钢的分类及火电机组用钢的特点概要.ppt

电厂高温金属材料 三 钢的分类及火电厂用钢的特点 一 钢的分类 钢的分类方法多种多样 其主要方法有如下七种 1 按品质分类2 按化学成份分类3 按成形方法分类4 按用途分类5 按金相组织分类6 综合分类7 按冶炼方法分类 一 按化学成分分类碳素钢低碳钢 碳含量 0 25 中碳钢 碳含量 0 25 0 60 高碳钢 碳含量 0 60 合金钢低合金钢 合金元素含量 5 中合金钢 合金元素含量 5 10 高合金钢 合金元素含量 10 二 按用途分类 1 结构钢 工程构件及机械零件用钢 2 工具钢 2 特殊性能钢a 不锈耐酸钢 b 耐热钢 抗氧化钢 热强钢 气阀钢 c 耐磨钢 d 低温用钢 e 磁钢 3 专业用钢如桥梁用钢 船舶用钢 锅炉用钢 压力容器用钢 农机用钢等 三 按金相组织分类铁素体钢一般为钢在退火状态下获得的组织 典型的为铁素体不锈钢珠光体钢钢中合金元素含量较低 在空气中冷却 可得到珠光体马氏体钢钢中合金元素含量较高 在空气中冷却 可得到马氏体贝氏体钢钢中合金元素含量较低 在空气中冷却 可得到贝氏体奥氏体钢钢中合金元素含量很高 在空气中冷却 奥氏体到室温仍不转变 四 按品质分类 硫 磷含量 普通钢磷含量 0 045 硫含量 0 055 或磷 硫含量均 0 050 优质钢磷 硫含量均 0 040 高级优质钢磷含量 0 035 硫含量 0 030 特级优质钢磷含量 0 0155 硫含量 0 025 高级优质钢 A超级优质钢 C特级优质钢 E 二 碳钢及其牌号 碳钢五大元素 C Si Mn P SS 有害元素 炼钢原料和燃料 作用 引起 热脆 降低焊接性能 引起高温龟裂 恶化钢的耐蚀性 偏析最为严重的元素 易切削钢 S 0 08 0 20 P 有害元素 炼钢原料和燃料 作用 冷脆 使钢的焊接性能与冷弯性能变差 少量能溶入F中 使强度 硬度显著提高 一 碳钢的组成元素及其对钢的性能的影响 Mn 有益元素 炼钢时加入的脱氧剂 一般 0 8 少量溶于F 形成置换固溶体 固溶强化 形成合金渗碳体 提高珠光体的相对量 并使其细化 形成MnS 熔点1620 降低或消除钢的热脆倾向 稳定并扩大奥氏体区 奥氏体不锈钢 耐热钢 条状MnS夹杂 横向性能下降过多会造成塑性下降 Si 有益元素 炼钢时加入的脱氧剂 一般 0 4 少量溶于F 形成置换固溶体 固溶强化 增加钢的电阻和导磁性能 消除FeO夹杂对钢的不良影响 形成硅酸盐夹杂 横向性能下降过多会造成塑性下降 冲击性能变差 1 普通碳素结构钢 Q 为 屈 字汉拚字首 后面数字为屈服强度 MPa A B C D表示质量等级 依顺序质量提高 F b Z TZ依次表示沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特镇静钢 如 Q235 A F 二 碳钢的编号 Q195 Q215 Q235 Q255 275 一般桥梁 建筑结构 普通机械零件 如螺钉 螺母等 可用于受力较大的机械零件 如链轮 拉杆等 常见牌号 优质碳素结构钢 两位数字表示钢的平均含碳量 以0 01 为单位 Mn 表示含锰量较高 Wc 0 15 0 60WMn 0 7 1 0Wc 0 60WMn 0 9 1 2 45 表示平均碳质量分数为0 45 的优质碳素结构钢 65Mn 表示Wc为0 65 含锰量较高 WMn 0 9 1 2 的优质碳素结构钢 08F 表示Wc为0 08 的优质碳素结构钢 属沸腾钢 2 优质碳素结构钢 08F 20 45 65 冷冲压件 如汽车和仪表外壳 容器 罩子等 冷冲压件 焊接件和标准件 渗碳件等零件 调质件 机床齿轮 机床主轴 曲轴 连杆等重要零件 弹性件和耐磨件 小尺寸弹簧 