锅炉钢材的种类

时间：2022-10-24 百科知识版权反馈

【摘要】：16.1.3　锅炉钢材的种类用于制造锅炉受压元件的常用钢材主要包括低碳钢、低合金结构钢、低合金热强钢、奥氏体不锈耐热钢和马氏体热强钢等。表16.1列出了常用锅炉钢材的化学成分、机械性能及适用范围。热强钢必须同时具有良好的高温抗氧化性和持久强度。

16.1.3　锅炉钢材的种类

用于制造锅炉受压元件的常用钢材主要包括低碳钢、低合金结构钢、低合金热强钢、奥氏体不锈耐热钢和马氏体热强钢等。根据型材这些钢又可分为板材和管材。表16.1（a）列出了常用锅炉钢材的化学成分、机械性能及适用范围。

1.低碳钢

表16.1（a）所列的低碳钢，根据质量等级分为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和专用锅炉钢。其中Q235A～D为普通碳素结构钢，其命名由屈服强度数值、质量等级符号和脱氧方法组成。“Q”为屈服强度汉语拼音的第一个字母，紧跟其后的是屈服强度的数值。质量等级分为A、B、C、D四个等级，从A到D质量等级逐渐提高；20钢为优质碳素结构钢，用平均含碳量的万分数的数字表示，20钢表示含碳量为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢，优质碳素结构钢所含的有害杂质元素（S，P）及非金属夹杂物较少，塑性、韧性和加工工艺性都非常好；专用锅炉钢是在碳素结构钢的基础上派生出来的，钢号的表示方法与优质碳素结构钢相似，对于板材是在含碳量数值后加注小写汉语拼音字母“g”，20g表示20号专用锅炉钢板；对于管材则在含碳量数值后加注大写汉语拼音字母“G”，20G表示20号专用锅炉钢管。这类钢在化学成分上与同牌号的优质碳素结构钢基本相同，但机械性能要求较严，特别是对冲击韧性有较严格的要求，并要求时效敏感性小。这类钢在冶炼时应进行良好的脱氧和去除非金属夹杂物，组织结构应均匀，晶粒度希望控制在3～7级，尽量减少夹层、收缩、疏松及气孔等缺陷。20R是20号容器钢板，化学成分与20g很接近，机械性能也相近，当用其制造锅炉受压元件时，应补做应变时效冲击试验。

2.低合金结构钢

低碳钢虽具有优良的塑性、韧性和加工工艺性，但强度却偏低，抗腐蚀能力也不够强。通过在普通低碳钢的基础上，加入少量合金元素，总量＜3%，就可获得高强度、高韧性和良好可焊性与耐腐蚀性的普通低合金结构钢。在这类钢中锰是主加元素，其含量在1%～1.6%左右。锰除了能产生较强的固溶强化效应外，还能细化铁素体晶粒，并使珠光体片变细，消除晶界上粗大的片状碳化物，从而提高钢的强度和韧性。除主加元素外，通常还加入少量的钒、铌、钛等辅加元素。这些附加元素能在钢中形成细小碳化物或氮化物，阻碍钢在加热时奥氏体晶粒长大，有利于获得细小的铁素体晶粒，同时还起到析出沉淀强化的作用，从而进一步提高钢的强度和韧性。

16Mng钢板在我国中低压锅炉中得到广泛应用，具有良好的综合机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中温及低温机械性能均比低碳钢好，耐腐蚀性也优于低碳钢，但缺口敏感性比低碳钢大，在有缺口存在时，疲劳强度会降低，且易产生裂纹。表中16MnR是低合金容器钢板，用于制造锅炉受压元件时应补做应变时效冲击试验。

表16.1（b）　19Mn5、19Mn6、BHW35和A299钢的化学成分

我国在大型锅炉上广泛采用19Mn5、19Mn6、BHW35和A299钢，其化学成分见表16.1（b）。19Mn5、19Mn6是德国生产的碳－锰普通低合金钢，在化学成分上对有害元素硫和磷的控制很严格，实际钢材中硫和磷的质量分数均不超过0.02%，此外在冶炼时采用了真空脱气技术，大大降低了钢中的含气量。该钢具有良好的综合机械性能、焊接性能和工艺性能，见表16.1（c），中温强度优于16Mng，见表16.1（d）。BHW35（13MnNiMo54）也是德国生产的一种多元素少含量的低合金高强钢。该钢合金元素设计合理，组织稳定，通过多元素的交互作用显著提高了钢的强度，同时又具有良好的综合机械性能，见表16.1（c）、表16.1（e）。该钢一般在正火加高温回火状态下使用，其组织状态为回火贝氏体加铁素体，故常称为低贝氏体钢。A299是一种碳－锰－硅系列的美国钢种，在化学成分上对有害元素硫和磷的控制也很严格，实际钢材中硫和磷的质量分数均不超过0.015%，低于表16.1（b）中的标准值，硅、锰的质量分数波动也很小，以保证具有较好的可焊性。该钢也具有良好的综合机械性能、各种冷热加工性能和中温强度，见表16.1（f）。

