锅炉主要受压元件金属材料.ppt
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1、锅炉主要受压元件锅炉主要受压元件金属材料金属材料一锅炉金属材料性能一锅炉金属材料性能1)常规性能锅炉常用金属材料的常规力学性能主要有以下几种:n n弹性极限:en n强度:s和bn n塑性:n n冲击韧性n n硬度:就是金属材料的软硬程度,一般有洛氏硬度(HRC)、布氏硬度(HB)、维氏硬度(HV)和肖氏硬度(HS)等几种试验方法。各种硬度值可相互转换。另,硬度与强度之间有一定的关系;对低碳钢b,高碳钢b,对调质合金钢b2)锅炉用钢的特殊性能:锅炉常用金属材料在室温和高温下的特殊性质有以下几种:n n断裂韧性KICn n断口形态脆性转变温度FATTn n脆性转变温度NDTn n疲劳(腐蚀疲劳和
2、热疲劳)n n蠕变及蠕变强度n n持久强度n n抗氧化性n n热脆性二锅炉受压元件材料的运行环二锅炉受压元件材料的运行环境及对材料的要求境及对材料的要求n n用于制造锅炉的金属材料有如下种类:锅炉用钢板、锅炉用钢管、锅炉用锻件及圆钢;其它还有铸钢件、铸铁件、紧固零件及焊接材料等。锅炉规程对受压元件的要求:锅炉规程对受压元件的要求:n n制造锅炉受压元件的金属材料必须是镇静钢。对于板材,其20时的伸长率5应不低于18%;对于碳钢和碳锰钢,其室温时的夏比(V形缺口试样)冲击吸收功不低于27J。三三 汽包用钢及其要求汽包用钢及其要求1.部件的特点:部件的特点:n n主要用于制造重要的受压部件,即压力
3、容器筒体如汽包,一般由钢板卷成两个半圆或圆筒,两头加上封头焊接而成。汽包处于中温(350以下)、高压状态下工作,它除了受较高的内压力外,还受到冲击、疲劳载荷、热应力、水和蒸汽介质的腐蚀作用。其运行时装有大量的有压力的饱和汽水,如果因其破裂而发生爆炸,则会发生厂毁人亡的灾难性事故。所以汽包是极其重要的,它的安全运行与许多因素有关,但材料的性能却是最重要的因素之一。在制造汽包过程中,钢板要经过各种冷热加工工序,如下料、卷板、焊接和热处理等,且汽包所处的温度是饱和蒸汽的温度,因而对汽包钢板有下列要求。对汽包板材的要求对汽包板材的要求n n较高的强度(包括室温和中温强度),屈服强度和抗拉强度是设计决定
4、许用应力的依据;n n高压锅炉汽包一般采用400MPa以上强度级别的钢种;n n良好的塑性和冷弯性能(下料和卷板等工艺的要求,加工时不易出现裂纹);n n室温冲击韧性和时效冲击韧性(因其运行温度正好处于时效过程进行得较为强烈的温度范围);n n较低的缺口敏感性,在锅炉制造中要在钢板表面开管孔和焊接管接头,造成应力集中;n n良好的焊接性能(要求低的含碳量,以防止产生焊接裂纹和应力集中),良好的冶金质量(要求S和P等杂质和气体含量尽量低、较好的低倍组织,要求钢的分层、非金属夹杂、气孔、疏松等缺陷尽可能少,不得有白点和裂纹)。汽包用钢对照表汽包用钢对照表GB7132008GB7132008GB71
5、3-1997GB713-1997 Q245RQ245R20g20g、20R20RQ345RQ345R16Mng16Mng、19Mng19Mng(19Mn619Mn6)Q370RQ370R18MnMoNbR18MnMoNbR13MnNiMoR13MnNiMoR13MnNiCrMoNbg13MnNiCrMoNbg15GrMoR15GrMoR12Cr1MoVg12Cr1MoVg14Gr1MoR14Gr1MoR12Gr2Mo1R12Gr2Mo1R12Gr1MoVR12Gr1MoVR2.常用的锅炉汽包板材常用的锅炉汽包板材1)20g钢板钢板:(Q245R)n n是锅炉上最常用的碳钢板。它有适当的强度和良
6、好的塑性,还有良好的冶炼、制板、焊接、热处理和冷热成型等工艺性能。它的用途极广泛,主要用于工作温度450的中低压锅炉做锅筒及法兰、集箱端盖等件,但在大型锅炉中用量较少,主要用在压力较低的部位。国外相近牌号有德国的H、日本的SB42。其化学成分,;热轧或热处理后的强度水平s185-245,b380-530MPa;塑性22-26。20g钢板的加工工艺钢板的加工工艺n n冷作工艺:公司常用40、46、60;均冷卷冷校。n n焊接工艺:SMAW:E5015,AWSE7015SAW:HO8MnA+HJ4312)19Mn6(P355GH、19Mng)钢板:钢板:n n是DIN17155标准中的钢号,其是在
