高压锅炉合金管材质

2013-6-21 17:12:54 人气:

合金,是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目,可分为二元合金、三元合金和多元合金。中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一,在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达;公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。

  我们常将两种或两种以上的金属元素或以金属为基添加其他非金属元素通过合金化工艺(熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等等)而形成的具有金属特性的金属材料叫做合金。但合金可能只含有一种金属元素,如钢。(钢,是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.00%之间的铁合金的统称)
这里我们需要注意,合金不是一般概念上的混合物,甚至可以是纯净物,如单一相的金属互化物合金,所添加合金元素可以形成固溶体、化合物,并产生吸热或放热反应,从而改变金属基体的性质。
合金的生成常会改善元素单质的性质,例如,钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质,例如密度、反应性、杨氏模量、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处,但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。这是由于合金与单质中的原子排列有很大差异。
少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。例如,铁磁性合金中的杂质会使合金的性质发生变化。
不同于纯净金属的是,多数合金没有固定的熔点,温度处在熔化温度范围间时,混合物为固液并存状态。因此可以说,合金的熔点比组分金属低。参见低共熔混合物。
常见的合金中,黄铜是由铜和锌的合金;青铜是锡和铜的合金,用于雕象、装饰品和教堂钟。一些国家的货币都会使用合金(如镍合金)。
 分类根据合金中含量较大的主要金属的名称而分类称作某某合金,如铜含量高的为铜合金,其性能主要保持铜的性能。
合金类型
(1)混合物合金(共熔混合物),当液态合金凝固时,构成合金的各组分分别结晶而成的合金,如焊锡、铋镉合金等;
(2)固熔体合金,当液态合金凝固时形成固溶体的合金,如金银合金等;
(3)金属互化物合金,各组分相互形成化合物的合金,如铜、锌组成的黄铜(β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜)等。
合金的许多性能优于纯金属,故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。
合金的通性
各类型合金都有以下通性:
(1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点;
(2)硬度一般比其组分中任一金属的硬度大;(特例:钠钾合金是液态的,用于原子反应堆里的导热剂)
(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性,可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料。
(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)如在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢,适用于化学工业
常见合金
球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黄铜、青铜、白铜、焊锡、硬铝、18K黄金、18K白金。
 钢铁简介
钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe外,C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。
分类及性质
按含碳量不同,铁碳合金分为钢与生铁两大类,钢是含碳量为0.03%~2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢,冶炼方便、加工容易、价格低廉,而且在多数情况下能满足使用要求,所以应用十分普遍。按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高,碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢,在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素,使钢的组织结构和性能发生变化,从而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性,等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富,除Cr、Co不足,Mn品位较低外,W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初,合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。
关于生铁
含碳量2%~4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆,但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布,断口呈银白色,质硬而脆,不能进行机械加工,是炼钢的原料,故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁,断口呈银灰色,易切削,易铸,耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁,其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁,如加入Cr,耐磨性可大幅度提高,在特种条件下有十分重要的应用

 

 特点与性质
铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性,良好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝减小15%,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。

应用
高强度铝合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等,可增加它们的载重量以及提高运行速度,并具有抗海水侵蚀,避磁性等特点。

 

(1)生产制造方法:
①一般锅炉管使用温度在450℃以下,国产管主要用10号、20号碳结钢热轧管或冷拔管制造。
②高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件管子在高温烟气和水蒸气的作用下,会发生氧化和腐蚀。要求钢管具有高的持久强度,高的抗氧化腐蚀性能,并有良好的组织稳定性。
(2)用途:
①一般锅炉管主要用来制造水冷壁管、沸水管、过热蒸汽管、机车锅炉用的过热蒸汽管,大、小烟管及拱砖管等。
②高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。
炼钢过程
热处理(Heat Treatment) - 是利用加热和冷却以改变高压锅炉管物理性质的方法。 热处理能改善高压锅炉管的显微结构, 使达到所需的物理要求。韧性, 硬度 和耐磨性 是通过热处理而获得的特性中的几种。要获得这些特性, 需使用热处理中的淬硬<又称淬火>, 回火, 退火<又称朡化>和表面淬硬等操作。
  淬硬(Hardening, 又称淬火) - 是将高压锅炉管均匀地加热至适当温度, 然後迅速浸入水或油中急冷, 或在空气中或冷冻区中冷却, 使高压锅炉管获得所需要的硬度。
  回火 - 高压锅炉管淬硬後会变脆, 同时由淬火急冷而引致的应力, 可使高压锅炉管受到轻击而断裂。 要消除脆性, 可用回火处理法。 回火就是将高压锅炉管重新加热至适当的温度或颜色, 然後予以急冷。 回火虽然高压锅炉管的硬度略为减少, 但可增加高压锅炉管的韧性而降低其脆性。
  退火 - 退火是消除高压锅炉管的内在应力和勒化钢件的方法。 退火法是将钢件加热至高於临界温度, 然後放入乾灰, 石灰, 石棉或封闭在炉内, 令它慢慢冷却。
  硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验高压锅炉管硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦, 由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。 这种方法称为锉试法 这种方法不太科学。 用硬度试验器来试验极为准确, 是现代试验硬度常用的方法。 最常用的试验法有洛氏硬度试验 洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定高压锅炉管的硬度, 冲入深度愈大, 硬度愈小。 钻石冲入金属的深度, 可从指针指出正确的数字, 该数字称为洛氏硬度数。
  锻造 - 是用锤击使金属成为一定形状<成型> 的方法, 当高压锅炉管加热达到锻造温度时, 可以从事锻造, 弯屈, 抽拉, 成型等操作。 大多数高压锅炉管加热至鲜明樱红色时都很易锻造。
  脆性 - 表示高压锅炉管容易破裂的性质, 铸铁的脆性大, 甚至跌落地上亦会破裂。 脆性与硬度有密切关系, 硬度高的20#精密钢管通常脆性亦大。
  延性 - (又称柔软性) 是金属受外力永久变形而不碎裂的性质, 延性的高压锅炉管可抽拉成细线。
  弹性 - 是高压锅炉管受外力变形, 当外力消除之後又恢复其原有形状的一种性质。弹簧钢是极富弹性的一种材料。
  硬度 - 是金属抵抗外物刺入或切削的一种能增加高压锅炉管硬度常用的方法是淬火。
  展性 - 又称可锻性, 是金属延性或柔软性的另一种表示法。展性是金属接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质。
  韧性 是高压锅炉管抵受震动或冲击的能力。 韧性与脆性刚好相反。

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