用奥氏体不锈钢管。奥氏体不锈钢管主要应用在过热器/再热器管的出口段。在这一管段，除了蠕变强度外，抗蒸汽氧化和烟气腐蚀成为重要考虑的因素。
目前有关锅炉用的奥氏体不锈钢管的标准主要有两个，即GB5310-96《高压锅炉无缝钢管》和GB/T13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》。
第 25 页 共 41 页