Сталь для котлов марка
Наиболее подходящим материалом для изготовления паровых котлов являются углеродистые и легированные стали, в состав которых входят: хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам и т.д. Благодаря этим дорогостоящим элементам сталь приобретает все необходимые свойства, которые требуются для оборудования котельных. Надо отметить, что часть парового оборудования состоит из элементов и деталей, к которым применяется сварка. А потому, здесь широко используются малоуглеродистые стали ферритного класса, например, Ст.20, обладающая хорошей коррозионной стойкостью, прочностью и свариваемостью, которая хорошо проявляет себя в условиях температуры до 450 °С.
Еще в паровых котельных также используются стали перлитного класса, а именно низколегированные углеродистые стали, такие как 15ХМ, 12МХ. Это жаропрочные стали, которые хорошо выдерживают высокий температурный режим, устойчивы к ползучести и не окисляются при температуре вплоть до температуры 580 °С. Свойствами тугоплавкости и устойчивостью к окалинообразованию и окислению котельные стали обязаны добавкам молибдена, хрома, кремния и алюминия. На деталях парового оборудования, работающего при более высоких температурах, в режиме перегретого пара, используются также недорогие низколегированные хромомолибденовые стали, дополнительно легированные ванадием (0.2-0,3%) для увеличения предела ползучести металла.
Жаропрочные стали
Среди жаропрочных сталей для изготовления котлов широко применяются хромомолибденовые стали 15Х1МФ и 12Х1МФ. Имея в своём составе хром (1%), молибден (0,3%) и ванадий (0,2%) сталь 12Х1МФ обладает высоким пределом ползучести и выдерживает температурный режим до 570 °C. Её также применяют при изготовлении деталей пароперегревательных труб, труб и коллекторов установок высокого давления, для паропроводов, цилиндров газовых турбин и др.
Для изготовления труб пароперегревателя применяют перлитную сталь 12М2МФСР - более окалиностойкую и жаропрочную. Для элементов, работающих при температурах перегретого пара до 650 °С применяют высоколегированную сталь аустенитного класса. Дело в том, что аустенитные хромоникелевые и хромоникелемарганцевые стали являются особенно жаропрочными и окалиностойкими. Содержание в них никеля и хрома достигает 30%, а прибавки из титана и ниобия добавляют сплавам устойчивость к интеркристаллитной коррозии.
Особенно хочется отметить сталь 12Х18Н12Т, которая имеет более чистую аустенитную структуру, за счет чего проявляет особенно высокие жаропрочные свойства.
Ну и конечно, говоря о паровых котельных, нельзя не сказать и о сером чугуне. Серый чугун - СЧ широко применяется в условиях влажного перегретого пара, поскольку проявляет достаточно высокую стойкость к окалирообразованию во влажной и горячей среде. Это литейный металл, поэтому из него можно отливать лючки, арматуру для крепления, подвески обмуровки, взрывные клапаны, элементы топочных устройств и другие детали. Рекомендуемая рабочая температура чугуна СЧ (СЧ20) составляет 250-350 °С. Для повышения окалиностойкости серого чугуна, его легируют кремнием и др. элементами.
Металл котлов
Металл паровых котлов работает в очень тяжелых условиях, так как на него воздействуют давление и температуры воды и пара (пароводяной смеси), собственный вес обмуровки и неравномерного расширения деталей котельного агрегата.
Толщину стенки барабанов, коллекторов и труб, размеры деталей каркаса и т.п. определяют в зависимости от величины суммарной нагрузки и требуемого запаса прочности, обеспечивающего длительную работоспособность деталей. Кроме прочности, металл должен обладать пластичностью (отсутствие хрупкости), противостоять коррозии и иметь хорошую свариваемость. Поэтому для производства деталей котельных агрегатов (особенно тех, что работают под давлением) применяют высококачественные сорта сталей.
Во всех сортах котельной стали содержится небольшое, строго ограниченное количество углерода, марганца и кремния, а также не полностью выведенные вредные примеси — сера и фосфор. Сталь, содержащая только указанные элементы, называется углеродистой.
Из углеродистой стали изготовляют водяной экономайзер , экраны и барабаны котельных агрегатов, работающих при температуре до 450 °С. При температуре более 450 °С прочность углеродистой стали резко снижается. Поэтому для изготовления деталей, работающих при более высокой температуре, применяют специальную жаропрочную сталь, в состав которой вводят небольшое количество молибдена, хрома, никеля и других химических элементов для придания металлу определенных свойств. Такая сталь называется низколегированной.
Из низколегированной стали марок 12Х1МФ и 15Х1МФ изготовляют обычно радиационные поверхности нагрева прямоточных котельных агрегатов и пароперегреватели (за исключением выходной части), работающие при температуре до 540 °С.
Как углеродистая, так и низколегированная стали относятся к стали перлитного класса, отличающейся темной поверхностью.
Наибольшей жаропрочностью обладает хромоникелевая сталь марки Х18Н12Т аустенитного класса, называемая также нержавеющей сталью, у которой легирующие добавки никеля и хрома достигают 30 % массы металла. Из этой стали изготовляют трубы выходной части пароперегревателей котельных агрегатов высокого давления, металл которых эксплатируют при температуре 570—660 °С. В составе стали, кроме никеля и хрома, имеется небольшое количество титана, стабилизирующего структуру стали при высокой температуре. Такая сталь имеет светлую, блестящую поверхность. Основными преимуществами аустенитной стали являются ее высокая жаропрочность и способность противостоять коррозии при высокой температуре благодаря большому содержанию хрома (18 %) и никеля (12 %); отсюда и название — нержавеющая сталь. Аустенитная сталь во много раз дороже перлитной стали.
Посмотрим, как влияют отдельные элементы химического состава стали на ее свойства.
Влияние углерода.
С увеличением содержания в составе стали углерода она становится более прочной и менее пластичной. Чрезмерно высокое содержание углерода является вредным, так как слишком твердая и малопластичная сталь хуже сопротивляется разным механическим деформациям, возникающим, например, при защемлении экранных труб при растопке котла, а также ухудшается свариваемость стали.
Для изготовления поверхностей нагрева котельного агрегата, работающих при температуре пара до 450 °С, широко применяют углеродистую сталь марки 20 с содержанием углерода до 0,25 %, а для изготовления каркаса котлов — углеродистую сталь марки Ст. 3. В низколегированной стали углерод содержится в еще меньшем количестве. Например, в применяемой для изготовления пароперегревателей современных котельных агрегатов стали марки 12Х1МФ содержание углерода не должно превышать 0,15 %.
Влияние марганца.
Марганец подобно углероду повышает прочность стали и несколько уменьшает ее пластичность. При плавке стали в мартеновской печи марганец способствует очистке металла от серы, образуя легко удаляемый шлак.
Применяемая для изготовления барабанов котлов сталь марки 22К содержит 0,75-1,0 % марганца. Сталь марки 20 содержит 0,35-0,65 % марганца.
Влияние кремния.
Чем больше кремния в стали, тем больше её прочность и меньше пластичность. При плавке в металлургических печах его применяют для раскисления стали; соединяясь с растворенным в стали кислородом, кремний образует легко удаляемые шлаки, поднимающиеся на поверхность жидкого металла.
Влияние молибдена. Молибден повышает жаропрочность стали и ее пластичность. В стали 12Х1МФ содержится 0,25—0,5 % молибдена, в стали 15Х1М1Ф 0,9—1,1 %.
Влияние хрома.
Хром повышает жаропрочность и прочность стали и понижает ее пластичность.
Читайте также: