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【摘 要】 我国以火力发电为主，从电厂锅炉运行情况看，高温高压管路有管壁变薄、断裂、材质石墨化等现象，给安全生产造成威胁。很多电厂也屡有爆管等事故的发生。我们从金属材料在高温高压运行状态下的高温性能和高温耐腐蚀能力的分析入手，并结合我厂和兄弟单位的设备运行情况来探讨一下锅炉耐热钢材使用寿命，以指导锅炉安全运行与检修。
【关键词】 金属高温性能；指导；安全运行；检修
锅炉过热器管、主蒸汽管道、联箱以及管道法兰螺栓等，是在高温（≥450℃）、高压和腐蚀介质（水、蒸汽、烟气等）的作用下长期工作的，一般钢材将会发生组织结构的变化、机械性能的恶化乃至于零件失效，造成事故。因此对锅炉用钢的高温强度和高温耐腐蚀能力有严格的要求。[1]
一、金属的高温机械性能
金属的高温机械性能主要受温度、时间、组织变化三个方面的影响。
温度对机械性能的影响，总的趋势是在超过某一温度时，随着温度的升高，强度降低，塑性增加。
金属的晶内强度与晶界强度相等时的温度称为等强温度，如图1所示。当零件温度超过等强温度后晶界强度小于晶内强度，这时材料破坏为晶间破坏（晶间断裂），即在晶界处因晶粒之间相对滑动而产生裂纹，随裂纹的扩大，最后断裂。等强温度随着强化程度的提高或加载速度的降低而下降。所以在热力设备中有些部件在高温和应力长期作用下其破坏表现为晶间断裂。而在高速载荷下如：短期超温爆管，即使温度较高，往往仍然表现为穿晶断裂。
金属在一定温度和应力的作用下，随时间的增加缓慢地发生塑性变形的现象称为蠕变。对于碳钢及合金钢，当温度分别超过300～350℃和350～400℃时，在应力的作用下也会发生蠕变现象，而且温度愈高、应力愈大，蠕变速度也愈快。在锅炉设备中，蠕变现象如管道的胀粗等现象比较普遍。
金属的蠕变现象可以用蠕变曲线——变形与时间的关系曲线来表示。如图2所示。
蠕变极限是衡量高温强度的指标。在一定的工作温度下，在规定使用时间内使材料产生一定量的总变形的应力值。对于锅炉一般工作期限规定为10万小时（约12年），因此，蠕变极限的确定一般是以在T℃时工作10万小时总变形量为1%时的应力值，σT1X10-5，单位是MN/m2，意思就是在T℃时引起蠕变速度为1×10-5%/h的最高应力。电厂锅炉在工作中允许出现少量塑性变形，但是在整个工作期限内由蠕变所积累的塑性变形量必须小于许可值。例如锅炉中承受内压力作用元件的许可值为0.01mm/mm或1%。工作期一般都规定为10万小时。
蠕变现象的本质是金属塑性变形（硬化）与再结晶（软化）的交替过程。产生蠕变的条件：一是应力超过该材料的弹性极限；二是温度超过该材料的再结晶温度。
二、钢在高温下的氧化与腐蚀
（一）钢在高温下的氧化
氧化是一种典型的化学腐蚀，即介质跟金属直接接触发生化学反应，腐蚀产物可以附着在金属表面。火力发电厂中许多高温部件在运行中跟烟气、空气或蒸汽接触，使金属发生化学反应。例如锅炉过热器管的外表面与烟气接触、主蒸汽管外表面与空气接触都会发生氧化反应。金属的氧化过程主要是金属原子通过氧化膜扩散到表面继续与氧作用。因此，氧化膜厚度增加速度，即氧化速度主要取决于金属原子通过氧化膜的扩散速度。
在氧化介质一定、合金成分相同的情况下，氧化速度主要跟温度有关。如图3所示，随着温度的升高铁的氧化加剧。因为温度升高，氧化反应和扩散速度都会加快。
金属氧化到一定程度后能否继续氧化取决于氧化膜的性质。根据金属的化学性质大致可分为三种情况：
