Котельные стали и полуфабрикаты из них

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Энергетический факультет

Кафедра теплотехнических и  энергетических систем

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

                 по дисциплине: «Технология конструкционных материалов»

                 по теме: «Котельные стали и полуфабрикаты из них»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 

Группа: Промышленная теплоэнергетика

Шифр: 140104 (1007)

Курс:

 

 

 

 

 

 

                                                                 Содержание

 

         Введение                                                                                                                                             3

   1.1.Углеродистые стали                                                                                                                         4           

  1.2. Легированные жаропрочные и жаростойкие стали                                                                      6

  1.3. Котельные стальные листы                                                                                                              9

  1.4.Стальные трубы, работающие под давлением                                                                              10

  1.5. Прокат для крепежных деталей и пружин                                                                                   12

  1.6.  Стальные поковки                                                                                                                          14

  1.7. Стальные и чугунные отливки                                                                                                      15

         Список использованной литературы                                                                                           16                                                                                                   

 

 

 

 

 

                                                                                 Введение.

 

Тепловые электрические станции, оснащенные мощными энергетическими блоками с паровыми котлами сверхкритических и высоких параметров пара, обеспечивают большую часть вырабатываемой в настоящее время электрической энергии и поддержание их высокой надежности и экономичности — важная задача, которую можно решить только в случае правильного выбора материалов и технологических процессов, используемых при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования.

Ввод мощных энергетических блоков сопровождается повышением блочности их изготовления и комплектности заводской поставки энергооборудования, повышением качества изготовления и технического уровня котлов, вспомогательного оборудования, деталей трубопроводов и арматуры.

Повышение температуры перегрева свежего пара и промежуточного перегрева сдерживается отсутствием подходящих сталей для высокотемпературной части пароперегревателей и паропроводов. Переход на более высокий уровень температур связан с необходимостью применения дорогих и малотехнологичных сталей и сплавов, содержащих высокий процент таких дефицитных легирующих элементов, как никель, вольфрам, молибден и др.

Для установления предельных возможностей эксплуатируемых блоков выполняют проверочный расчет высокотемпературных элементов трубных систем этих блоков на прочность при циклических нагрузках в условиях ползучести, разработать рекомендации по совершенствованию объемов и методов контроля металла в эксплуатации, дать обоснованные рекомендации по организации водно-химического режима, а также по изменению нормативов ремонтного обслуживания.

Проведение исследований, позволяющих  обосновать правильный выбор материалов, а также дать рекомендации по совершенствованию конструкции и режимов эксплуатации энергооборудования. Удачный выбор химического состава жаропрочной стали недостаточен для обеспечения ее надежной работы в эксплуатации. Большую роль играют технология металлургического производства (шихтовка, способ выплавки, режимы прокатки, термической обработки и др.) а также технология изготовления и монтажа элементов котельного агрегата (гибка, сварка, последующая термическая обработка). И только при высоком уровне технологии и культуры производства и эксплуатации можно обеспечить надежную работу современного котла.

 

 

                                                             1.1.Углеродистые стали 

      Для изготовления деталей котлов, вспомогательного оборудования и трубопроводов широко применяются низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода, до 0,8% марганца и до 0,4% кремния (остающихся после раскисления), а также вредные примеси — до 0,055% серы и до 0,045% фосфора. Эти стали хорошо поддаются обработке давлением, гибке и правке в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваются. Низкоуглеродистые стали относительно дешевы не дефицитны и обладают удовлетворительными механическими свойствами при комнатной и повышенных температурах (до 450—500°С).

Структура низкоуглеродистой стали состоит из феррита и перлита.

Феррит — твердый раствор углерода в а-железе. Атомы углерода образуют раствор внедрения; они имеют существенно меньшие размеры, чем атомы железа, и располагаются в кристаллической решетке в промежутках между атомами железа. Феррит — относительно мягкая и пластичная структурная составляющая низкоуглеродистой стали. В феррите при комнатной температуре растворяется только около 0,006% углерода. При большем содержании углерод образует химическое соединение РезС, называемое цементитом. Это соединение имеет сложную кристаллическую решетку. Цементит тверд и относительно хрупок.

В низкоуглеродистой  стали при очень небольшом  содержании углерода в процессе медленного охлаждения хрупкий цементит может  выпадать по границам зерен феррита. При такой структуре стальные детали плохо переносят ударную нагрузку. Раньше в котлостроении применялись стали с очень низким содержанием углерода, так как такие стали хорошо гнутся, штампуются и т. п.

В настоящее время  широко используются стали, содержащие более 0,10—0,12% С, в которых не наблюдается выпадения цементита по границам зерен даже при очень медленном охлаждении.

     При содержании углерода более 0,025% в стали наряду с ферритом наблюдается вторая структурная составляющая — перлит, представляющая собой механическую смесь феррита и цементита. Перлит прочнее и тверже феррита. Свое название перлит получил из-за того, что шлиф стали, состоящий из одного перлита, когда его приготавливают для металлографического исследования под микроскопом, слегка переливается, как перламутр. Чем выше содержание углерода в стали, тем большую долю структуры занимают перлитные участки.

Углеродистые стали классифицируются по качеству, которое определяется содержанием серы и фосфора, способом производства и разбросом показателей химического состава и механических свойств. Чем меньше содержание вредных примесей, чем уже пределы изменения механических свойств и содержания химических элементов, тем выше качество стали. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Существенное влияние на механические свойства и работоспособность готовых изделий оказывают особенности производства стали и стальных полуфабрикатов.