表16.1（c）　19Mn6、BHW35、SA－299的机械性能

表16.1（d）　19Mn5、19Mn6的中温屈服强度

表16.1（e）　BHW35的中温屈服强度

表16.1（f）　A299的中温屈服强度

3.热强钢

用于制造锅炉受压元件的热强钢主要包括低合金热强钢、奥氏体不锈热强钢和马氏体热强钢。热强钢必须同时具有良好的高温抗氧化性和持久强度。抗氧化性主要通过合金化来实现，合金化作用的关键是在钢的表面形成一层完整的、致密的和稳定的氧化物保护膜，最有效的合金化元素是Cr、Si和Al，由于Si和Al含量较多时会使钢材变脆，所以他们只能作辅加元素，一般都以加Cr为主。热强钢的强化机制与室温时有所不同，因为高温变形不但由晶内滑移引起，而且还有扩散和晶界滑动的贡献。扩散能促进位错的运动引起变形，同时扩散本身也能导致变形。高温时晶界强度低于晶体强度，晶粒容易滑动导致变形。因此提高钢的高温强度就应从三个方面着手：固溶强化，沉淀强化（弥散强化）和晶界强化。

（1）低合金热强钢

12CrMoG是通用的0.5%Cr－0.5%Mo低合金热强钢，通过Cr提高钢的抗氧化性和高温强度，Mo可以提高钢的高温组织稳定性和强度。该钢在480～540℃条件下具有足够的热强性和运行可靠性，长期运行后仍能保持组织稳定和足够高的强度。该钢没有石墨化倾向，也没有热脆性，加工工艺性和焊接性能良好，并具有较高的抗松弛性能。

15CrMoG是世界各国广泛应用的珠光体铬钼耐热钢，具有良好工艺性能、焊接性能和较高的高温强度，相当于美国的T11、T12和P11、P12，日本的STBA21、STBA22、STBA23。该钢在500～550℃条件下长期运行时无石墨化倾向，但会发生珠光体球化、合金元素从铁素体向碳化物转移以及碳化物类型转变的现象，由此导致钢的高温性能降低。

12Cr1MoVG属于珠光体低合金热强钢。与15CrMoG相比，在钢中加入了少量的V，目的在于抑制钢在高温下长期使用时合金元素向碳化物中转移，从而提高钢的组织稳定性和热强性。该钢主要用于制作壁温不超过570℃的受热面，壁温≤550℃的集箱、蒸汽管道及大型锻件。

12Cr2MoWVTiB（钢102）是低碳、低合金贝氏体型热强钢，主要采用Mo、W复合固溶强化，V、Ti复合弥散强化和微量B的强化。B的作用表现为两方面，一方面可以强化晶界，另一方面能够抑制铁素体的转变，以获得单一的贝氏体组织。该钢主要用于壁温≤600℃的高压锅炉过热器、再热器和其它高温部件。

12Cr3MoVSiTiB（Π11）也属低碳、低合金贝氏体型热强钢。与12Cr2MoWVTiB相比，该钢具有更高的抗氧化性能，但持久强度不如前者。该钢主要用于制造壁温≤600℃的超高压和亚临界锅炉的过热器和再热器。

（2）奥氏体不锈热强钢

在高温条件下，奥氏体的组织稳定性和强度高于铁素体，具有优良的热化学稳定性和高温强度，最高抗氧化温度可以达到850℃，同时这些钢还具有优良的焊接性能和加工工艺性能。但其合金元素的质量分额均超过了26%，因而价格昂贵。

1Cr19Ni9和0Cr19Ni9（相当于美国的TP304、TP304H和日本的SUS304TB、SUS304TP）同属奥氏体不锈热强钢，具有优良的加工工艺性和焊接性能，良好的组织稳定性和热强性。该钢的最高使用温度可达650℃，抗氧化温度最高可达850℃，用于锅炉管子的允许抗氧化温度为705℃，可用于制造大型锅炉的过热器、再热器和蒸汽管道等。

1Cr19Ni11Nb和0Cr18Ni11Nb（相当于TP347、TP347H、SUS347TB、SUS347TP）是用Nb稳定的奥氏体热强钢，具有较高的热强性和抗晶间腐蚀性能，工艺性和焊接性能良好。主要用于制造大型锅炉的过热器、再热器和蒸汽管道。最高使用温度为650℃，用于锅炉管子的允许抗氧化温度为705℃。

0Cr17Ni12Mo2（相当于TP316、TP316H、SUS316TB、SUS316TP）是各国通用的奥氏体不锈热强钢。与其它奥氏体热强钢相比，钢中含有2%～3%的Mo，使耐腐蚀和耐点腐蚀性显著提高，同时仍具有良好的热强性、冷变形和焊接性能。可用于制造大型锅炉的过热器、再热器和蒸汽管道，高温耐腐蚀螺栓，耐点腐蚀零件等。

（3）马氏体热强钢

10Cr9Mo1VNb（相当于T91、P91、1X20CrMoVNb91、STBA28）是近年来在我国广泛使用的一种马贝氏体型热强钢，由美国ORNL（Oak　Ridge　National　Laboratory）首先开发研制。表16.1（g）～表16.1（j）分别列出了其化学成分和机械性能。该钢是在9Cr－1Mo（T9、P9）的基础上通过降低含碳量，添加合金元素V和Nb，控制N和Al的含量，使钢不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而又稳定的持久塑性及热强性。该钢主要用于制造亚临界、超临界锅炉的高温过热器、再热器、高温集箱和蒸汽管道。用于过热器时壁温≤625℃，再热器壁温≤650℃，集箱和蒸汽管道壁温≤600℃，可以替代102钢和部分替代奥氏体不锈热强钢。

表16.1（g）　10Cr9Mo1VNb热强钢的化学成分　　%