低速车轮等 典型牌号 碳素工具钢T 数字 A T 为 碳 字汉拚字首 后面数字表示钢的平均含碳量 以0 01 为单位 A 表示高级优质 碳素工具钢 例 T8 表示平均碳质量分数为0 8 的碳素工具钢 T12A 表示平均碳质量分数为1 20 的高级优质碳素工具钢 T7 T8 T10 T12 T13A 承受振动 冲击的工具 如冲头 大锤 木工工具 用于需要较高耐磨性和一定韧性的工具 如手工锯条 剪金属用剪刀 不受振动和冲击的耐磨工具 如丝锥 锉刀 乔刀 板牙 量具等 常见牌号 三 合金钢 为什么要发展合金钢 因为碳钢不能满足要求 碳素钢的缺陷 1 综合机械性能差2 热稳定性和热强性差3 耐腐蚀性差4 淬透性差5 不能满足某些特殊性能要求 如 耐低温 高磁性 无磁性 一 常用合金元素及其在钢中的作用C 碳 Cr 铬 Mo 钼 V 钒 W 钨 Ni 镍 Mn 锰 Nb 铌 Ti 钛 Al 铝 Si 硅 B 硼 Cu 铜 Zr 鋯 弱碳化物形成元素溶入铁素体中形成固溶体 其固溶强化作用强碳化物形成元素形成碳化物其弥散强化作用除钴外 所有合金元素几乎都能提高钢的淬透性 钢获得马氏体的能力提高 改变奥氏体的稳定性 如镍 锰等能使奥氏体在常温下稳定存在 奥氏体不锈钢 铬使奥氏体消失 室温下获得单相铁素体 铁素体不锈钢 二 合金钢及其牌号 由三大部分相结合组成 数字 元素符号 数字 拼音 结构钢 前面数字表示平均含碳量的万分数后面数字表示合金元素的含量 1 5 不标出 1 5 2 5 3 5 时分别标2 3 4 例如 40Cr为0 37 0 45 C 0 8 1 1 CrGCr9 Y12中的G Y分别表示滚动轴承钢和易切钢 1 合金结构钢的分类及编号 GB221 79规定 由三大部分相结合组成 一位数字 元素符号 数字 拼音 工具钢 前面数字表示平均含碳量的千分数后面数字表示合金元素的含量 1 5 不标出 1 5 2 5 3 5 时分别标2 3 4 例如 9SiCr平均含碳量0 9 Si Cr 1 5 2 合金工具钢的分类及编号 三 火电厂用钢 耐热钢 火电厂热力设备中很多零部件是在高温 高压和腐蚀介质中长期工作 因此需用耐热钢 耐热钢 具有热稳定性和热强性的热稳定性 高温下保持热化学稳定性热强性 高温下具有足够的强度 1 耐热钢的化学稳定性 防腐蚀性能 1 化学腐蚀 金属与介质 干燥气体和非电解质溶液 发生化学反应而产生的腐蚀 不出现电流 例如 高温氧化 脱碳等 2 电化学腐蚀 金属与介质 电解质溶液 即酸 碱 盐溶液 发生电化学反应而产生的腐蚀 电厂常见的腐蚀损坏类型 蒸汽腐蚀烟气腐蚀垢下腐蚀苛性脆化应力腐蚀腐蚀疲劳 1 蒸汽腐蚀锅炉的热面管子 特别是过热器管子 3Fe 4H2O Fe3O4 4H2 氢脆 2 烟气腐蚀含SO2的烟气在锅炉的尾部受热面 省煤器 空气预热器 与水结合形成硫酸 3 垢下腐蚀含有氧化铁及氧化铜的水垢沉淀在受热面管子 与管壁形成原电池 产生电化学腐蚀 4 苛性脆化锅炉汽包等设备的铆接 或胀接 缝隙处 产生高浓度的碱性溶液 合金化是提高钢的耐腐蚀性的最根本的方法 1 形成氧化层 加入合金元素Cr Al Si等 形成Cr2O3 SiO2 Al2O3等氧化膜 2 提高金属的电极电位 加入合金元素Cr Ni Si等 提高金属基体的电极电位 提高耐腐蚀性的方法 3 使钢在室温下呈单相组织 加入合金元素Mn Ni Co等能扩大A区 可在室温获得奥氏体钢 加入合金元素Cr Mo W V Ti Si等能扩大F区 可在室温获得铁素体钢 高温下钢的组织变化 一 碳化物的球化如20钢及15CrMo 12Cr1MoV等制造的锅炉管道 二 石墨化 三 固溶体中合金元素的贫化 2 耐热钢的组织稳定性 1 