1）不生成完整的连续的氧化膜，如图4曲线I所示。
2）生成完整的氧化膜，但是原子或离子能通过它进行扩散。如图4曲线Ⅱ所示。
3）生成完整的氧化膜，而且膜能阻碍原子或离子的扩散。如图4曲线Ⅲ所示。
提高钢在高温下抗氧化性能的基本方法是合金化。加入的合金元素应能在钢的表面生成一层稳定的合金氧化膜，以阻止铁跟氧的化合。
（二）钢的高温腐蚀
锅炉设备中过热器等受热面管子，其外壁跟高温烟气接触，内壁跟汽、水相接触，常会产生腐蚀，使管子有效厚度逐渐减小最后导致爆管。所谓管材的不锈、耐热不起皮都是相对而言，是指在一定介质里具有较高的抗腐蚀性能。
常见的高温腐蚀类型如下：
1.蒸汽腐蚀（或氢腐蚀）
当温度超过400℃时，锅炉受热面管子将产生蒸汽腐蚀，其化学反应如下：
3Fe+4H20→Fe304+4H2↑
反应所生成的氢气如果不能较快地被汽流带走，它将同金属作用，导致金属强度降低而产生脆性破坏。腐蚀反应中的氢呈原子状态，在金属中沿晶界渗透扩散，如果原子氢变成分子氢，或与钢中的渗碳体按下式作用，氢夺取碳化铁中的碳，生成甲烷：
Fe3C+4H→3Fe+CH4↑
由于甲烷是一种气体分子，在金属中将产生巨大的内应力，结果会在晶界部位产生裂纹和脱碳。蒸汽腐蚀有时也称"氢腐蚀"。图5为某直流锅炉水冷壁管氢腐蚀爆破的破口形貌。裂纹沿晶发展，旁边有脱碳现象。
2.烟气腐蚀
燃料燃烧时在烟气中生成SO3和SO2。当烟气经过锅炉尾部受热面管子（省煤器、空气预热器等）时，被冷却到一定温度，烟气中的水开始凝结并与SO3、SO2结合成硫酸和亚硫酸溶液，使受热面管子腐蚀损坏（为低温腐蚀）。此外，对于高压锅炉水冷壁管，燃料燃烧分解出的硫原子与其相遇也会发生硫腐蚀（为高温腐蚀）。烧油时还可能发生钒腐蚀。
3.垢下腐蚀
在锅炉受热面管子中，有时一些部位由于汽水流通受阻而造成沉淀，垢下含有氧化铁及氧化铜等，器壁金属同它们接触过程中，将产生下列反应： 4Fe2O3+Fe→3Fe3O4
4CuO+3Fe→Fe3O4+4Cu
这种反应是以电化学方式进行的。氧化铁和氧化铜构成阴极，金属管壁为阳极，阳极将不断被腐蚀。
4.苛性脆化
锅炉汽包等设备的铆接（或胀接）缝隙处，由于介质的不断浓缩，形成高浓度的碱性溶液，在部件的拉应力区域（如铆接或胀接处）产生腐蚀裂纹，即苛性脆化。
5.应力腐蚀
应力腐蚀是材料在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生的破坏现象。应力腐蚀破坏的特征是：裂缝同拉应力方向垂直，断口呈脆性破坏。
金属的应力腐蚀破坏是具有选择性的，一定的金属材料在一定的介质中才会发生。
6.腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是在交变应力下金属在腐蚀介质中发生的疲劳破坏。腐蚀疲劳破坏的过程首先是在金属表面因介质作用形成腐蚀坑，然后在介质和交变应力作用下发展成疲劳裂纹，逐渐扩展至疲劳断裂。因此，断口保留疲劳破坏的特征。腐蚀疲劳一般具有多个裂源，裂纹分叉和走向为穿晶-沿晶混合型。
提高钢的耐腐蚀性能的方法主要有三个：
1）在钢中加入铬、铝、硅，使钢的表面生成一层致密的氧化膜，隔绝金属与氧的接触而起保护作用。
2）提高钢的电极电位。铬溶于钢中形成固溶体时，可大大提高钢的耐腐蚀性能。含铬量超过11.7%时，钢的电极电位发生突变，即由负变为正达到完全钝化。