7、以前的19Mn5的基础上调整了Mn含量,并将一些强化元素控制在较低的水平,以保持力学性能与19Mn5相同,是C-Mn细晶粒低合金钢,其在EN10028中的牌号为P355GH。该钢具有良好的综合力学性能,其在500以下的高温力学性能优于碳钢;还具有良好的可焊性以及冷热加工等工艺性能。它主要用于代替22g和16Mng制造高压锅炉的锅筒和封头,相近牌号有中国的GB713中的19Mng、16Mng、美国的SA299、日本的SB49。其化学成分,其余有少量限制了上限的合金元素;正回火态下强度水平s300-310,b510-610MPa;塑性20。19Mn6钢板的加工工艺钢板的加工工艺n n冷作工艺:公司
8、常用冷作工艺:公司常用100100、9090,均冷卷冷校。,均冷卷冷校。n n焊接工艺:焊接工艺:冷卷冷校时冷卷冷校时SMAWSMAW:E5015E5015,AWSE7015-A1AWSE7015-A1SAWSAW:HO8MnMoA+HJ330HO8MnMoA+HJ330 热卷热校时热卷热校时SMAWSMAW:E5015E5015,AWSE7015-D2AWSE7015-D2SAWSAW:H08Mn2MoA+HJ330H08Mn2MoA+HJ3303)SA299(22Mng)钢板:)钢板:n n是ASME规范中的成熟钢号,为一种成分简单的碳-锰-硅钢,其化学成分和强度级别类似于我国的16Mng
9、和德国的19Mn6,但含碳量更高。常温屈服强度不低于275MPa。该钢的力学性能稳定并有良好的塑性、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展的性能,缺口效应不敏感,钢板厚度方向力学性能也较为均匀。它有良好的冶炼、制板、焊接和成型工艺性能。它主要用于制造工作温度不高于400的高压以上锅炉的汽包、下降管、弯头和下环形集箱。相近牌号有中国的GB713中的22Mng。目前公司要求按ASME规范制造的锅炉,大量选用此钢制造汽包部件。其化学成分,其余有少量限制了上限的合金元素;正火态(或轧态)下强度水平s275-290,b515-655MPa;塑性20。SA299钢板的加工工艺钢板的加工工艺n n冷作工艺:板厚小于冷作工
10、艺:板厚小于100100,均冷卷冷校。,均冷卷冷校。板厚大于板厚大于100100,均热卷热校,均热卷热校n n焊接工艺:焊接工艺:冷卷冷校时冷卷冷校时SMAWSMAW:E5015E5015,AWSE7015-A1AWSE7015-A1SAWSAW:HO8MnMoA+SJ101HO8MnMoA+SJ101 热卷热校时热卷热校时SMAWSMAW:E7015-D2E7015-D2SAWSAW:H10Mn2NiMoA+SJ101H10Mn2NiMoA+SJ1014)BHW35钢板:钢板:n nBHW35为德国梯森钢厂的钢号,是德国六十年代研制成功的可焊贝氏体型耐热结构钢;其在EN10028中的牌号为1
11、3MnNiMo54;我国将其移植到GB713,牌号为13MnNiCrMoNb。它是一种添加有镍、铬、钼和微量铌(铌起细化晶粒并强化的作用)的细晶粒低合金钢。该钢有较好的综合力学性能,有较高的高温屈服点和对裂纹不敏感的特性,良好的焊接性能和工艺性能。适用于工作温度不超过400的各种焊接件,如锅筒、压力容器等构件。我厂主要用其制造200MW、150MW超高压的锅炉汽包。其化学成分,;正回火态下强度水平s380-390,b570-740MPa;塑性18。在七十年代初我国锅炉制造行业就引入了该钢,由于有优良的力学性能、良好的焊接及工艺性能,得到了各大锅炉厂的重视和应用,并对BHW35和SA299钢板的
12、性能进行了对比,对300MW采用BHW35可使锅炉汽包壁厚减小1/4(从203mm降为145mm),经制造和运输带来极大好处。DIWA353 BHW35钢板的加工工艺钢板的加工工艺n n卷板工艺:因目前公司卷板机能力的限制,卷板工艺:因目前公司卷板机能力的限制,板厚板厚9010090100,均热卷热校,均热卷热校n n焊接工艺:焊接工艺:冷卷冷校时冷卷冷校时SMAWSMAW:E5015E5015,AWSE7015-A1AWSE7015-A1SAWSAW:H10Mn2MoA+SJ101H10Mn2MoA+SJ101 热卷热校时热卷热校时SMAWSMAW:E7015-D2E7015-D2(正火后用