合金化提高钢热强性的机理 一 固溶体强化 二 晶界强化 硼 锆 稀土元素等 三 碳化物的弥散强化 3 提高钢耐热性的主要手段 合金化 2 合金元素在耐热钢中的作用 碳 C 随着碳含量的增加 钢的室温强度提高 塑性下降 碳对钢的高温性能影响就比较复杂 随着含碳量的增加 钢的抗蠕变性能会降低 而且 在高温下长期使用时 其蠕变速度要增快 因为含碳量多 在高温时从固溶体中析出的碳化物必然增多 会使固溶体中合金元素贫化 从而降低热强性 但含碳量也不宜过低 否则强度就太低 铬 Cr 提高钢的耐腐蚀性能 铬的氧化物Cr2O3比较致密 能起保护膜作用 可有效地阻止钢被继续氧化 钢中含铬量越高 钢的抗氧化性能就越好 若含铬量超过12 以后 还能提高钢的电极电位 从而增加抗电化学腐蚀的能力 增加铁素体的强度 提高组织稳定性 钼 Mo 钼是耐热钢中强化固溶体的主要元素 钼溶入铁素体可使原子之间的结合力增大 会使晶格发生畸变 因而提高钢的强度 含钼量愈高 钢的蠕变极限值也就愈高 钒 V 钒是强的碳化物形成元素 形成细小 均匀 高度弥散分布的碳化物和氮化物微粒 这些化合物在550一600 范围内比较稳定 因而能有效地提高钢的持久强度和抗蠕变能力 钒和碳的亲和力比钼和铬大 能阻碍钼和铬元素由固溶体向碳化物中迁移 避免和减少固溶体中钼和铬的贫化 耐热钢中含钒量一般均小于0 4 含钒最过多钒的碳化物将要粗化 这对热强性反而不利 镍 Ni 镍能增加钢的淬透性 国而能提高钢的强度 镍还是扩大奥氏体的元素 在奥氏体类耐热钢中用得较多 加入镍使钢变成单相的奥氏体组织后 钢就具备了较高的抗蠕变能力和耐腐蚀性能 由于镍价格较贵 所以可用猛代替镍 使钢变成为单相的奥氏体组织 钛 Ti 和铌 Nb 钛和铌也是强碳化物形成元素 钢中形成TiC和NbC后 在高温时其强度和稳定性均比VC为高 常用钛和铌来防止或减少因溶体中钼和铬的贫化 钛和铌与钒一样还能有效地防止不锈钢的晶间腐蚀 硼 B 和稀土元素 RE 硼和稀土都是提高晶界强度的合金元素 但是 这些元素的加入量如果过多 将会严重地降低钢的热加工工艺性能 在耐热钢中均属微量加入元素 铝 Al 和硅 Si 铝和硅在钢中能显著地提高钢的抗氧化性 加入到钢中主要是为了提高耐腐蚀性能 但是 铝和硅均能促进石墨化 所以其加入量需要予以控制 按照正火后的金相组织分为四类 一 珠光体耐热钢二 马氏体耐热钢三 铁素体耐热钢四 奥氏体耐热钢 4 耐热性的种类及其应用 1 珠光体耐热钢 15MoG 不大于500 的蒸汽管道 集箱 不大于530 的受热面管 12CrMoG 15CrMoG 不大于510 的蒸汽管道 集箱 不大于540 的受热面管 12CrMoVG 不大于540 的蒸汽管道 集箱 不大于570 的受热面管 12Cr1MoVG 不大于555 的蒸汽管道 集箱 不大于570 的受热面管 12Cr2MoG 不大于570 的蒸汽管道 集箱 不大于580 的受热面管 15Cr1Mo1V 不大于580 的蒸汽管道 集箱 12Cr2MoWVTiB 不大于600 的受热面管等 主要用于蒸汽管道 集箱 受热面等 2 马氏体耐热钢 汽轮机叶片的工作温度450 620度 与锅炉管相近 但要求更高蠕变强度 耐蚀性和耐腐蚀磨损性 珠光体耐热钢不能满足这些要求 应用最早的Cr13型 如1Cr13 2Cr13 为提高热强性进行合金化 添加Mo W V Nb Ti B等元素 形成 1Cr11MoV 1Cr12WMoV 2Cr12WmoVNbB 2Cr12NiMoWV 2Cr12Ni2Mo1W1V 1Cr17Ni2 0Cr17Ni4Cu4Nb等 叶片用钢 3 铁素体耐热钢 钢中加入较多的铬 铝 硅等合金元素 使钢具有单相铁素体组织 如 1Cr25