鍋爐執行基礎知識（3）

20g鋼是低碳鋼鋼嗎

1、鍋爐汽包為什麼不用合金鋼板製造以減薄其厚度？

電站鍋爐汽包內徑一般為1。6—1。8m，承受壓力也較高，故汽包壁也較厚。高壓以上鍋爐汽包壁厚約100mm左右，亞臨界引數鍋爐汽包壁厚有的達200mm左右，多用碳鋼或低合金鋼製成，重量可達100多噸或更高。不用合金鋼板製造的主要原因是：

（1）汽包工作壓力雖高，但工作溫度是對應壓力下的飽和溫度，一般在350℃以下，最高也只有364℃，因此，沒有必要選用高強度合金鋼。

（2）合金鋼的冷、熱加工效能，特別是焊接效能要較碳鋼差得多。

（3）合金鋼的應力集中係數高於碳鋼。

（4）合金鋼價格昂貴。

基於以上原因，一般汽包用優質碳鋼（20g、22g）及低合金鋼（如16Mn）來製造。

2、鍋爐用鋼材分哪幾類？

鍋爐用鋼是在高溫條件下工作，部件類別多，工作條件複雜，使用鋼材類別也很多，但承壓元件所使用的鋼材，基本上可分兩大類：

（1）碳素鋼鍋爐承壓元件用鋼為優質碳素鋼，且大多屬於低碳鋼（含碳量低於0。25%），如15號鋼，20號鋼，20g、22g鍋爐鋼，鋼號數字代表鋼中平均含碳量的萬分數，鋼號後面字母“g”表示鍋爐鋼，它是按照鍋爐用鋼的要求，根據一定標準（如GB173—72）專門冶煉軋製的。

優質碳素鋼的強度稍低，但具有較高的塑性及韌性，並有良好的冷、熱加工效能及焊接效能，一般用於工作溫度低於450℃部件。

（2）合金鋼在碳素鋼的基礎上，為了達到某些特定效能要求，有目的地加入一些元素的鋼，稱合金鋼。被加入的元素稱為合金元素。

合金鋼比碳素鋼具有良好的綜合機械效能和特殊的物理化學效能，如有較高的強度極限和持久強度、耐磨性、耐蝕性和抗氧化性等。但也有缺點，如：冶煉工藝複雜，某些加工效能較差，價格也較昂貴等。因此，一般合金鋼用在工作溫度高於450℃的零、部件上。

我國合金鋼的編號採用化學符號與數字相結合的方法。前面數字表示鋼的平均含碳量，符號是加入元素的化學符號，符號後數字表示加入元素的平均含量，平均含量小於是1。5%時，一般不標註。當兩種化學成分中除了其中一個主要合金元素外，其餘都基本相同，而這個主要合金元素在兩種鋼中的平均含量都於是1。5%時，含量較高者加1，以示區別。

3．合金鋼中的主要合金元素都起什麼作用？

鋼是以鐵為基本成分的多元素金屬。純鐵有很好的塑性及韌性，但強度很低。所以，總要根據不同需要加入不同的元素，以改善鋼的效能。主要元素的作用如下：

（1）碳（C）碳是鋼中的主要元素，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的常溫強度、硬度提高，但塑性、韌性及焊接能降低。所以，鍋爐承壓元件用鋼的含碳量一般為0。1%~0。25%。

（2）錳（Mn）錳可以提高鋼的常溫強度、硬度及耐磨性，含量高時，焊接應力增加。錳可使鋼的高溫短時強度提高，但對持久強度和蠕變極限及沒有明顯的影響。

（3）鉬（Mo）和鉻（Cr）鉬和鉻都能提高鋼的強度。鉻對提高鋼的高溫組織穩定效能——抵制珠光體球化、石墨化、抗高溫氧化有明顯效果。並能提高抗腐蝕性。但含鉻高的鋼，焊接裂紋敏感性強，溫差應力也大。鉬對提高鋼的持久強高度有明顯作用。鉬有石墨化傾向可加鉻防病止，鉻的脆化可用鉬化可用防止，二者共存可以提高鋼的綜合性能。

