Котельная сталь: свойства, классификация, применение

  В котельной отрасли для производства корпусов котлов и резервуаров, цистерн для перевозки сжиженных газов и нефтепродуктов, для изготовления фитингов, запорной арматуры и других вспомогательных элементов для оборудования, работающего под давлением, используют высококачественные сорта сталей, так как металл работает в очень тяжелых условиях. На него воздействуют давление и температуры воды и пара (пароводяной смеси) и неравномерного расширения деталей котельного агрегата.

  В зависимости от величины нагрузки и требуемого запаса прочности, обеспечивающего длительную работоспособность деталей, определяют толщину стенки корпуса, коллекторов и труб, размеры деталей каркаса и т.п. Кроме прочности, металл должен обладать пластичностью, трещиностойкостью, противостоять коррозии и иметь хорошую свариваемость. Часто требуются поставки стали для сосудов под давлением с гарантией устойчивости в сероводородных средах. Для уменьшения количества сварных швов в производстве крупногабаритных емкостей используется широкий и длинный лист.

  В зависимости от условий эксплуатации, как котельную используют:

  1. Углеродистую сталь 15К, 16К, 18К, 20К, 22К;

  2. Низколегированную сталь 09Г2С, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 14ХГС, 10ХСНД, S355;

  3. Легированную сталь перлитного и аустенитного классов (12ХМ, 15ХМ, 15Х5М, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 10Х9МФБ, 10Х18Н10Т, 38Х2МЮА).

  При выборе марок котельной стали обычно учитывают условия, при которых должны работать соответствующие детали: температуру, напряжение, срок службы и допустимую деформацию этого срока.

  Влияние химических элементов на механические свойства стали.

1. 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, а также ухудшается свариваемость стали.
2. 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.
3. 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.
4. Молибден повышает жаропрочность стали и ее пластичность.
5. Хром повышает жаропрочность и прочность стали и понижает ее пластичность.

  В настоящее время для изготовления паровых котлов и паропроводов применяется исключительно мартеновская сталь.

  При производстве толстого листа из сталей котельного назначения преимущественно используются реверсивные станы горячей прокатки. Толстый лист может подвергаться термической или термомеханической обработке в процессе прокатки или после нее.

  Наиболее широко используемыми состояниями поставки для листа котельного назначения являются:

  Нормализационный отжиг (нормализация) – термическая обработка стали вне прокатного потока, при которой прокат нагревается до температур выше фазового превращения с последующей выдержкой и охлаждением на воздухе.

  Нормализующая прокатка - технология горячей деформации стали, при которой котловая сталь проходит окончательную обработку при температурах нормализации, обеспечивающих полную рекристаллизацию аустенита.

  Закалка с отпуском - нагрев металла до температур выше фазовых превращений, выдержка и быстрое охлаждение в различных средах (вода, масло, и др.) с последующим повторным нагревом до более низких температур для снятия внутренних напряжений и придания стали окончательной структуры и свойств.

  Термомеханическая прокатка – процесс упрочнения стального изделия путем контроля и управления температурой и деформационными режимами при горячей прокатке на стане.

  Состав и характеристики листовой котельной стали для элементов паровых котлов регламентируется ГОСТ 5520-79, ГОСТ 19281-89, ГОСТ 19903-74, ТУ 14-1-4853-90, ТУ 14-1-5065-2006, ДСТУ 8541:2015. Производство труб в котлостроении регламентируется ТУ 14-3-190-2004, ТУ 14-3-460-2009 и ТУ 14-3Р-55-2001.

  Механические свойства котельных сталей:

Предел текучести – способность металлопроката противостоять пластическим деформациям.

Предел прочность (временное сопротивление) – способность стального проката противостоять и не разрушаться под действиями внешних нагрузок (растягивание, изгиб, сжатие, скручивание и т.д).

Относительное удлинение – способность металлопроката сопротивляться и оставаться целым при растяжении.

Ударная вязкость – способность металлического проката выдерживать ударные нагрузки.

  Применение и максимальная температура эксплуатации котельных сталей:

  Химический состав, max%:

  С - углерод, Si - кремний, Mn- марганец, P - фосфор, S - сера, Ni – никель, , Cr - хром, Cu - медь, As – мышьяк, Тi – титан, N – азот, Mo - молибден, V - ванадий, Al - алюминий.