Антикайн П.А. Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение табл.

2.9

Марка стали

ГОСТ

Предельные параметры среды применения

Марка стали

ГОСТ

Шпильки

Гайки

Шайбы

Марка стали

ГОСТ

°С

русл,

МПа

°С

русл,

МПа

*,°С

усл

МПа

15Х11МФ (1Х11МФ),

20Х12ВНМФ (ЭП428),

18X11МНФБ (ЭП291)

ГОСТ

18968-73

<560

Не огра-

ничено

<560

Не огра-

чено

<580

Не ограни-

чено

12Х1МФ (12ХМФ)

20Х1М1Ф1ТР (ЭШ82)

08Х17Н13М2Б (ЭИ680)

ГОСТ

10702-78*

ГОСТ

20072-74

<580

<625

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

<580

<625

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

<570

<650

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

ХН35ВТ (ЭИ612)

10Х11Н22ТЗМР

(ЭИ696М)

12X18H10T

(X18H10T)

08X18H10T

(0X18H10T)

ГОСТ

5949-75

ГОСТ

5949-75

<650

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

<650

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

<650

Не огра-

ничено

Не огра-

ничено

Таблица

2.10.

Механические свойства крепежа после различных сроков

эксплуатации

(не

менее)

Марка стали

Исходное состояние

Марка стали

О0,2,

МПа

б, %

Дж/см

НВ,

МПа

20Х1М1Ф1ТР

20ХМФБР

18Х12ВМБФР

20Х2М1Ф

680—800

830

2410—2770

Марка стали

Состояние после эксплуатации,

тыс. ч

Марка стали

00.2,

МПа

о,

(in,

Дж/см

НВ,

МПа

20Х1М1Ф1ТР

20ХМФБР

18Х12ВМБФР

20Х2М1Ф

630—800

640—800

780

2240-2690

2410—2770

2280—2770

2240—2770

Марка стали

Состояние после эксплуатации,

тыс ч

Марка стали

100 и

более*

Марка стали

^0.2,

МПа

б,%

Ч>.%

а»,

Дж/см

НВ,

МПа

20Х1М1Ф1ТР

20ХМФБР

18Х12ВМБФР

20Х2М1Ф

620—800

770

750

720

2210—2690

2410—2770

2210—2770

2210—2690

Примечание.

графах,

где

приведена одна цифра, сообщаются мини-

мально допустимые значения.

На работоспособность пружин, особенно

случае вибраций

и знакопеременных нагрузок, большое влияние оказывает состоя-

ние поверхности. Всякие неровности

на

поверхности играют роль

концентраторов напряжения, сильно снижающих предел уста-

лости пружин

из

малопластичных материалов.

На

проволоке,

прутках

ленте

не

допускаются плены, волосовины, расслоения,

закаты

другие дефекты, поэтому проволоку

для

пружин шли-

фуют.

2.6.

Стальные поковки

Поковки общего назначения диаметром

или

толщиной

до

800 мм из

конструкционной углеродистой, низколегированной

и среднелегированной стали, должны удовлетворять требованиям

ГОСТ

8479-70*; они

должны изготавливаться

из

спокойной ста-

ли,

выплавленной мартеновским способом

или в

электропечах.

Этот стандарт регламентирует основные технические требования.

Поковки

зависимости

от

назначения

условий работы

подвергаются различным комплексам испытаний.

По

видам про-

водимых испытаний поковки подразделяются

на

пять групп.

Чем

выше номер группы,

тем

более тщательный

полный контроль

проходят поковки.

При

этом гарантируется соответствие пока-

зателей прочности

пластичности металла поковок определен-

ным гарантированным уровням.

Для изготовления деталей котлов

трубопроводов, рабо-

тающих

под

давлением, применяются поковки групп

IV и V.

Металл поковок подвергается испытаниям

на

растяжение

и на

ударую вязкость

при

комнатной температуре.

При

испытании

на

растяжение гарантируются заданные предел текучести

относи-

тельное поперечное сужение. Поковки также подвергаются конт-

ролю твердости, результаты которого

не

являются браковоч-

ными.

При поставке поковок группы

контролю подвергается

металл

от

партии,

которую входят поковки

из

стали одной

плавки, прошедшие термическую обработку

одну садку.

При

поставке поковок группы

контролю подвергается каждая

по-

ковка.

Отнесение поковки

определенной группе производится

за-

казчиком

номер группы указывается

на

чертеже.

По механическим свойствам поковки разделяются

на

кате-

гории прочности (табл.

2.11).

Категория прочности обозначается

буквами

КП и

цифрой, указывающей минимальный допускаемый

предел текучести

в МПа.

Для изготовления деталей котлов

трубопроводов

тем-

пературой стенки

до

450°

С при

давлении

до 6 МПа

должны

применяться поковки

из

сталей марок

15, 20 и 25 по

ГОСТ

1050-74**,

удовлетворяющие требованиям поставки групп

IV и

ГОСТ

8479-70*.

Поковки

для

деталей котлов

трубопроводов: воротниковых

фланцев, полых

сплошных заготовок

для

цилиндрических

штуцеров, колец

патрубков

прочих деталей, которые рабо-

тают

при

условном давлении

4 МПа и

более, могут изготавли-

ваться согласно требованиям

ОСТ 108.030.113-77.

