Сталь для изготовления котлов отопления
Паровой котел работает под значительным давлением, поэтому является весьма ответственным агрегатом и должен обеспечивать надежность в работе.
Чем выше рабочее давление и температура, при которой работает котел, тем в более тяжелых условиях находится металл, из которого изготовлен котел.
Основные требования к металлу котлов:
1) высокая теплоустойчивость — способность металла сохранять прочность в условиях высокой температуры и больших напряжений;
2) высокая вязкость — способность металла сохранять свои механические свойства при меняющихся или повторных нагрузках;
3) пониженная склонность к старению — способность металла сохранять свои механические свойства в течение длительного времени;
4) устойчивость металла против коррозии — под воздействием воды и пара;
5) стабильность структуры — устойчивость металла против структурных изменений, снижающих его механические свойства;
6) плотность, однородность строения металла, отсутствие в нем внутренних дефектов: плен, трещин и посторонних включений.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Поэтому элементы котла, находящиеся под давлением, изготовляются исключительно из стали (ГОСТ 5520—62). Эта сталь, кроме высоких требований относительно ее химического состава, подвергается более тщательному контролю и дополнительным испытаниям на ударную вязкость и чувствительность к старению.
Листовая сталь марок Ст. 2 и Ст. 3 предназначена для котлов и сосудов, работающих при температуре не выше 120°С. Для котлов, работающих при более высоких температурах, применяется сталь марок 15К и 20К.
Детали котла, не находящиеся непосредственно под давлением, могут изготовляться из углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380—60) или качественной конструкционной углеродистой стали (ГОСТ В 1050-60).
Котельные трубы — пароперегревательные, кипятильные, дымогарные и жаровые — изготовляются из стали марки 10 (ГОСТ 8733—58-и 8731—58). Все трубы подвергаются гидравлическим испытаниям, а также технологическим пробам на сплющивание и раздачу. Для дымогарных труб испытание на раздачу может быть заменено на бортование.
Электросварные трубы, изготовляемые в соответствии с ГОСТ 1753—53 и дополнительными к нему техническими условиями № 14—32,. находят все более широкое применение в котлостроении. Раньше части котла соединялись исключительно посредством заклепок. Клепка являлась основной и весьма ответственной операцией в котельных работах. В настоящее время трудоемкие клепальные работы сохранились лишь при ремонте старых котлов клепаной конструкции. Вновь строящиеся котлы изготовляются сварной конструкции, в которых все элементы соединяются электросваркой.
Электродуговая сварка элементов металлическим электродом (метод Славянова) представляет собой процесс последовательного местного расплавления кромок основного металла электрической дугой, возникающей между электродом и основным металлом. Температура, возникающая в результате образования электрической дуги, достигает 5500 °С.
Электродуговая сварка может производиться электродами трех видов: – простыми электродами — стальная проволока; – тонкообмазанными — электроды, покрытые тонким слоем мела, чем достигается устойчивость дуги; – электродами с толстой обмазкой — обмазкой сложного состава, содержащей шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и другие компоненты, повышающие механические свойства наплавленного металла и качество сварного соединения в целом.
За последнее десятилетие широкое распространение получила автоматическая сварка под слоем флюса по методу акад. Патона, обеспечивающая высокое качество сварного шва и наибольшую производительность при выполнении сварочных работ. Сущность процессов сварки под слоем флюса заключается в том, что электрическая дуга непрерывно горит под толстым слоем порошкообразного флюса. Благодаря этому свариваемый металл защищен от окисления кислородом окружающего воздуха, процесс расплавления электрода и основного металла происходит равномернее, сварной шов получается ровным, плотным и однородным с хорошим проваром по всей глубине шва. Непрерывность ведения сварки под слоем флюса осуществляется при помощи специального приспособления, в котором изделия и электроды автоматически непрерывно перемещаются относительно друг друга, при этом происходит непрерывная подача электрода по мере его расплавления и слой флюса автоматически создается впереди движущегося электрода.