3）使钢的组织为单相固溶体，如单相铁素体或单相奥氏体，以减少微电池的数目。常用的有高铬不锈钢和镍铬不锈钢。
三、钢的组织稳定性
目前锅炉用耐热钢主要是低合金珠光体耐热钢和少量马氏体钢。这两类钢在使用状态下的组织都是由铁基固溶体和碳化物所组成。它们在高温长期运行过程中发生的组织变化主要有：
（一）珠光体球化和碳化物聚集
20碳钢和15CrM0、12CrlMoV等珠光体耐热钢，它们的原始组织一般是铁素体加珠光体，珠光体组织中的渗碳体呈片状。这些钢材经高温长期运行后，渗碳体将由片状逐渐变成球状，并聚集长大。这种现象称为珠光体球化。
发生珠光体球化是因为片状渗碳体的表面积比同体积的球状渗碳体要大，总表面能较高，因此，球状渗碳体比片状渗碳体稳定。在常温下原子活动能力较低，不会发生球化过程；但在高温和应力作用下，原子活动能力增加，扩散加速，从而能够发生珠光体球化过程。它使钢的高温强度降低，尤其不利的是它使钢的蠕变极限和持久强度下降，从而加速高温部件在运行过程中的蠕变速度，导致其加速破坏。目前在火力发电厂中，珠光体严重球化仍然是引起爆管事故的重要原因。
影响珠光体球化的因素很多，主要是温度、时间和钢的化学成分、原始组织、变形程度等。合金元素铬、钼、钒阻止球化过程，铝促进球化。
（二）石墨化
石墨化是指钢中的渗碳体分解析出游离碳???石墨的一种组织转变。石墨化现象的发生会使钢材性能恶化，甚至导致钢管发生脆性爆破事故。
石墨化过程是以扩散为基础的，一切影响原子扩散的因素，诸如温度、时间、钢的化学成分、晶粒大小以及残余应力等都会影响钢的石墨化过程。铝和硅是促进石墨化的元素，铬、钛、铌、钒等强碳化物元素可以有效地阻止石墨化，其中铬的效果最好。对高压蒸汽管道，石墨化最容易出现在焊缝的热影响区。碳钢中析出的石墨形态，常见的有球状、团絮状和链状三种。
（三）合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配
合金元素的重新分配是珠光体耐热钢在长期运行过程中的另一个重要的组织变化。在高温应力长期作用下，钢中合金元素重新分配的特点是：固溶体中合金元素的含量逐渐减少，碳化物中合金元素含量逐渐增多，使固溶体中合金元素逐渐贫化。结果使钢的强度、蠕变极限和持久强度下降，不利于高温部件的安全运行。
合金元素重新分配过程随温度升高和时间的增长而加强，钢中含碳量升高也会加速这一过程的进行。特别是当运行温度接近于钢材的使用温度上限时，合金元素的迁移速度更快。
（四）时效和新相的形成
时效就是从过饱和固溶体中析出高度弥散的强化相（新相），使钢的强度、硬度升高，塑性和韧性降低。对于耐热钢，由于热处理或其他原因，使固溶体中的合金元素未及析出形成不稳定的过饱和固溶体时，在以后的运行过程中就会发生时效。时效前期析出细小分散的强化相，使钢强化；随着时效过程的延续，强化相颗粒聚集长大，强化作用消失，钢的室温和高温强度显著下降。
四、锅炉钢管的工作条件和对材料的要求
锅炉钢管在高温、应力及腐蚀介质的作用下长期工作，会产生蠕变和氧化、腐蚀，为了保证热力设备安全可靠运行，对管子用钢有如下要求：
1、足够高的蠕变极限、持久强度、良好的持久塑性。
2、高的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
3、足够的组织稳定性。
4、良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。
