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1、 管道用钢培训教材 编制人: 赵宝中 二零零七年五月十日前 言钢材，是火力发电厂管道安装工程所使用的主材。管道安装作业实质上就是把管材敷设成管道设施的工艺过程。为此，首先要了 解管道用钢的种类与性能，明确钢材各个性能参数的意义，掌握管 道常用钢种的使用范围和对钢材的检验知识。火力发电厂管系繁多，工况各自有别，有互为生产工艺流程的 关系。管道和设备组成“有机”整体，各管道的介质参数，如压力从 负压到32MPa、温度从常温到550、管径15mm-2000mm、 管壁厚度从1.5-90 mm。材质有碳素钢、合金钢等，在安装过程中，用错材质、误用不合格的劣质钢材以及不合理的钢材代用都是导 致发生安装返
2、工事故或运行事故的根源。有事即使存在于钢材中的 小缺陷，也可能成为裂纹源，成为这个管系的薄弱环节，影响管道 的使用寿命。适用于管道的钢材性能包括：（1）良好的机械性能（力学性能），以满足强度与塑性及抗动载韧性要求，对合金钢还要求有耐高温的金属组织稳定性；（2）适应性强的工艺性能（即在安装使用过程中能适应各种必要的加工工序，钢材易于加工和在加工过程中不易引起材质恶化），对合金钢还要求钢材的热处理性能符合要求；（3）抗腐蚀性能，即钢材在工作条件下的金属化学稳定性；此外，对钢材的几种物理性能也有所要求。第一章 管道用钢的力学性能钢材在力学（静力）性能测试中表现出强度特征和变形特征，对于管道用钢，其塑
3、性变形性能和强度性能都是重要的，它要求这俩种性能的兼备，还要求有一定的抗冲击动载荷的韧性，由于热管道都有多次的投运和停运，反复在热胀冷缩应力作用下，必须有较佳的低周交变疲劳强度。蠕变与应力松弛是钢材在高温和应力长期作用下的有害特征，对高温高压管道有着很大的不利影响。为此，管材不得不选用贵重的各种合金，并且在介质参数愈来愈大的工况条件下，从设计方面尽力改善应力条件，在安装中相应提高工艺质量要求以及在运行中对蠕胀进行监测，这样才能对运行中的管道有一个可监控性。一般碳钢，在350就有蠕变萌芽，把350以上的碳素钢管道和450及其以上的合金钢管道称为蠕变工况管道。当温度超过550时，在相同的应力条件下
4、，钢材的蠕变进程更为显著，必须选用高级耐热合金钢材。管道高温参数和高压参数的内压应力条件使蠕变工况不可避免。为了给运行维修人员提供管道运行中的蠕变监测，在设计中有明确的蠕胀测点位置和蠕变检查管段。监察段是温度大于450的主蒸汽管道和高温再热蒸汽（热段）管道的水平段上安装的用来进行蠕胀监督的管段。蠕胀测量是指安装测点之间的原始测量数据（有径向数据和长度数据两种）和运行中定期测量数据的对比，其胀大后与原尺寸的差数即蠕胀量。蠕胀测点是设置在监察段或蒸汽管上对管道进行径向蠕胀或长度蠕胀测定的装置或标记。应力松弛，是指总变形量不变，随着时间的推移，应力逐渐降低的现象。在此过程中，弹性变形逐渐转变为非弹性
5、变形。由于弹性值不断下降，应力也相应的不断下降，但总的变形量维持不变。高温管道存在应力松弛，且各处处于不同的应力条件其松弛程度有别。高温高压法兰螺栓是典型的应力松弛例证，施以预紧力在初始时间能正常密封的法兰，在运行期中可能因应力下降（螺栓在紧力下产生的应力）而泄漏，就是应力松弛现象。第二章 钢材的工艺性能钢材的工艺性能就是钢材对各种加工过程的适应性。适应性的含义是：（1）指该钢材可接受各种加工工序的广泛性；（2）对某种必要加工工序的可行性与简便性；（3）钢材在加工后其原有性能是否有较大的变化，该变化是性能的恶化还是优化，对使用性能要求是否有影响。只有工艺性能较好的钢材才能得到广泛的应用，而其他
