合金元素和杂质对锅炉钢管材料性能的影响

1. 合金元素对锅炉钢管材料性能的影晌

金属材料分为两大类，黑色金属与有色金属。在元素周期表中除铁、锤、铭三种元素为黑色金属元素外，其余的金属元素均为有色金属元素。通常将以铁、锤、锋为基的合金称为黑色金属，其中以铁为基的合金通常称之为钢;以其余金属元素为基的合金称为有色金属。

钢的牌号又叫钢号，是给每种具体的金属材料所取的名称。我国金属材料的牌号，一般都能反映出化学成分。有的牌号不仅表明金属材料的具体品类，而且可以大致判别其质量。钢在冶炼过程中或多或少地都含有合金元素，但这些合金元素，不是有意添加的，而且量都不高，称为残余元素。其来源有两方面:一是废钢中带来的;二是用共生矿冶炼的生铁或铁水带来的。

最早应用的是碳素钢，合金钢是在碳素钢的基础上发展起来的。合金钢按所含合金元素的总量可划分为三类:合金元素总量低于5%(一般在3%以下〉的称为低合金钢;合金元素总量为5%(或3%)~10%的称为中合金钢;合金元素总量超过10%的称为高合金钢。以往压力容器行业采用的低合金钢大都为低合金高强度钢和珠光体耐热钢，所以一些压力容器资料中出现的低合金钢概念，如无特殊说明的话往往是指低合金高强度钢或珠光体耐热钢。同样，以往压力容器行业采用的高合金钢大都为奥氏体不锈钢，所以一些压力容器资料中出现的高合金钢概念，如无特殊说明的话往往是指奥氏体不锈钢。

低合金钢是在碳素钢基础上加入少量合金元素的合金钢。合金元素的加入使其在热轧或热处理状态下除具有较高的强度外，还使韧性、焊接性能、成形性能、耐腐蚀性能等综合性能得到改善。国家标准GB/T13304-1991《钢分类》按照化学成分将钢分为三类:非合金钢、低合金钢和合金钢;而国际标准和欧洲标准按化学成分将钢分为两类:非合金钢和合金钢。如果按照后一标准对钢分类，我国的一些低合金钢基本上都应划归为非合金钢。美国ASTM标准中的低合金钢同样如此，其低合金钢除部分铭、保含量高的钢号外，很多钢号也要划归为非合金钢。美国ASTM标准中的"碳锥钢"属破素钢，其中大部分与我国银系低合金钢近似。

合金元素添加后主要与铁和破发生反应。其中：Si、Ni、Cu、Al、Co等合金元素称为非碳化物元素，在钢中它们不能与破形成化合物，主要因溶于铁素体之中;Ti、Zr、Nb，V、Mo、W、Cr飞Mn、Fe等称为碳化物元素。Mn，Ni、Co、C、N、Cu为扩大γ相区的元素，Cr、Mo、V、W、Ti、Si、Al，B、Nb为缩小γ相区的元素。

2. 杂质对锅炉钢管材料性能的影响

锰，锰一般是随着炼钢脱氧剂带入，位与疏，的结合力较强，生成的MnS夹杂在钢中，影响钢的性能，所以碳钢规定含维量小于0.8%。

硅，硅一般是随着炼钢膜，氧剂带入，硅与氧的结合力较强，生成的Si02夹杂在钢中，影响钢的性能，所以破钢规定含硅量小于0.5%。

硫，硫与铁常常是共生矿，钢铁中的疏，是炼钢中没有除尽的杂质，疏，难溶于铁，生成的FeS分布在奥氏体品界，使钢材在1000℃ 左右热轧时产生热脆，导致开裂。硫与其他，杂质形成的夹杂物常导致钢材开裂。硫还容易使焊缝热脆，并使焊缝产生气孔和裂纹。因此，必须控制硫的含量，规定了钢材中含硫量的上限，普通碳钢0.050%，优质钢0.035%。

GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》规定Q245R、Q345R、Q370R三种钢板硫含量的限制为≤0.015%,18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12CrlMoVR钢板硫含量的限制为≤0.010%。

GB3531-2008((低温压力容器用低合金钢钢板》规定，16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR三种钢板硫含量的限制为~o.012%。

磷，磷是炼钢难以除尽的杂质，它固溶在铁素体中，显著降低钢的塑性和韧性，尤其是低温韧性，使钢材脆性增加，称为冷脆。磷使钢产生偏析，影响焊接性能，因此必须加以控制。一般规定，含磷量普通破钢小于0.045%，优质钢小于0.035%。

GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》规定Q245R、Q345R、Q370R、15CrMoR、12Cr1MoVR五种钢板磷含量的限制为<o.025%,18MnMoNbR、13MnNiMoR、14CrlMoR、12Cr2Mo1R钢板磷含量的限制为≤0.020%。

GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》规定，16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR三种钢磷含量的限制分别为:≤0.025%、≤0.025%、≤0.020。

TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》对化学成分（熔炼分析）有如下要求。

用于焊接的碳素钢和低合金钢钢材，C≤0.25%、p≤0.035%、s≤0.035%。压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材(钢板、钢管和钢锻件)，其磷、硫含量应符合表1-2要求。

表1-2 磷、硫含量在压力容器专用钢板、钢管、锻件中的限制性要求

以上内容节选自：《化工压力容器设计选材》 （请下载原书 查阅）