（4）釩（V）釩在鋼中能提高高溫組織穩定性，還能抵消鉻對焊接效能的不利影響。

（5）鈦（Ti）鈦可提高鋼的持久強度，在抵合金鋼中，還可改善鋼的焊接效能。

（6）鎢（W）鎢可提高鋼的持久強度及高溫硬度。

（7）矽（Si）矽能提高鋼的強度、耐磨性及抗氧化能力。與鉻共存時，可提高抗高溫氧化能力，也可提高在煙氣中的抗腐蝕效能。

（8）鈮（Nb）鈮與鈦的作用相同，可提高鋼有熱強性。

（9）硼（B）硼的突出作用是提高鋼的淬透性。在耐熱鋼中可提高鋼的熱強性及持久塑性。

（10）鎳（Ni）鎳的主要作用是使鋼獲得奧氏組織，從而提高鋼的抗蠕變能力。

4．鋼中的硫、磷元素起怎樣的作用？

硫和磷是在冶煉過程中殘在於鋼中的有害成分。

鋼中有硫存在時，當加熱到期1000——1200℃再進行鍛造和軋製會使工件沿晶界開裂，這種現象稱熱脆性。另外，硫還使鋼的焊接性通能降低，焊縫易出現一裂紋和氣孔。

磷能使鋼的強度及硬度顯著提高，但使塑性及韌性下降，特別是使鋼的脆性轉變溫度升高，提高了鋼的冷脆性。

由於硫和磷的存在，均對鋼材效能有不利影響，故在冶煉過程中應儘量除去它們在鋼中的含量是評定鋼材質量的指標之一。比如，優質碳素鋼中硫、磷的含量均應小於0。04%，以防出現熱脆及冷脆。

5．什麼是鋼材的脆性轉變溫度過？

當溫度低於某一數值時，某些金屬的塑性（特別是衝擊韌性）會顯著降低而呈現脆性，這一溫度稱為該種鋼材的脆性轉變溫度。也稱無韌性或無塑性溫度。實際上就是韌脆轉變溫度。脆性轉變溫度越低，說明鋼材的抵抗冷脆效能越高。

脆轉變溫度與多種因素有關，它隨鋼中磷含量的增加而提高，隨鋼材厚度的增加、材料中缺陷尖銳程度的提高、材料承受的載入速度的提高而提高。

根據鋼材這一特性，鍋爐在作水壓試驗時，上水溫度一定要高於鋼材的脆性轉變溫度，升壓速成度也要按有關規定嚴加控制，以防出現冷脆破裂事故。

受壓容器由於冷脆破壞的例項是時有發生的。我國某臺灣400t/h超高壓鍋爐，進行水壓試驗時，由於進水溫度較低，使汽包在低於其試驗壓力18MPa時即發生脆性爆破。這樣的慘痛教訓是需要記取的。

6．什麼是普通低合金鋼？

普通低合金鋼是在低碳鋼的基礎上，加入少量合金元素，一般以錳（Mn）為主，其次是鉬（Mo）、釩（V）、鈦（Ti等，用以獲得在中溫（即400℃左右）下具有較高屈服強度和良好的塑性、韌性及焊接效能，即具有較高的機械強度和加工效能。普通低合金鋼與其相近的碳素鋼相比，屈服強度可提高30%——50%。相同承載條件下，採用低合金鋼，可使結構重量減輕約20%—-30%。

由於低合金鋼具有較高和機械強度和良好的加工效能，成本又較低，在發電廠中得到廣泛應用。如用於製造工作溫度不超過450℃的鍋爐受熱面管、汽包、聯爐頂主風機葉片等。常用鋼號有16Mn、15MnV、14MnMoV等。

