热强钢PPT课件.ppt

2 5热强钢Creepandcreepresistantsteels 应用 标准及规程 标记 焊接 机械性能 化学成分 焊接性 填充材料 焊接工艺 陶瓷 1200oC 镍合金加氧化物 1100 1200oC 镍基合金 800 1100oC 奥氏体钢 不含 铁素体 600 800oC 低合金钢 合金低耐钢热 300 600oC 碳钢 300oC 高温使用的材料 低合金热强钢是在较高温度条件下 部分可达到600 C 长时间受载荷作用时 仍能够保持其强度性能 热强性 同时还具有足够的抗氧化能力 热强钢用于常规热电站 核能动力装置 石油精制 加氢裂化设备 合成化工容器 宇航装置以及其它高温加工设备 低合金钢热强钢的应用 对热强钢的要求根据热强钢产品或零部件在运行中的工况条件和制造的加工工艺 热强钢主要应具有以下要求 具有足够的热强性 包括高温持久强度或蠕变强度 抗腐蚀性和抗氧化性 具有良好的可加工性能 包括冷 热成形性能 热切割性和焊接性等 热强钢的特征参量 常温屈服强度 100 高温下屈服强度 300 持久极限 强度 材料在规定温度下达到规定时间而不断裂的最大应力 例如 p 211 240MPa表示实验温度为500 持久时间为10000h的应力 抗拉强度240MPa不失效 蠕变极限 蠕变 钢在长时间 恒温 恒载作用下 发生缓慢塑性变形现象 蠕变曲线描绘了钢在一定温度 应力作用下蠕变过程的三个阶段 瞬时蠕变 减速阶段ab 稳态蠕变 等速阶段bc 蠕变加速 加速阶段cd 蠕变极限 强度 钢抵抗蠕变变形的能力 蠕变抗力 定义 在规定的温度和时间条件下 产生一定量的总形变的应力值 即为蠕变极限 例 49 50MPa即钢在565 时 经105小时工作或试验后 允许总伸长率为1 时 其应力极限值为49 50MPa 各国现行的锅炉设计规程容许的蠕变变形量为1 当高温元件的工作应力低于蠕变极限时 其运行是安全的 蠕变的影响因素 热强机理 1 通过固溶强化对晶格造成约束2 通过弥散强化阻碍位错运动3 通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界4 通过正火处理使晶粒分布均匀 晶界强化 5 通过改变金属的晶格结构提高热强性 晶格强化 热强钢的抗氧化性受压部件内壁或外壁长期与水 蒸汽 和烟气等腐蚀介质接触时 会产生高温氧化 金属表面会生成氧化膜 如果氧化膜与表面金属结合不牢固 则会不断脱落 减薄壁厚 使承载强度下降 为防止高温受压部件提前失效 碳钢应在540 以下工作 540 以上工作采用Cr Mo型低合金热强钢 由于热强钢中加入了铬 硅和铝等合金元素 这些元素的氧化物结构致密 可以提高钢的抗氧化性 当工作温度高于580 时 应选用高铬镍耐热钢 热强钢的分类 碳钢系列 低合金钢系列 高合金系列 碳钢系列 屈服极限值200 300 锅炉用钢 EN10028 2P235GH P265GH P295GHEN10028 3P275NH管材 EN10216 2 无缝 P195 P235 P265 P355EN10217 2 焊接 P195 P235 P265使用温度范围 约至350 C热强机理 优质钢 限制P S含量 低合金钢系列 屈服极限值300 400 锅炉用钢 EN10028 3P355NH P460NHEN10028 210Mn6 15Mo3 13CrMo4 4 10CrMo9 10管材 EN10028 217Mn4 19Mn5 15Mo313CrMo4 4 10CrMo910 14MoV使用温度范围 约至600 C热强机理 通过Mn Mo固溶强化 微小析出物强化 高合金系列马氏体钢管材 10028 2 X10CrMoVNb9 1无 铁素体的奥氏体钢 EN10028 7 X8CrNiMoNb1616 X8CrNiNb1613 X8CrNiMoN1713使用温度范围 至750C 热强机理 固溶强化 微小析出物 面心立方晶格 晶格强化 化学成分 常温力学性能 高温下0 2 屈服强度 1 塑性变形的蠕变极限和持久强度 低合金热强钢的焊接性 冷裂纹倾向热强钢按其合金含量具有不同程度的淬硬倾向 它取决于碳和合金成分及含量 其主要合金元素Cr和Mo都显著提高钢的淬硬性 存在冷裂纹倾向 热裂纹倾向热裂纹倾向不大 