锅炉在450℃以下的低压锅炉钢管主要使用10号、20号优质碳素钢。中高压机组除水冷壁和省煤器管用20A碳钢外，其他管子大部分采用合金钢管。
五、火力发电厂中锅炉受热面管子常见事故
1.超温爆管
管子钢材允许的最高使用温度称为额定温度。所谓超温就是金属材料在超过额定温度下运行。锅炉受热面管子在运行过程中会因蠕变而发生损坏称为长时超温爆管。锅炉受热面管子由于冷却条件的恶化等原因，使部分管壁温度在短时内突然上升，以至达到钢的临界点以上，钢的抗拉强度急剧下降，管子发生大量塑性变形，管径涨粗，管薄，随后产生剪切断裂而爆破，这种损坏称为短时超温爆管。可见锅炉运行中超温、超压都会改变钢的组织结构，加速珠光体球化，使钢的高温强度降低，所以锅炉运行严禁超负荷运行，严禁超温超压。
2.材质不良引起的爆管
材质不良爆管是指错用钢材或使用了有缺陷的钢材造成管子提早损坏。在安装和检修时，如果使用了有折叠、结疤、裂纹和严重脱碳、夹杂等缺陷的钢管，就会严重地削弱管子强度。
3.腐蚀性热疲劳裂纹损坏
锅炉受热面管子的汽水分层、省煤器管汽塞、过热器管带水、减温减压阀门间隙性开启等，都会引起温度的波动，造成交变热应力，产生热疲劳裂纹。汽包锅炉在凝汽器泄漏或给水水质不良，或停用保护不好时，会发生沉积物下腐蚀，延性腐蚀（产生凸凹不平的腐蚀坑，使管壁变薄，会因过热而鼓包或爆管）或脆性腐蚀（金相组织发生变化，脱碳，金属变脆，管壁为变薄就会爆管，又称氢脆）。所以监视锅内水质、给水水质合格，及时排污，保持运行工况稳定（以免加剧炉水的局部浓缩），是锅炉运行中防止沉积物下腐蚀带来的爆管的有效方式。
参考文献：
[1]《电厂金属材料》华中工学院.陶曾毅主编
[2]国家电力公司部局文件.安运技[1997]35号
[3]中国华北电力集团公司文件.华北电集安监[1999]8号
[4]中国华北电力集团公司部室文件.安监部[2001]6号
[5]《新区热电厂锅炉炉外管检查台帐》《新区热电厂锅炉设备检修记录》
[6]《火力发电厂金属技术监督规程》DL438-2000
【关键词】 金属高温性能；指导；安全运行；检修
锅炉过热器管、主蒸汽管道、联箱以及管道法兰螺栓等，是在高温（≥450℃）、高压和腐蚀介质（水、蒸汽、烟气等）的作用下长期工作的，一般钢材将会发生组织结构的变化、机械性能的恶化乃至于零件失效，造成事故。因此对锅炉用钢的高温强度和高温耐腐蚀能力有严格的要求。[1]
一、金属的高温机械性能
金属的高温机械性能主要受温度、时间、组织变化三个方面的影响。
温度对机械性能的影响，总的趋势是在超过某一温度时，随着温度的升高，强度降低，塑性增加。
金属的晶内强度与晶界强度相等时的温度称为等强温度，如图1所示。当零件温度超过等强温度后晶界强度小于晶内强度，这时材料破坏为晶间破坏（晶间断裂），即在晶界处因晶粒之间相对滑动而产生裂纹，随裂纹的扩大，最后断裂。等强温度随着强化程度的提高或加载速度的降低而下降。所以在热力设备中有些部件在高温和应力长期作用下其破坏表现为晶间断裂。而在高速载荷下如：短期超温爆管，即使温度较高，往往仍然表现为穿晶断裂。
金属在一定温度和应力的作用下，随时间的增加缓慢地发生塑性变形的现象称为蠕变。对于碳钢及合金钢，当温度分别超过300～350℃和350～400℃时，在应力的作用下也会发生蠕变现象，而且温度愈高、应力愈大，蠕变速度也愈快。在锅炉设备中，蠕变现象如管道的胀粗等现象比较普遍。
金属的蠕变现象可以用蠕变曲线——变形与时间的关系曲线来表示。如图2所示。
