锅炉金属材料1材料分类常用的有金属材料和非金属材料。金属材料有碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金。其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分,有结构钢(建筑及工程用钢或结构用钢,如锅炉中的钢结构等)、工具钢(各种量具、刃具、模具钢等)和特殊性能钢(耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢);按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类;按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢(脱氧完全的钢,化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好,一般用来做较重要的部件;受压元件用钢即是)和半镇静钢三类;此外还有其余种类的如按金相组织分类方法(下面介绍耐热钢时还要介绍)等。2锅炉金属材料性能1)常规性能锅炉常用金属材料的常规力学性能主要有以下几种:弹性极限:金属在力的作用下,形状发生变化,当力去除后,仍能恢复原状的能力称为弹性;而随外力而消失的变形称为弹性变形。在拉伸试验中,试样未发生永久变形时单位面积所承受的最大力就为弹性极限σe;强度:强度是指金属材料抵抗变形和破坏的能力,即金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的性能,可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度等。工程上金属材料的主要强度性能指标是屈服极限σs和抗拉强度σb。金属材料在超过σs的应力下工作,会使零件产生塑性变形;在超过σb的应力下工作时,会引起零件的断裂破坏。σb是试件被拉断前的最大负荷Pb与原横截面积F0之比,σb=Pb/F0,单位为MPa;屈服强度或屈服点σS是指金属材料在拉伸试验中,外力已经超过弹性极限σe,虽然应力不再增加,但试件仍在伸???,试件产生比较明显的塑性变形,此时的应力称之;塑性:金属受外力作用产生变形,当外力去掉后变形不恢复的性能称为塑性;外力消失而不能恢复的变形称为塑性变形,即指材料在外力作用下,不发生破坏而产生永久变形的抵抗能力,可用延伸率和断面收缩率表示;延伸率是指试样拉断后的总伸长与原始长度的比值的百分比,δ=[L1-L]/L*100%,断面收缩率是指拉断后断面面积缩小值与原始面积比值的百分比ψ=[F-F1]/F*100%;冲击韧性:金属材料抵抗瞬间冲击载荷的能力,一般用摆锤弯曲冲击试验来确定;硬度:就是金属材料的软硬程度,反应金属材料抵抗压入物压陷能力的大小,是金属表面的局部区域抵抗塑性变形和破坏的能力,一般有洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度和肖氏硬度等几种试验方法。2)锅炉用钢的特殊性能锅炉常用金属材料在室???和高温下的特殊性质有以下几种:断裂韧性:A)平面应变断裂韧性KIC是抵抗裂纹发生扩展的能力,由GB4161规定的断裂韧性试验来确定,主要用于评定较脆的材料;B)裂纹尖端张开位移临界值δC;和C)临界J积分,JIC按GB2038规定的方法来确定。B和C专用于评定塑性较好的材料的断裂韧性。断口形态脆性转变温度FATT:是指材料由韧性向脆性状态转化的温度,由系列冲击试验来确定。该温度可用来确定锅炉受压元件的水压试验的温度;无塑性转变温度NDT:是指在落锤试验时,材料刚好发生断裂的最高温度,由落锤试验来确定。该温度可用来确定锅炉受压元件的水压试验的温度;应变时效敏感性:该系数指原始状态和应变时效(材料冷加工变形后,由于室温和较高温度下的材料内部脱溶沉淀过程导致性能尤其是冲击韧性发生变化的现象称之)后的冲击??的平均值之差与原始状态的冲击功的平均值之比,由GB4160规定的方法来测定;疲劳:长期承受交变载荷作用的零件,在发生断裂时的应力,远低于材料的屈服强度,这种现象叫疲劳损坏。金属材料在无数次交变载荷作用下,不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度,用σ-1表示。分为低周疲劳和高周疲劳,低周疲劳是指高应变或应力、低寿命的疲劳,锅炉受压元件材料承受低周疲劳居多;高周疲劳主要是弹性应变起决定作用。由相应的疲劳试验来确定;腐蚀疲劳:指在循环交变应力和腐蚀介质共同作用下产生的开裂与破坏;热疲劳:由于温度的循环变化,引起热应力的循环变化,并由此产生的疲劳破坏。若热应力长期工作中多次周期性地作用在材料上,将会引起塑性变形的积累,导致热疲劳裂纹的产生与扩展,使材料出现损伤破坏。其一般出现在金属零???的表面,成龟裂状。锅炉的减温器管、省煤器管、再热器管与水冷壁管等,都会由于温度的波动及起动、停炉等造成热疲劳损坏。主要的影响因素是部件本身的温度差。就钢来说,其高温组织稳定性越好,其抗热疲劳能力越高;钢的线膨胀系数愈大、导热系数愈小,就会造成较大的温度差和热应力而降低材料的抗热疲劳性能。珠光体钢的抗热疲劳性能高于奥氏体钢就是这个原因。此外热疲劳裂纹一般均属晶内破坏,故细晶钢具有更高的抗热疲劳性能。蠕变及蠕变强度:在一定温度和应力作用下,随时间增加发生缓慢的塑性变形的现象称为蠕变。材料的蠕变曲线(蠕变变形量和时间的关系曲线)如图3,由图可知