要选择合适的热输入量 收弧时注意填满弧坑 就不易产生热裂纹 再热裂纹倾向再热裂纹产生主要取决于钢的碳化物形成元素的特征及含量 易产生于热影响区的粗晶段 与焊接热规范及由此引起的焊接应力有关 低合金热强钢按其合金含量具有不同程度的淬硬倾向 可能形成对冷裂纹敏感的显微组织 热强钢中含有Cr Mo V Nb和Ti强碳化物形成元素 过热区存在再热裂纹 晶界碳化物链 倾向 铬钼钢及其焊接接头在370 565 区间长期运行过程中 由于P As Sb和Sn沿晶界的扩散偏析 晶界化合物 会发生渐进的脆变现象 出现回火脆性 低合金热强钢的焊接工艺 焊接方法凡经焊接工艺评定试验证实 所焊接头的性能符合相应产品技术条件要求的任何焊接方法都可用于焊接 目前 应用于低合金热强钢焊接结构生产中的焊接方法主要有 焊条电弧焊 埋弧自动焊 熔化极气体保护焊 电渣焊 钨极氩弧焊等 1 焊条电弧焊焊条电弧焊是应用较广泛的焊接方法之一 其特点是机动 灵活 能够实现全位置焊接 一般应选用低氢型碱性药皮焊条 缺点是建立低氢的焊接条件比较困难 使焊接工艺复杂化 热强钢焊条按ISO3580标准选用我国已有系列完整的低合金热强钢焊条 一般均应选用低氢型碱性药皮焊条 R207 R317 R417 0 5Mo 0 5Cr 0 5Mo薄钢板允许采用纤维素 立向下 全位置 或高氧化钛酸性药皮 氧化钛 焊条 2 埋弧焊埋弧焊具有高的熔敷率 广泛应用在压力容器 管道 梁柱结构 大型铸件以及汽轮机转子的焊接 其缺点是不能在任意空间位置进行焊接 对于小直径和薄壁构件 很难发挥其应有的效率 目前已有各种热强钢相匹配的焊丝和焊剂 其中包括用于特种厚壁要求抗回火脆性的高纯度焊丝和焊剂 按EN12070标准选用埋弧焊用焊丝 按ISO14174标准选用埋弧焊用焊剂 3 钨极氩弧焊钨极氩弧焊的焊接气氛具有超低氢的特点 焊接低合金热强钢时可相应降低预热温度 另一个优点是 可采用抗回火脆性能力较高的低硅焊丝焊制纯度较高的焊缝金属 可进行难焊位置的焊接 缺点是焊接效率低 一般在焊接厚壁管道往往采用这种方法焊接根部焊道 打底 而填充层则采用其它效率较高的焊接方法完成 当母材的铬含量超过3 时 焊缝背面应通氩气保护 以改善成形 防止焊缝表面氧化 按EN12070标准选用钨极氩弧焊焊丝 按ISO14175标准选用保护气体 4 熔化极气体保护焊接采用CO2或CO2 Ar混合气体作保护气体 是一种低氢氛围焊接法 按焊丝的类型可分为实芯焊丝和药芯焊丝熔化极气保焊 0 8 1 0细丝实芯焊丝 能实现低电流短路过渡焊接 适合薄板和根部焊道焊接 1 2以上粗丝实芯焊丝 能实现高熔敷率的喷射过渡焊接 提高焊接效率 实芯焊丝按EN12070标准选用 药芯焊丝按ISO17634标准选用 保护气体按ISO14175标准选用 电渣焊电渣焊是熔敷率最高的一种熔焊方法 已在低合金热强钢 大厚度板 中得到稳定应用 电渣焊焊接过程中产生大量热能对焊接熔池上面的母材起到了预热作用 特别适用于空淬性较高的低合金热强钢 电渣焊的热循环比较平缓 冷却速度相当缓慢 有利于焊缝金属中扩散氢的逸出 缺点是焊缝金属和高温热影响区的初次晶粒十分粗大 对于重要焊接结构 焊后必须经正火处理 以细化晶粒 提高韧性 坡口加工准备热切割和电弧气刨会引起母材组织变化 热气割边缘的低塑性淬硬层会成为钢板卷制和冲压过程中的开裂源 为防止厚板火焰切割边缘的开裂 应采取割前预热 切割后机械加工和表面磁粉探份检查 焊接材料选择原则 1 焊接金属的合金成分与强度应基本上与母材相应指标一致或应达到产品技术条件提出的最低性能指标 部分热强钢母材与焊材匹配对照见表8 2 焊件在焊后需经退火 正火或热成形等热处理或热加工 则应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料 3 碱性低氢型焊条和碱性焊剂使用要求在低合金热强钢焊接中 选用低氢碱性药皮焊条和碱性焊剂 是防止焊接接头产生裂纹的主要措施之一 但碱性焊条药皮 焊剂却容易吸潮 而焊材中的水分是焊接气氛的主要来源 使用前应加以烘干 热强钢焊条和焊剂的烘干温度 烘干时间和保存温度 应严格执行相应技术文件要求 低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理 1 