蠕变极限是衡量高温强度的指标。在一定的工作温度下，在规定使用时间内使材料产生一定量的总变形的应力值。对于锅炉一般工作期限规定为10万小时（约12年），因此，蠕变极限的确定一般是以在T℃时工作10万小时总变形量为1%时的应力值，σT1X10-5，单位是MN/m2，意思就是在T℃时引起蠕变速度为1×10-5%/h的最高应力。电厂锅炉在工作中允许出现少量塑性变形，但是在整个工作期限内由蠕变所积累的塑性变形量必须小于许可值。例如锅炉中承受内压力作用元件的许可值为0.01mm/mm或1%。工作期一般都规定为10万小时。
蠕变现象的本质是金属塑性变形（硬化）与再结晶（软化）的交替过程。产生蠕变的条件：一是应力超过该材料的弹性极限；二是温度超过该材料的再结晶温度。
二、钢在高温下的氧化与腐蚀
（一）钢在高温下的氧化
氧化是一种典型的化学腐蚀，即介质跟金属直接接触发生化学反应，腐蚀产物可以附着在金属表面。火力发电厂中许多高温部件在运行中跟烟气、空气或蒸汽接触，使金属发生化学反应。例如锅炉过热器管的外表面与烟气接触、主蒸汽管外表面与空气接触都会发生氧化反应。金属的氧化过程主要是金属原子通过氧化膜扩散到表面继续与氧作用。因此，氧化膜厚度增加速度，即氧化速度主要取决于金属原子通过氧化膜的扩散速度。
在氧化介质一定、合金成分相同的情况下，氧化速度主要跟温度有关。如图3所示，随着温度的升高铁的氧化加剧。因为温度升高，氧化反应和扩散速度都会加快。
金属氧化到一定程度后能否继续氧化取决于氧化膜的性质。根据金属的化学性质大致可分为三种情况：
1）不生成完整的连续的氧化膜，如图4曲线I所示。
2）生成完整的氧化膜，但是原子或离子能通过它进行扩散。如图4曲线Ⅱ所示。
3）生成完整的氧化膜，而且膜能阻碍原子或离子的扩散。如图4曲线Ⅲ所示。
提高钢在高温下抗氧化性能的基本方法是合金化。加入的合金元素应能在钢的表面生成一层稳定的合金氧化膜，以阻止铁跟氧的化合。
（二）钢的高温腐蚀
锅炉设备中过热器等受热面管子，其外壁跟高温烟气接触，内壁跟汽、水相接触，常会产生腐蚀，使管子有效厚度逐渐减小最后导致爆管。所谓管材的不锈、耐热不起皮都是相对而言，是指在一定介质里具有较高的抗腐蚀性能。
常见的高温腐蚀类型如下：
1.蒸汽腐蚀（或氢腐蚀）
当温度超过400℃时，锅炉受热面管子将产生蒸汽腐蚀，其化学反应如下：
3Fe+4H20→Fe304+4H2↑
反应所生成的氢气如果不能较快地被汽流带走，它将同金属作用，导致金属强度降低而产生脆性破坏。腐蚀反应中的氢呈原子状态，在金属中沿晶界渗透扩散，如果原子氢变成分子氢，或与钢中的渗碳体按下式作用，氢夺取碳化铁中的碳，生成甲烷：
Fe3C+4H→3Fe+CH4↑
由于甲烷是一种气体分子，在金属中将产生巨大的内应力，结果会在晶界部位产生裂纹和脱碳。蒸汽腐蚀有时也称"氢腐蚀"。图5为某直流锅炉水冷壁管氢腐蚀爆破的破口形貌。裂纹沿晶发展，旁边有脱碳现象。
2.烟气腐蚀
燃料燃烧时在烟气中生成SO3和SO2。当烟气经过锅炉尾部受热面管子（省煤器、空气预热器等）时，被冷却到一定温度，烟气中的水开始凝结并与SO3、SO2结合成硫酸和亚硫酸溶液，使受热面管子腐蚀损坏（为低温腐蚀）。此外，对于高压锅炉水冷壁管，燃料燃烧分解出的硫原子与其相遇也会发生硫腐蚀（为高温腐蚀）。烧油时还可能发生钒腐蚀。
3.垢下腐蚀
在锅炉受热面管子中，有时一些部位由于汽水流通受阻而造成沉淀，垢下含有氧化铁及氧化铜等，器壁金属同它们接触过程中，将产生下列反应： 4Fe2O3+Fe→3Fe3O4
