锅炉及压力容器对钢材性能的要求

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1、1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性， (1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N·m/cm2) 20℃ -40℃ >=60 >=35 (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300

2、℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 

3、(2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生) 二、用以制造高温承压元件的钢管 1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性 通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行 2 具有良好的高温组织稳定性 长期高温下不发生组织变化 3 具有良好的的高

4、温抗氧化性 要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a 4 具有良好的加工工艺性 要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性 2. 锅炉与压力容器用钢的分类 一、工作温度低于500℃的钢材 碳素钢和低合金结构钢 1 铁素体-珠光体结构钢 屈服强度σs为300-450MPa 16Mn，15MnV，15MnVN加入合金元素，固溶强化，结晶强化作用 2 低碳贝氏体类型钢 屈服强度σs为500-700Mpa 14CrMnMoVB延缓奥氏体分解，得到贝氏体，增加强度 3 马氏体型调质高碳钢 屈服强度σs为600Mpa以上 18MnMoNb和14MnMoN

5、bB正火加回火，有良好的低温韧性 二、工作温度高于500℃的钢材 低合金热强钢和奥氏体不锈钢 1 低合金珠光体热强钢 15CrMo和12Cr1MoV，结晶强化，沉淀强化 2 低合金贝氏体热强钢 12Cr2MoWVTiB和12Cr3MoVSiTiB，特点：合金数量多而量少，高温强度高，抗氧化性强 3 奥氏体不锈钢 18-8型铬镍奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti，高温强度高，抗氧化性强，且具有很高的韧性和较好的加工工艺性 3. 碳素钢 一、碳素钢中主要成分对性能的影响 1 碳的影响 碳增加，强度增大，塑性减少，可焊性变差，时

6、效敏感性降低 2 锰的影响 脱氧(FeO)脱硫，改善热加工性能 3 硅的影响 脱氧 4 硫的影响 热脆性 5 磷的影响 冷脆性 6氧的影响 降低强度、塑性 7 氮的影响 提高强度、硬度，降低塑性 8 氢的影响 氢脆 二、碳钢的分类 化学成分：高(含碳量在于0.65%)、中(含碳量0.25-0.65%)、低碳钢(含碳量小于0.25%) 用途：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢 1 普通碳素结构钢 甲类钢：按机械性能供应(A)，钢板，角钢等 2 优质碳素结构钢 按机械性能和化学成分供应 含碳量低：钢板、容器、螺钉、螺母 含碳量中：齿轮、轴 

7、含碳量高：弹簧、钢丝绳 3 碳素工具钢(T) 高硬度和耐磨性，制造刀具、量具、模具 三、锅炉与压力容器常用碳素钢 承压元件主要使用低碳钢，因为塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好 (1) 优质碳素结构钢 10号和20号无缝钢管 20号钢含碳量比10号钢多一倍，强度高，屈服极限σs和强度极限σb高20%，时效敏感性低，多采用20号钢 (2) 专用碳素钢 A3g A3R 15g 20g，冲击韧性好，金属表面和内部缺陷少 4. 普通低合金结构钢 低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素构成的，它的含碳量较低，多数小

8、于0.2%。其组织多数仍为F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。 低合金钢可轧制成各种钢材，如板材