调研报告任务书

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锅炉金属材料种类及要求

引言：人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密

材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材

合理的利用不同的材料来制造各种锅炉及部件，在21的新世纪具有重要意义。

图1.1碳素钢

锅炉受压元件用金属材料

锅炉的受压元件都是在承压状态下工作的，有些还要同时承受高温或腐蚀的作用，因而工作条件十分恶劣。若锅炉在使用过程中发生破坏性事故，则将造成严重后果,所以严格筛选金属材料十分必要。

一、钢材的分类：

1.按化学成分分类

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧）高合金钢（含合金元素）中合金钢（含合金元素

）低合金钢（含合金元素合金钢）含碳（含碳）（含碳（含碳高碳钢

中碳钢低碳钢工业纯铁碳素钢10%10%~55%0.6%(0.60%)~25.025%.002%).0

在中、低压锅炉的制造中，广泛采用优质低碳钢和低合金钢，这两种钢具

有一定的强度和良好的冷加工、焊接等工艺性能。

2.按品质分类

⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤）含硫高级优质钢（含磷含硫优质钢（含磷）含硫普通钢（含磷0.03%0.035%,0.04%

0.04%,0.055%0.045%,

3. 按冶炼方法分类

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧）半镇静钢（，一般不标）镇静钢（沸腾钢（按脱氧程度分电炉钢转炉钢平炉钢按炉别分b Z )F

4.按金相组织分类

按正火组织处理

奥氏体钢马氏体钢贝氏体钢珠光体钢⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧

5.按用途分类

⎪⎩

⎪⎨⎧特殊性能钢工具钢结构钢

图1.2结构钢

1、碳素钢

碳素钢是以铁为基体，含碳量低于2.11%的铁碳合金。钢材中的含碳量越高，

其强度越高，但塑性和韧性降低较多，不能满足锅炉承压的要求。因此制造锅

炉受压元件的钢材，其含碳量需在规定的范围内。

低碳钢：锅炉受压元件用得最多的钢材，如20g 、20、15均为低碳钢。中

低压锅炉的受压元件，除个别元件（如过热器出口集箱）外，几乎均用低碳钢。

（可满足锅炉元件的要求，有好的塑韧性，同时又有较好的可焊性，价格低廉）

高碳钢：锅炉上不用高碳钢，这种钢主要用于制造刀具、量具。

按硫、磷含量：普通碳钢 优质碳钢（一定的力学性能和化学成分，好的塑韧性） 锅炉受压元件须用优质碳素钢制造。

钢材中含有过量的硫时：400℃高温下工作或热加工过程中易发生脆化（热

脆性）。

钢材中含有过量的磷时：较低温度下工作或冷加工过程中易发生脆化（冷

脆性）。

2、合金钢

合金钢是为了获得钢材的必要性能而在冶炼过程中加入一种或多种合金元

素的钢材。

低合金钢：锅炉制造中越来越多选用低合金钢取代优质碳素钢， 减少金属耗量。

高合金钢：在锅炉机组中，只有与高温火焰直接接触的吹灰器、固定件等才采

用耐热的高合金钢制造。

二、对锅炉钢材的要求

1、 规定的强度

（1）短期强度特性应力小于屈服点，钢材仅产生弹性变形；达到屈服点还产

生塑性变形。只要应力不变，变形值也不变，这种现象称短期强度特性 。指标：

常温及工作下的屈服点、抗拉强度

（2）长期强度特性表示长期强度特性采用以下两个指标 ：

1）蠕变强度：在某一较高温度下，在规定的工作时间内，引起允许的总蠕变变

形的应力称为蠕变强度。

2）持久强度：在某一较高温度下，在规定的工作期限内，引起蠕变破坏时的应

力称为持久强度。

区别：前者是引起变形的因素，而后者是引起破坏的因素。

在高温条件下，不但要考虑钢材的短期强度特性，还要考虑钢材的长期

强度特性 。

2、规定的塑性和韧性

（1）钢材的塑性

制造锅炉受压元件的钢材应具有变形而不破坏的特性，即钢材的塑性要比较好。

（2）规定的韧性

反映钢材发生脆性破坏的指标。用

k 表示试样缺口底部单位横截面积上

的应变时效冲击吸收功。

锅炉用钢材，不但要求保证常温冲击韧性，还要保证一定的时效冲击韧性。

3、良好的可焊性

钢材的可焊性是表示在焊接过程中及焊接后发生裂纹的倾向性。它与钢材的化学成分、力学性能有关，也与焊接材料及工艺方法有关，评定钢材可焊性一般包含两个方面：

（1）工艺可焊性。——抗裂性

（2）使用可焊性。（焊接接头在使用中的可靠性，也包括接头的力学性能及其他特殊性能。

锅炉主要设备用钢

一、锅炉管道用钢

（一）对锅炉管道用钢的要求

锅炉管道包括受热面管子（过热器、水冷壁（蒸发器）管、省煤器等管子）和蒸汽管道（主蒸汽管道、蒸汽导管、联箱、连接管等）管道。

电厂对管路管道用钢有下列要求：

（1）足够高的蠕变强度、持久强度和良好的持久塑性。

（2）高的抗氧化性能和耐腐蚀性。

（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。

选择锅炉管道用钢，其主要依据是其工作温度。进行强度计算时，必须确定在工作温度下的许用应力[σ]。

根据JB2194-77的规定，对锅炉所用的低碳钢、低锰碳钢及低碳锰钒钢在380℃以下，其他低合金耐热钢在420℃以下，许用应力[σ]有相关的计算。

在380℃或420 ℃以上除按上式计算外，还需按持久强度计算许用应力[σ]

（二）锅炉管道用钢介绍

蒸汽温度在450℃以下的低压锅炉管道主要使用10号、20号优质碳素结构钢。

中、高压机组除水冷壁（蒸发器）和省煤器管用20A碳钢外，其它受热面管子和蒸汽管道均采用合金钢管。

1．壁温≤500℃的过热器管子及壁温≤450℃的蒸汽管道

一般采用优质碳素结构钢，其含碳量在0.1％～0.2％之间，组织为铁素体和珠光体。常用的是20号钢，该钢在450℃以下具有足够的强度，530℃以下具有抗氧化性能，而且工艺性能良好，价格低廉。碳钢钢管在高温长期运行过程中，会出现渗碳体球化和石墨化现象，出现了组织的异常情况后，钢的蠕变极限和持久强度会降低。