4CuO+3Fe→Fe3O4+4Cu
这种反应是以电化学方式进行的。氧化铁和氧化铜构成阴极，金属管壁为阳极，阳极将不断被腐蚀。
4.苛性脆化
锅炉汽包等设备的铆接（或胀接）缝隙处，由于介质的不断浓缩，形成高浓度的碱性溶液，在部件的拉应力区域（如铆接或胀接处）产生腐蚀裂纹，即苛性脆化。
5.应力腐蚀
应力腐蚀是材料在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生的破坏现象。应力腐蚀破坏的特征是：裂缝同拉应力方向垂直，断口呈脆性破坏。
金属的应力腐蚀破坏是具有选择性的，一定的金属材料在一定的介质中才会发生。
6.腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是在交变应力下金属在腐蚀介质中发生的疲劳破坏。腐蚀疲劳破坏的过程首先是在金属表面因介质作用形成腐蚀坑，然后在介质和交变应力作用下发展成疲劳裂纹，逐渐扩展至疲劳断裂。因此，断口保留疲劳破坏的特征。腐蚀疲劳一般具有多个裂源，裂纹分叉和走向为穿晶-沿晶混合型。
提高钢的耐腐蚀性能的方法主要有三个：
1）在钢中加入铬、铝、硅，使钢的表面生成一层致密的氧化膜，隔绝金属与氧的接触而起保护作用。
2）提高钢的电极电位。铬溶于钢中形成固溶体时，可大大提高钢的耐腐蚀性能。含铬量超过11.7%时，钢的电极电位发生突变，即由负变为正达到完全钝化。
3）使钢的组织为单相固溶体，如单相铁素体或单相奥氏体，以减少微电池的数目。常用的有高铬不锈钢和镍铬不锈钢。
三、钢的组织稳定性
目前锅炉用耐热钢主要是低合金珠光体耐热钢和少量马氏体钢。这两类钢在使用状态下的组织都是由铁基固溶体和碳化物所组成。它们在高温长期运行过程中发生的组织变化主要有：
（一）珠光体球化和碳化物聚集
20碳钢和15CrM0、12CrlMoV等珠光体耐热钢，它们的原始组织一般是铁素体加珠光体，珠光体组织中的渗碳体呈片状。这些钢材经高温长期运行后，渗碳体将由片状逐渐变成球状，并聚集长大。这种现象称为珠光体球化。
发生珠光体球化是因为片状渗碳体的表面积比同体积的球状渗碳体要大，总表面能较高，因此，球状渗碳体比片状渗碳体稳定。在常温下原子活动能力较低，不会发生球化过程；但在高温和应力作用下，原子活动能力增加，扩散加速，从而能够发生珠光体球化过程。它使钢的高温强度降低，尤其不利的是它使钢的蠕变极限和持久强度下降，从而加速高温部件在运行过程中的蠕变速度，导致其加速破坏。目前在火力发电厂中，珠光体严重球化仍然是引起爆管事故的重要原因。
影响珠光体球化的因素很多，主要是温度、时间和钢的化学成分、原始组织、变形程度等。合金元素铬、钼、钒阻止球化过程，铝促进球化。
（二）石墨化
石墨化是指钢中的渗碳体分解析出游离碳???石墨的一种组织转变。石墨化现象的发生会使钢材性能恶化，甚至导致钢管发生脆性爆破事故。
石墨化过程是以扩散为基础的，一切影响原子扩散的因素，诸如温度、时间、钢的化学成分、晶粒大小以及残余应力等都会影响钢的石墨化过程。铝和硅是促进石墨化的元素，铬、钛、铌、钒等强碳化物元素可以有效地阻止石墨化，其中铬的效果最好。对高压蒸汽管道，石墨化最容易出现在焊缝的热影响区。碳钢中析出的石墨形态，常见的有球状、团絮状和链状三种。
（三）合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配