7．鍋爐常用鋼材的使用範圍如何選擇？

各種鋼材在使用時都有一定的最高許用溫度，超過這一溫度時，強度及其它效能會明顯下降，甚至發生損壞。鍋爐各部件都有一定的工作溫度，選用鋼材時，應根據部件所確定的工作溫度及工作壓力。確定合適的鋼種。若部件工作溫度並不太高，卻選用耐高溫鋼種，這樣安全性雖然提高了，但必然使成本提高，造成不必要的浪費。同樣如果部件的工作溫度較高，選用的鋼種耐溫程度不高或高溫穩定性不好，必然影劇院響使用壽命，對安全生產不利，最終還會影響經濟性。

鍋爐常用鋼材推薦的使用溫度可參考3—2選取；主要部件可推薦使用的鋼材型號參閱表3—3。

8．什麼是金屬材料的可焊性？如何評價鋼的可焊性？

可焊性是指金屬材在一定的工藝條件焊接時，能獲得優質焊接接頭的效能。如果一種材料只需用一般的焊接工藝就能獲得優質焊接接頭，則該種材具有良好的可焊性；如果需用很特殊或者很複雜的焊接工藝才能獲得優質接頭，則該種材料的可焊性較差。

鋼材的可焊性，通常用含碳量多少和合金元素的種類與含量來評價。含碳量或含合金元素則可焊性較差，可根據鋼材化學成分對焊接熱影響區淬硬性的影響程度，透過碳當量計算來評價焊接時產生冷裂紋的傾向。

9．合金鋼為什麼需要焊前預熱和焊後熱處理？

合金鋼具有良好的抗高溫氧化及組織穩定性，較高的高溫強度。但它的可焊性較差，淬硬傾向大，焊接過程中焊縫及熱影響區可能出現如下一些問題：

（1）焊後在焊縫及熱影響區出現硬而脆的淬硬組織，若再的較大內應力存在，就會出現冷裂紋，韌性、塑性降低。

（2）具有出現弧坑裂紋的傾向。

（3）某些合金元素，具有焊接再熱裂紋傾向，尤以含釩、含硼的鋼種為甚。

為了避免和消除上述缺陷，合金鋼需要焊前預熱，焊後熱處理。

焊前預熱的主目的是改善材料的可焊性。在加熱並保持一定溫度的過程中可以降低焊接接頭區域的溫差，使熱影響區的淬硬傾向減弱。在焊接過程中有利於氫氣的逸出，降低焊縫中的氫含量，防止冷裂紋的產生，改善焊接接頭的塑性及韌性。

後熱處理的方法一般是高溫回火，其主要目地是：

（1）消除或減少在焊接過程中所產生的內應力，防止焊縫和熱影響區產生裂紋。

（2）改善焊縫和熱影響區的機械效能，即提高其塑性及韌性，改善硬脆傾向。

（3）改善焊縫和熱影響區的金相組織。

一般碳素鋼的焊接效能好，焊接時可不必預熱與熱處理。但對於含碳量高、剛度大的焊件，由於焊後殘餘應力大，也需預熱及熱處理，如壁厚於30mm的碳鋼管。

10．安裝蠕脹測點的目的是什麼？蠕脹測點安裝在什麼部位？

管道在高溫情況下要發生蠕變脹粗，為了測量和監督蠕變速度，在高溫管道上要安裝蠕脹測點。為了測量的準確，不能直接測量管道本身，要在管道上裝設專門的測點，它由測釘和測釘座組成，如圖3—3所示。

安裝時先測釘座位置，用電焊把測釘座焊接在管道上，再把測釘旋入測釘座內。用千分卡或專用橋尺，測量測釘的原始直徑，並做記錄。以後每次檢修都在進行測量，以計算管道的蠕脹速度，監視蠕脹是否已達危險值。

蠕脹測點安裝在主蒸汽管道及其它高溫管道上，位置應選在兩焊縫或法蘭之間較直的管段中部，與焊縫或支吊架距離不小於1m；距彎頭弧線的起點不小於0。75m，並充分考慮安裝測點及測量時的方便。