6、性能虽好的钢材只因缺乏某一种必要的工艺性能，会限制它的使用价值和使用范围。一、气割气割即火焰切割，是管道安装中应用最广泛的下料方法和整形切割手段。它是利用乙炔和氧燃烧产生的热量使钢材升温到红热状态进行切割的一种工艺过程。在此过程中，乙炔是经燃烧释放化学热能的可燃气体，而氧气有三种效用：（1）作为助燃剂参与燃烧释放热化学反应；（2）以助燃化学反应需氧的富余量（过氧）和钢材产生金属氧化反应；（3）以其喷气动力吹扫熔点温度较底（低于金属熔点）的金属氧化熔渣把钢材吹割成切口。气割操作的要领是：初加温阶段和切割阶段对割枪两种气流的调节；割嘴与工艺之间适当的稳定的距离；吹扫气体与割枪移动速度配合；移动轨迹
7、和割口划线以及入射角的准确性；初割口应稍偏离工件的线外侧以免穿孔伤线，只有穿透后才移动割枪。在上述几方面的均衡协调操作中使气割口的加热一金属氧化一氧化物熔化一吹扫连续进行。气割以其工具简单、加工成本低、效率高和便于现场移位操作在工程施工中得到了广泛的应用。某些合金钢材，不具备气割工艺性能或该种工艺性能很差，例如不锈钢、F11、F12、Ht9、Ht7等，其原因在于其生成氧化物的熔点太高或者钢材的氧化性能很差（这正是不锈钢的特点），对此类不能气割的钢材可采用高温等离子切割器或改用机械切割。对有空淬性倾向的钢材， 如10CrMn910等应慎用，当环境温度过低时，应将割口在切削或磨削出1-2mm。合金
8、钢材在气割后一律禁止用水冷却。二、焊接焊接是火电厂管道最主要的连接工艺，由焊工操作，属于管道安装对口的下一到工序。例如，各种几何尺寸的坡口角度和对口间隙（对口质量）是焊缝质量的首要条件，掌握点焊定位固定，在施焊过程中不能移动管道以免受力产生裂纹，与安装技工有直接关系；如何在安装方法上减少高空焊接工作量，变困难位置为容易位置，免除焊工在操作中的空间受限更与安装技工有关。焊接，应用在现场的主要有电弧焊和气焊两种方法。电弧焊是利用焊条与工件两个电极在气体介质中连续放电，产生热能达到高温，使焊条金属和工件金属熔化而形成焊缝的一种焊接方法。被焊工件的金属称为焊着金属，焊条药皮的同步熔化并浮于金属液上，且
9、以其气化作用隔离空气，避免金属产生高温氧化反应而起到隔离保护作用，冷却后成为松脆性焊渣。特殊焊条的药皮中还有加入熔化金属池中的某些元素成分以提高焊接质量。气焊与电焊的主要区别在于热源不同。气焊是以火焰提供升温热源，电焊是以电极击穿气体介质的电弧放电效应作为热源。高压管道和油管道以及有必要采用打底焊接的管道都采用氩弧焊打底。氩弧焊打底的焊接工序有两大优越性；它能保证管道内部的洁净，不会在管内因焊接产生焊瘤和焊渣而形成粗糙环行面；它能提高焊缝根部的焊接质量。 氩弧焊打底焊接厚度约3mm，实焊过程中焊口不能承受外力的作用，否则会产生裂纹。三、机械加工性能管道用钢一般都有很好的 机械切削加工性能，只有
10、少数钢 种，如F11等在进行等离子切割后，因空淬性使割口材质硬化， 必须在退火后才进行机械切削加工。第三章 钢材的其他性能抗腐蚀性能抗腐蚀性能是钢材化学稳定性的表现。从腐蚀机理可分为 两种： 1.化学腐蚀化学腐蚀是指金属直接与介质发生氧化或还原反应的腐蚀 而引起的材料变质。这种腐蚀是金属与介质的表面接触所引起 的，它有一个由表及里的缓慢层次过程，这种腐蚀无电流作用 ，是一般化学反应导致的，腐蚀的结果是外层铁质变为氧化铁 或氢氧化铁，即铁锈，失去原有金属性能。2.电化学腐蚀金属与电解液接触时，有电流出现的腐蚀损坏过程，称为电化学腐蚀。电化学腐蚀是以金属具有不同电极电位为依据的，腐蚀形式有均匀腐蚀