合金元素的重新分配是珠光体耐热钢在长期运行过程中的另一个重要的组织变化。在高温应力长期作用下，钢中合金元素重新分配的特点是：固溶体中合金元素的含量逐渐减少，碳化物中合金元素含量逐渐增多，使固溶体中合金元素逐渐贫化。结果使钢的强度、蠕变极限和持久强度下降，不利于高温部件的安全运行。
合金元素重新分配过程随温度升高和时间的增长而加强，钢中含碳量升高也会加速这一过程的进行。特别是当运行温度接近于钢材的使用温度上限时，合金元素的迁移速度更快。
（四）时效和新相的形成
时效就是从过饱和固溶体中析出高度弥散的强化相（新相），使钢的强度、硬度升高，塑性和韧性降低。对于耐热钢，由于热处理或其他原因，使固溶体中的合金元素未及析出形成不稳定的过饱和固溶体时，在以后的运行过程中就会发生时效。时效前期析出细小分散的强化相，使钢强化；随着时效过程的延续，强化相颗粒聚集长大，强化作用消失，钢的室温和高温强度显著下降。
四、锅炉钢管的工作条件和对材料的要求
锅炉钢管在高温、应力及腐蚀介质的作用下长期工作，会产生蠕变和氧化、腐蚀，为了保证热力设备安全可靠运行，对管子用钢有如下要求：
1、足够高的蠕变极限、持久强度、良好的持久塑性。
2、高的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
3、足够的组织稳定性。
4、良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。
锅炉在450℃以下的低压锅炉钢管主要使用10号、20号优质碳素钢。中高压机组除水冷壁和省煤器管用20A碳钢外，其他管子大部分采用合金钢管。
五、火力发电厂中锅炉受热面管子常见事故
1.超温爆管
管子钢材允许的最高使用温度称为额定温度。所谓超温就是金属材料在超过额定温度下运行。锅炉受热面管子在运行过程中会因蠕变而发生损坏称为长时超温爆管。锅炉受热面管子由于冷却条件的恶化等原因，使部分管壁温度在短时内突然上升，以至达到钢的临界点以上，钢的抗拉强度急剧下降，管子发生大量塑性变形，管径涨粗，管薄，随后产生剪切断裂而爆破，这种损坏称为短时超温爆管。可见锅炉运行中超温、超压都会改变钢的组织结构，加速珠光体球化，使钢的高温强度降低，所以锅炉运行严禁超负荷运行，严禁超温超压。
2.材质不良引起的爆管
材质不良爆管是指错用钢材或使用了有缺陷的钢材造成管子提早损坏。在安装和检修时，如果使用了有折叠、结疤、裂纹和严重脱碳、夹杂等缺陷的钢管，就会严重地削弱管子强度。
3.腐蚀性热疲劳裂纹损坏
锅炉受热面管子的汽水分层、省煤器管汽塞、过热器管带水、减温减压阀门间隙性开启等，都会引起温度的波动，造成交变热应力，产生热疲劳裂纹。汽包锅炉在凝汽器泄漏或给水水质不良，或停用保护不好时，会发生沉积物下腐蚀，延性腐蚀（产生凸凹不平的腐蚀坑，使管壁变薄，会因过热而鼓包或爆管）或脆性腐蚀（金相组织发生变化，脱碳，金属变脆，管壁为变薄就会爆管，又称氢脆）。所以监视锅内水质、给水水质合格，及时排污，保持运行工况稳定（以免加剧炉水的局部浓缩），是锅炉运行中防止沉积物下腐蚀带来的爆管的有效方式。
参考文献：
[1]《电厂金属材料》华中工学院.陶曾毅主编
[2]国家电力公司部局文件.安运技[1997]35号
[3]中国华北电力集团公司文件.华北电集安监[1999]8号
[4]中国华北电力集团公司部室文件.安监部[2001]6号
[5]《新区热电厂锅炉炉外管检查台帐》《新区热电厂锅炉设备检修记录》
[6]《火力发电厂金属技术监督规程》DL438-2000