在实际生产中也常按用途将耐热钢分为:电站锅炉用低合金钢;汽轮机和燃气轮机用叶片钢;汽车、舰船用阀门钢;石油化工和炉用耐热钢及耐热铸钢等。
生产工艺耐热钢生产工艺主要有冶炼、轧制及热处理等。
(1)冶炼。耐热钢一般采用电弧炉及炉外精炼工艺,叶片钢则采用电弧炉加电渣工艺,要求较高的高合金耐热钢可采用真空感应炉冶炼再经电渣重熔的工艺。低合金耐热钢或奥氏体耐热钢(Cr18Ni9型)可采用连铸工艺。
(2)轧制。低合金珠光体钢和Cr18Ni9、Cr25Ni20等奥氏体钢可采用初轧开坯,马氏体或含合金元素较多的奥氏体钢采用锻造开坯。奥氏体钢由于导热性差,加热时要均热透烧,马氏体钢及合金化较高的珠光体钢则应注意钢锭和轧坯的退火和缓冷,以防裂纹。
(3)热处理。珠光体钢一般正火加回火或调质后使用,马氏体耐热钢采用调质处理,以稳定组织,获得良好综合力学性能。
铁素体钢不能通过热处理强化,为消除冷变形或焊后所导致的内应力,35号钢板,可在650~830℃进行退火,进口钢板,退火后快速冷却,以迅速通过475℃脆性温度范围。
奥氏体钢采用高温固溶处理,以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理,然后在高于使用温度60~100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化,同时析出第二项,达到弥散强化目的。奥氏体耐热铸钢多在铸态下使用。
铸造在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例,尤其是奥氏体耐热铸钢。铸造方法,一般的炉用耐热构件除采用砂型铸造外,对于表面要求较高的精细零件采用失蜡或树酯砂等精密铸造工艺,以获得表面光滑、尺寸的产品。对于合成氨、乙烯裂解炉用高温炉管及炉底辊和辐射管则采用离心浇注的方法生产。
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由于碳钢的强化元素是C和Mn,而锅炉制造厂从焊接性能考虑通常会严格限制C含量。按ASME中的描述:在规定碳含量以下含碳量每降低0.01%,则允许在规定的锰含量之上各增加0.06%的含锰量,但不得超过1.35%。说明1个碳含量下降带来的强度损失一般需6个锰含量进行弥补,但从当前钢管厂的实际供料中却发现一个有意思的现象:即国内SA210A-1似乎没有成分鲜明的单独坯料,要么以SA210C坯代之,要么以20G坯代之,这种现象可在表1随机抽取的部分批次SA210A-1、SA210C、20G 的成分和性能数据比较中得到直观印象,差异更明显体现在Mn含量上。同样是SA210A-1,表1中的序号6、7、8成分及性能和20G相当,序号9成分及性能和SA210C相当。那么这种替代方式能否保证SA210A-1满足材料标准和产品设计要求呢? 以下遵循标准的脉络并结合产品的使用条件进行分析。
1 比较和分析
1.1 SA210A-1和SA210C的比较分析
SA210A-1是美国ASME SA210M 中的钢号,其和210C的主要区别在于含C量上(表2),反映在性能上SA210C的强度比SA210A-1的强度约高10% (表3),其在设计温度350℃~425℃ 区间的设计许用应力比SA210A-1高10 %(表4),即表明相同工况条件下,SA210C的管材壁厚可比SA210A-1减少约10% ,故SA210A-1用SA210C坯料即意味壁厚裕量可增多10% 。
3 结 语
(1)作为金属设计温度在350℃~425℃区间通常选用的锅炉受压件材料,SA210A-1的的设计许用应力较SA210C低约10%,较20G高约10%。
(2)考虑锅炉用钢的使用特点,为保证SA210A-1满足材料标准和产品设计要求,应优化SA210A-1成分设计,在SA210A-1小口径管采购技术条件中,增加Mn含量0.7的下限规定。
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