Наилучшим комплексом свойств обладают низкоуглеродистые стали, выплавленные в электрических и мартеновских печах. Сталь, полученная в конвертерах  с кислородным дутьем и основной футеровкой, приближается по своим свойствам к мартеновским.

Большое влияние на свойства стали  оказывает способ раскисления, в зависимости от полноты которого стали делят на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Современные способы производства стали завершаются получением жидкого металла. При любом способе производства к концу процесса в стали значительное количество кислорода содержится в виде гемиоксида железа. Этот кислород необходимо удалить, иначе пластичность стали будет невысокой, и сталь нельзя будет обрабатывать прокаткой, ковкой или прессованием.

Спокойную сталь раскисляют сначала  ферромарганцем, потом ферросилицием  и заканчивают раскисление при выпуске стали из печи обычно алюминием. Этим достигается высокая степень раскисления благодаря чему в процессе кристаллизации слитка стали не происходит бурного выделения газов.

Кипящую сталь до разливки раскисляют только ферромарганцем. При этом в жидком металле остается некоторое количество гемиоксида железа. После разливки стали в изложницы в незат- вердевшем металле протекает реакция самораскисления углеродом. Выделяющаяся газообразная закись углерода перемешивает жидкий металл,- он бурлит и выделяет искры. Создается впечатление, что сталь кипит — отсюда и название этой стали — кипящая. По качеству, механическим свойствам, коррозионной стойкости кипящая сталь уступает спокойной, но она дешевле, так как при ее производстве получается меньше отходов. Кипящей выплавляют только малоуглеродистую сталь, содержащую до 0,25% С.

Сталь, занимающая по степени раскисления промежуточное положение между спокойной и кипящей, называется полуспокойной, ее можно выплавлять с содержанием углерода до 0,40— 0,45%.

Обозначение марок кипящей стали  сопровождается буквами «кп», полуспокойной — «пс». Марки спокойной стали либо не сопровождаются какими-либо буквенными обозначениями, указывающими способ раскисления, либо сопровождаются буквами «сп».

В котлостроении низкоуглеродистая  сталь, применяется для элементов  котлов, не нагруженных внутренним давлением, а также в виде листа и проката элементов котлов и трубопроводов, работающих при относительно низких температурах и давлениях.

.

 

 

                    1.2. Легированные жаропрочные и жаростойкие стали

      Легирующие примеси — элементы, специально вводимые в сталь для придания ей определенных структуры и свойств. Основные назначения легирования котельных сталей — повышение механических свойств, жаропрочности и коррозионной стойкости.

Легирующие элементы могут растворяться в железе, образовывать карбиды и интерметаллические соединения и входить в состав включений, не взаимодействуя с кристаллами железа, а также с углеродом. В зависимости от того, как взаимодействует легирующий элемент с железом и углеродом, он по-разному влияет на свойства стали.

В феррите в  большей или меньшей степени  растворяются все легирующие элементы. Растворение легирующих элементов  в феррите приводит к упрочнению стали без термической обработки. При этом твердость и временное сопротивление возрастают, а ударная вязкость обычно снижается. Только хром в количестве до 1% и никель повышают ударную вязкость феррита. Никель оказывает наиболее эффективное действие: одновременно с упрочнением феррита резко повышает его ударную вязкость при комнатных и, особенно, при минусовых температурах.

Все элементы, растворяющиеся в железе, изменяют устойчивость феррита и аустенита. По характеру влияния на полиморфные превращения все элементы могут быть разделены на две группы. Элементы первой группы: никель, марганец, медь, азот — расширяют область устойчивого состояния аустенита. При содержании этих легирующих элементов выше определенного количества сталь в интервале от комнатной температуры до перехода в жидкое состояние имеет структуру легированного аустенита. Такая сталь называется аустенитной.

Элементы второй группы повышают устойчивость феррита. Ко второй группе относятся хром, кремний, молибден, ванадий, вольфрам, титан, ниобий и алюминий. При содержании элементов второй группы выше определенного количества сталь в интервале температур от комнатной до перехода в жидкое состояние имеет структуру легированного феррита. Такая сталь называется ферритной.

При легировании  стали карбидообразующими элементами в ее структуре образуются включения  карбидов. Карбидообразующие элементы могут образовывать самостоятельные карбиды или замещать железо в цементите. При избытке карбидообразующих элементов по отношению к углероду эти элементы входят в твердый раствор. К карбидообразующим элементам относятся хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан и ниобий. Включение карбидов упрочняет сталь и повышает ее твердость.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на распад аустенита. Все элементы, кроме  кобальта, замедляют распад аустенита  и повышают тем самым прокаливаемость.

Легирующие элементы не изменяют природы мартенситного  превращения, но они влияют на температуру  начала и конца этого превращения. Большинство легирующих элементов  снижает температуру начала мартенситного превращения, особенно марганец. Алюминий и кобальт представляют исключения: они повышают температуру начала мартенситного превращения М_н. Кремний почти не влияет на нее. Под влиянием легуриющих элементов снижается также температура конца мартенситного превращения М_к.

Все легирующие элементы, кроме марганца, препятствуют росту зерен аустенита при  нагревании стали. Марганец способствует росту зерен.