11、、晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀等，情况复杂，是一种危害很大的腐蚀，他具有局部穿透性，随温度的升高而加剧。等）以进一步增强钢材的表面性能。 第四章 钢的热处理常识一、热处理的原理和方式普通热处理是对钢材施以严格的温度控制，以物理手段调整钢材内部组织，获得所需的性能，处理效果由显微金相分析和力学性能测试印证。化学热处理则不但采取上述手段，而且同时在钢的表面渗入其他元素（如渗氮、渗碳）热处理方式如下： 1.淬火钢的加热温度要超过完全转变温度30-50时进行速冷,冷却剂用水或油或空气。淬火是为了提高硬度与强度,相应的塑性和韧性则降低并产生内应力.施工现场管道用钢不进行此项热处理，只对某些工具进行淬火。2
12、.正火正火有促使组织正常化处理的含义,加热温度与淬火相同,但不速冷,而是加以保温,在静止空气中缓慢冷却。3.退火退火温度一般超过开始转变温度并且也是保温缓慢冷却，只是退火的温度界限不十分精确，常用于降低硬度，以便进行下道工序，是一种中间性热处理，对某些有空淬性的合金钢管，必要时在坡口加工前进行退火处理。二、管道安装中常用的热处理方式1、管道的高温紧固件如螺栓、高温阀杆、支吊架弹簧等在制造厂已经过淬火加回火调质处理，在安装前只需核对有关热处理证件或用硬度等检测方法进行鉴定即可。2、合金钢管子、管件的热处理在制造厂进行，同样要核对热处理证件和进行必要的硬度测试鉴定。3、合金钢管在弯制后，进行正火加
13、回火处理，如在厂家弯制，应提供热处理证件并进行硬度测试验证。4、在安装中，对合金钢管的所有焊接部位和合金附近的所有焊接部位都要进行（现场进行）高温回火处理，以防止焊口热影响区产生裂纹，改善其机械性能，提高韧性，使焊口和热影响区金属组织正常化。第五章 钢材的分类钢材可分为碳素钢和合金钢两大类。（一）碳素钢的分类 按化学成分和工程习惯,将含碳量小于0.25%的碳素钢叫低碳钢;含碳量在0.25%-0.55%的称为中碳钢;含碳量大于0.55%的称为高碳钢。同样含碳量的钢材，其力学性能是可能有差异的。 （二）合金钢的分类 按合金总量的多少可分为低合金钢(10%）.耐热合金钢管多为低合金钢或中合金钢。第六
14、章 管道用钢的检验检验是指对管道工程的全面质量监督。在进行工程质量控制的各个环节中，检验是监控行为，是手段，目的在于作出鉴 定。广义的检验范围包括： （1）对制造厂提供的原材（管子、型材、板材等）、原件（管件、管道附件、阀件等）的材料监督、性能测试、规格型号 核对、工艺要求检查等。 （2）对安装现场配制的加工件，如卷制钢管、自制管件、支吊架附件等的质量检测。 （3）管道安装工程的质量检验，还包括工程进行的焊接质量检测和热处理检验等。检验的依据是施工图纸、国家标准和行业标准电力建设施工及验收规范（管道篇）、（焊接篇），以及施工单位制 定的检验要求等。管子检验：设计压力大于或等于1.6MPa的管道,在施工前,对所使用的管子还要确认四个项目符合现行国家或行业标准,这四项是:化学成分分析结果;力学性能试验结果(抗拉强度、屈服强度、延伸率)；管壁厚度大于或等于12mm的高压合金钢管子冲击韧性试验结果；合金钢管的热处理状态说明或 金相分析结果。设计压力大于0.1MPa的有缝管子使用前，应检查其焊缝检验报告。对管子表面局部缺陷（划痕、凹坑、腐蚀）作出检查鉴定后，凡经处理的管壁厚度不应小于直管计算壁厚，并作记录及提交检验报告。用于高压管道的中、 低合金钢管子应进行不少于3个断面的测厚检验并作记录。检验合格的钢管应按材质、规格分别放置，妥善保管，防止锈蚀。