Для получения сварного соединения высокого качества свариваемые детали должны быть соответственно подготовлены: очищены от ржавчины и масла (до металлического блеска), кромки деталей соответствующим образом разделаны. Подготовка кромки под сварку производится согласно чертежам и зависит от характера соединения и толщины свариваемых элементов.
На рис. 24 и 25 представлены основные типы сварных соединений котла крана ПК-ЦУМЗ-15.
Одним из основных моментов, задержавших применение сварки в ответственных изделиях, какими являются паровые котлы, долгое время были затруднения в контроле качества сварного соединения.
Рис. 24. Примеры электросварных стыковых соединений: а —соединение огневой решетки с барабаном топки; б —соединение дымовой решетки с наружным барабаном котла; 1— огневая решетка; 2 — барабан топки; 3 —дымовая решетка; 4 — наружный барабан котла
Рис. 25. Соединение грязевого и шуровочного колец с барабаном топки и наружным барабаном котла:
1—наружный барабан котла; 2 —барабан топки; 3—грязевое кольцо; 4 —-шуро-вочное кольцо; 5—предохранительный лист шуровочного кольца; 6 — лапа котла
В результате несовершенства способов контроля не было достаточной гарантии в том, что внутри сварного шва отсутствуют такие пороки, как пористость, газовые раковины, посторонние включения и малозаметные трещины, снижающие прочность соединения. По мере совершенствования технологии производства сварочных работ и методов контроля область применения сварки все более расширяется, в том числе и в котлостроении, но при этом следует иметь в виду, что ответственную сварку производят лишь сварщики, получившие на это разрешение после сдачи проб; пробы периодически повторяются.
Контроль сварного соединения заключается в следующем: – проверяют исходные материалы: исходный металл, подлежащий сварке, металл электрода, состав обмазки и флюса; – проводят испытания специальных контрольных образцов на растяжение и определение ударной вязкости; – анализируют химический состав наплавленного металла; – производят рентгеновские снимки, отражающие все внутренние пороки шва; – гидравлически испытывают сваренные изделия, работающие под давлением; – сварочный шов осматривают снаружи.
КОТЕЛЬНЫЕ СТАЛИ
Котельные стали работают в очень жестких условиях, на них одновременно действуют высокое давление воды и пара, высокая температура дымовых газов, воды и пара, агрессивность воды и дымовых газов, следствием которых является образование коррозии. Одновременно действуют механические нагрузки на элементы котлоагрегата, вызывая изгиб, растяжение, сжатие, поэтому стали должны обладать следующими свойствами:
3) хорошая свариваемость;
5) стойкость против коррозии и окалинообразования.
Пыле-, газо-, воздухопроводы, лестницы, площадки, ограждения изготавливаются из обычных углеродистых сталей марки Ст.3.
Барабаны котлоагрегата при температуре стенки не более 450 о С изготавливаются из углеродистых сталей марок Ст.15К и Ст.20К (К – котловая сталь) и из сталей Ст.09Г2С; Ст.16ГС (Г – марганец, С – кремний — придают жаропрочность). С повышением температуры стенки барабана применяется сталь марки Ст.16НМ (никель, молибден).
Трубы поверхностей нагрева. Для котлоагрегата с Р ≤ 4,0 МПа (tст ≤ 450 о С) применяется сталь Ст.20, из нее изготавливаются и питательные трубопроводы. В котлоагрегатах высокого давления (Р> 4,0 МПа) трубы изготавливаются из сталей марок Ст.12 МХ, Ст.15 МХ (Х – хром – придает стойкость, прочность, окалиностойкость). С повышением параметров пара (Р = 25,5 МПа, tпер = 570 о С) применяются высоколегированные стали марок Ст.12Х1МФ (Ф — ванадий) и Ст.15Х1М1Ф, причем Ст.12Х1МФ – для пароперегревателей, коллекторов и паропроводов, Ст.15Х1М1Ф – только для коллекторов и паропроводов. При температуре стенки труб поверхности нагрева до 620 о С применяются высоколегированные стали Ст.Х18Н12Т (Т — титан) – обладающие очень высокой жаропрочностью и окалиностойкостью. Трубы, изготовленные из этой стали, плохо свариваются, и при незначительных отклонениях от нормалей в сварных швах появляются трещины.