13、(正火后用J607J607)SAWSAW:H10Mn2NiMoA+SJ101H10Mn2NiMoA+SJ101DIWA373 WB36n nWB36WB36又称为又称为15NiCuNb515NiCuNb5又称为又称为DIWA373DIWA373。n n化学成分:化学成分:0.12%C,0.37%Si,0.97%Mn,0.007%P,0.12%C,0.37%Si,0.97%Mn,0.007%P,0.013%S,0.27%Cr,0.013%S,0.27%Cr,0.33%Mo,1.12%Ni,0.53%Cu,0.030%Nb.0.33%Mo,1.12%Ni,0.53%Cu,0.030%Nb.n nW
14、B36WB36这个钢号为德国牌号,这个钢号为德国牌号,WB36WB36钢是在钢是在C-MnC-Mn钢基础钢基础上添加上添加NiNi、CuCu、MoMo及及NbNb微合金化的钢微合金化的钢.焊前预热焊前预热150150200,200,焊后进行焊后进行200200250250的紧急后热的紧急后热,并采用并采用530530590590的焊后热处理制度的焊后热处理制度.n n正火温度:正火温度:880880980980,正火升温速度必须大于,正火升温速度必须大于450450n n回火温度:回火温度:580580680680n n焊后除应力热处理温度:焊后除应力热处理温度:530530590590n n
15、焊接材料为焊接材料为H08Mn2Mo/E6015-D1H08Mn2Mo/E6015-D1n n预热温度:预热温度:M-GTAW100M-GTAW100n nSMAW150SMAW150n nM-GTAWI=90-140AM-GTAWI=90-140A,U=11-14VU=11-14Vn nSMAW4mmI=160-190AU=23-27VSMAW4mmI=160-190AU=23-27Vn n5mmI=200-220AU=24-28V5mmI=200-220AU=24-28VDIWA373 WB36n n由于WB36与BHW35两种钢板的中温和常温力学性能的差异,对于使用温度在350370的亚
16、临界锅炉锅筒,WB36钢板在同等条件下明显优于BHW35。钢板厚度可由BHW35的145降到WB36的125。国外大多数著名锅炉制造企业也已采用DIWA373WB36钢板制造锅炉锅筒筒身。四受热面管用钢四受热面管用钢1.使用环境使用环境 n n锅炉钢管主要包括锅炉受热面管子如过热器、再热器、水冷壁管和蒸汽管道如集箱等。这些管子均在高温下承受内压条件下工作。锅炉受热面钢管在运行时,外部还受到高温烟气的作用。作为受压元件的锅炉钢管,它所受到的介质压力包括运行时的稳定不变的压力、启动停机或负荷波动时的变化压力等;除承受介质压力外,其还受到附加载荷如钢管自重、介质重量以及支撑等引起的应力,此外锅炉管还
17、受到因壁厚温差产生的热应力及负荷波动时产生的周期性热应力。上面的各种载荷与高温及腐蚀介质同时作用于锅炉管上,使钢管经受复杂的载荷及环境工况。2.性能要求性能要求n n良好的综合力学性能n n足够的持久强度n n高的抗氧化性,良好的组织稳定性,良好的热加工工艺性(特别是可焊性)。常用牌号常用牌号n n按国家标准GB5310-1995高压锅炉用无缝钢管,共有14种:20G、20MnG、25MnG,15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB,10Cr9Mo1VNb,1Cr18Ni9和1Cr19Ni
18、11Nb等;3.常用的锅炉管材常用的锅炉管材1)20G:n n(国外对应牌号:德国的、日本的STB42、美国的SA106B),为最常用的锅炉钢管用钢,化学成分和力学性能与20板材基本相同。该钢有一定的常温和中高温强度,含碳量较低,有较佳的塑性和韧性,其冷热成型和焊接性能良好。其主要用于制造高压和更高参数的锅炉管件,低温段的过热器、再热器,省煤器及水冷壁等;如小口径管做壁温500的受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等,大口径管做壁温450的蒸汽管道、集箱(省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱),介质温度450的管路附件等。由于碳钢在450以上长期运行将产生石墨化,因此作为受热面管子的长期最高使
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