焊前预热预热是防止低合金热强钢产生焊接冷裂纹和消除应力裂纹的有效措施之一 可采用整体预热和局部预热方法 采用局部预热方法时 预热宽度大于所焊焊件壁厚的 倍且至少不能小于150 并保证焊件内外表面均达到规定的预热温度 厚壁焊件的焊接中 必须注意焊前 焊接过程中 焊接结束时与焊件预热温度基本保持一致 并将实测预热温度作好记录 对于厚壁容器低合金热强钢焊件 如果接头拘束度较高 如插入式接管的环向接头 金属构件的十字接头 实际预热温度应比推荐温度高50 C 2 热处理温度和保温时间各国法规中所要求的最低热处理温度有较大的差别 其原因首先与各法规所遵循的设计准则 材料标准 工艺评定准则不同有关 其次它应根据设备的运行条件 材料的供货状态 焊接工艺评定试验来选定 允许保温时间下的消除应力处理 热强钢母材与焊材匹配对照表 低合金热强钢焊接材料焊条电弧焊用药皮焊条 ISO 3580 标准规定了全焊缝金属热处理条件下 铁素体 马氏体热强钢和低合金热强钢焊条电弧焊用药皮焊条 标准包括两个分类体系 在对屈服强度和全焊缝金属47J均匀冲击功要求条件下 按照全焊缝金属化学成分分类 分类A 或者按照抗拉强度和全焊缝金属的化学成分进行分类 分类B 示例 ISO3580 A ECrMo1B44H5其中 ISO3580 A 国际标准编号 分类A E 药皮焊条 焊条电弧焊 CrMo1 全焊缝金属化学成分 见表9 B 焊条药皮类型 见ISO2560 4熔敷率和电流种类 见表11 4 焊接位置 见表12 H5 氢含量 见表13 EN1599与ISO3580 A完全一致 热强钢气体保护焊 焊丝 棒 埋弧焊焊丝EN12070标记举例 EN12070GCrMo1EN12070WCrMo1EN12070SCrMo1 实心焊丝EN12070标准已被ISO21952标准替代并等同使用 热强钢气体保护焊药芯焊丝ISO17634标记举例 ISO17634 A TCrMo1BM 其中 ISO17634 A为国际标准编号 按照化学成分分类 T表示药芯焊丝 气保护金属电弧焊 CrMo1 全焊缝金属化学成分 见表15 B药芯类型 M保护气体 4焊接位置 H5氢含量 热强钢的应用 热强钢用于常规热电站 核能动力装置 石油精制 加氢裂化设备 合成化工容器 宇航装置以及其它高温加工设备 EN10028锅炉及压力容器用钢 EN10028 1压力容器一般用钢EN10028 2碳钢和低合金钢的热强钢EN10028 3正火的细晶粒钢EN10028 4镍基低温韧性钢EN10028 5热机械轧制细晶粒钢EN10028 6调质细晶粒钢EN10028 7无 铁素体的奥氏体钢 按EN10028标准非合金热强钢的标记 例如 EN10028 2P235GHEN10028 3P275NHEN10028 3P275NL 按EN10028标准低合金热强钢的标记数字 化学元素符号 数字例如 13CrMo4 510CrMo9 1014MoV6 3 12Cr1MoV 珠光体低合金热强钢 用于高压 超高压 亚临界电站锅炉过热器 集箱和主蒸汽导管 金相组织 P F焊接 焊条电弧焊E5515 B2 V R317 埋弧自动焊H08CrMoVHJ350预热200 250 焊后710 740 热处理 热强钢的应用举例 火电设备 核电设备 石油化工 各种受热面管道和高压容器 570 以下 加氢裂化设备 伸长率 持久塑性 达3 5 才开始蠕变第三阶段 金相组织 B F焊材 焊条电弧焊EN1599ECrMo2B E6015 B3 R407 壁厚大于6mm 焊前预热200 250 焊后热处理700 740 外径小于50mm 壁厚小于8mm 可不进行热处理 10CrMo910各国普遍使用的低合金热强钢 10Cr9Mo1VNb SA213 T91SA335 P91 C 0 080 0 12 Si 0 20 0 50 Mn0 30 0 60 Cr 8 0 9 5 Mo 0 85 1 05 V 0 18 0 25 Nb 0 06 0 10具有高的抗氧化和抗高温蒸汽腐蚀性能 高而稳定的持久塑性和热强性能 使用温度为625 用于亚临界 超临界火电锅炉过热器 再热器用钢管 核电热交换器 金相组织 M焊接方法 焊条电弧焊 TIG焊 MAG焊 埋弧焊焊接工艺 无热裂和再热裂纹倾向 氢致裂纹比较明显 低氢焊