Дата добавления: 2015-07-10 ; просмотров: 4797 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Стали, применяемые для изготовления и ремонта котельного оборудования
На изготовление современного котельного агрегата расходуется несколько тысяч тонн различных материалов, из которых главными являются стали. Нередко для ремонта таких агрегатов используют несколько вагонов стальных труб, листовой и сортовой стали.
Все стальные изделия должны быть правильно подобраны по свойствам и качеству. Свойства стали изменяются в широких пределах в зависимости от состава, условий производства и обработки. Поэтому для правильного использования стальных изделий рабочему-ремонтнику надо знать основные свойства стали, условия, при которых эти свойства изменяются, и уметь произвести простейшие испытания металла.
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, кремнием и марганцем. Чтобы придать стали особые свойства, в нее добавляют легирующие добавки. Вредными примесями, всегда присутствующими в стали, являются сера и фосфор. Более подробно о элементах и влияние их на свойства стали читайте в статье — Влияние углерода и других элементов на свойства сталей .
По способу производства стали подразделяются на бессемеровскую, томассовскую, мартеновскую, электросталь и тигельную.
Бессемеровскую и томассовскую стали получают в конверторах. Качество этих сталей низкое. При применении кислородного дутья в конверторах значительно улучшается качество этих сталей, что делает их пригодными для многих отраслей техники.
Мартеновскую сталь выплавляют в мартеновских печах. В зависимости от способа выплавки (раскисления) стали и удаления из нее растворенных газов получают два вида стали — кипящую и спокойную, а также промежуточный вид — полуспокойную. Кипящая сталь обескислороживается только марганцем и разливается до полного удаления газов. Спокойная сталь обескислороживается марганцем и алюминием и разливается после полного удаления газов. Качество спокойной стали значительно выше.
Электросталь выплавляют в электропечах при, высоких температурах, что обеспечивает хорошее выгорание серы и фосфора. В тиглях выплавляют в основном инструментальные стали, качество их очень высокое.
По назначению стали подразделяются на конструкционные и инструментальные. Имеется также группа сталей особого назначения.
Конструкционную сталь применяют для изготовления металлоконструкций и деталей машин, в том числе и для котлостроения. Инструментальная сталь служит для изготовления металлорежущих и других инструментов. Стали особого назначения изготовляют со специальными физическими и химическими свойствами (нержавеющие, жаростойкие, кислотоупорные, магнитные и др.).
По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали делятся на: малоуглеродистые (0,05— 0,3% углерода), среднеуглеродистые (0,3—0,6% углевода) и высокоуглеродистые (более 0,6% углерода). Легированные стали содержат специальные добавки для получения особых свойств (молибден, хром, никель, ванадий, вольфрам, ниобий, титан). Стали с содержанием марганца более 0,8% и кремния более 0,4% также считают легированными.
Легированные стали подразделяются на: низколегированные — с общим содержанием легирующих элементов менее 2,5%, среднелегированные — с общим содержанием легирующих элементов 2,5—10%, высоколегированные — с общим содержанием легирующих элементов выше 10%.
По структуре стали подразделяются на: перлитные, мартенситные, аустенитные и ферритные. Структура стали определяется по ее состоянию после охлаждения на воздухе.
Стали с перлитной, мартенситной и ферритной структурой относят к первому классу сталей. Стали с аустенитной структурой образуют второй класс сталей. Аустенитные и ферритные стали принадлежат к группе высоколегированных сталей.
По качеству стали подразделяются на: сталь обыкновенного и повышенного качества (только углеродистая), качественную сталь (углеродистая и низколегированная), сталь высококачественную (низко- и высоколегированная). Такая сталь используется также, например, при изготовлении кабельных лотков.
Классификация стали по качеству определяется предельным содержанием серы и фосфора. Стали повышенного качества и качественные характеризуются также более однородной структурой и меньшим содержанием неметаллических включений. Для этих сталей гарантируются химический состав и механические свойства.
Также, как и качество стали в целом, при проведении ремонта оборудования на ТЭС, определяется состояние сварных образцов и труб .
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.