Максималь-

ный размер поковки

по

толщине, диаметру

или

стенке

— 400 мм.

Материал поковок

—

стали

20, 22К 15ГС, 16ГС,

16ГНМА,

12Х1М1Ф

08Х18Н100Т. Поковки изготавливаются

из

спокой-

Таблица

2.11.

Механические свойства металла поковок, поставляемых

по

ГОСТ

8479-70* (не

менее)

Категория

прочности

Временное

сопротивле-

ние

, МПа

Предел

текучести

ао,2,

МПа

Относи-

тельное

удлинение

6Б, %*

Попереч-

ное суже-

ние

i|>,

Ударная

вязкость*

кси.

Дж/см

Твердость**,

НВ,

МПа

КП

175

КП

196

КП

215

КП

245

КП

275

КП

315

КП

345

КП

395

КП

440

КП

490

КП

540

КП

590

КП

640

КП

685

КП

735

КП

785

355

390

430

470

530

570

590

615

635

655

685

735

785

835

880

930

175

195

•

215

245

375

355

343

395

440

490

540

590

640

675

735

785

•

1010—1430

1110—1560

1230—1670

1430—1790

1560—1970

1670—2070

1740—2170,

1870—2290

1970—2350

2120—2480

2230—2620

2350—2770

2480—2930

2620—3110

2770—3210

2930—3310

* Приведены показатели

для

поковок

толщиной (диаметром) сплошного

сечения

до 100 мм.

** Определяется

на

поверхности поковок.

ной стали, выплавленной

мартеновских

или

электропечах,

также

из

стали, полученной электрошлаковым

или

вакуумно-

дуговым переплавом. Сталь может проходить обработку

уста-

новках внепечного рафинирования.

ОСТ 108.030.113-77

регламен-

тирует химический состав

механические свойства металла

по-

ковок, определяемые после термической обработки

на

продоль-

ных образцах. Даются гарантии

по

пределу текучести

при

высо-

ких температурах. Поковки проходят контроль

УЗД.. Для по-

ковок

из

стали 08Х18Н10Т гарантируется стойкость против

меж-

кристаллитной коррозии.

Для

сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф

08Х18Н10Т также гарантируются значения пределов длительной

прочности

за 100 тыс. ч при

высоких температурах.

2.7.

Стальные

чугунные отливки

Для изготовления деталей сложной формы применяются

стальные

чугунные отливки. Основным способом

их

изготовле-

ния является литье

земляные формы. Металл, идущий

на

изготовление отливок, должен обладать высокими литейными

.свойствами: хорошей жидкотекучестью

малой усадкой.

Самым дешевым литейным материалом является серый чугун,

обладающий низкой ударной вязкостью.

Под

воздействием

вы-

сокой температуры

его

механические свойства ухудшаются,

103

поэтому серый чугун находит ограниченное применение при изго-

товлении объектов Котлонадзора.

Наиболее распространенным материалом отливок, используе-

мых для этих целей, является углеродистая сталь. Технологи-

ческие свойства стали как литейного материала улучшаются при

увеличении содержания углерода. Присоединение литых деталей

к трубопроводам, корпусам сосудов выполняется обычно при

помощи сварки. Поэтому для хорошей свариваемости содержа-

ние углерода в стали не должно превышать

0,27%.

Этим усло-

вием ограничивается верхний предел содержания углерода в

металле большинства отливок. В случае присоединения отли-

вок на фланцах это ограничение снимается.

Металл отливок обладает пониженной плотностью и пластич-

ностью по сравнению с металлом проката и поковок и имеет

крупнокристаллическое строение. •

В процессе затвердевания и остывания жидкого металла про-

исходит усадка. Несмотря на то, что в отливках предусматри-

вается прибыльная часть, из которой происходит пополнение

жидким- металлом, в любой отливке в межзеренных объемах

имеются микроскопические

усадочные поры. В этих объемах

наблюдается повышенное содержание легкоплавких примесей по

сравнению с металлом затвердевших ранее кристаллов.

Последующая термическая обработка измельчает зерно, не-

сколько смягчает химическую неоднородность, но не может обес-

печить такие равномерные структуры и состав, какие получаются

в кованом или,катаном металле в результате интенсивной плас-

тической деформации и перекристаллизации.

При литье в земляные формы трудно избежать полного

отсутствия макроскопических дефектов: заливов, рыхлот, тре-

щин и т. п. Их обычно устраняют последующей заваркой ручной

электродуговой сваркой. Дефекты литья, если они не выходят

на поверхность, не всегда удается надежно проконтролиро-

вать и, следовательно, устранить.

Из-за перечисленных недостатков литые детали для особо

ответственных условий эксплуатации стараются не применять.

Так, в последние годы практически' прекращено применение

литых крутозагнутых колен, тройников и .крестовин на трубо-

проводах свежего пара и питательных магистралей высокого

и сверхвысокого давления.

В то же время отливки продолжают широко использоваться

для изготовления корпусов и крышек арматуры, обладающих

более сложной геометрической формой. Часть корпусов арматуры

для котлов и трубопроводов и элементов трубопроводов высокого

и сверхкритического давления изготавливается штамповкой или

штамповкой деталей и сваркой их в изделие (сварно-штампо-

ванные корпуса, крутозагнутые сварные колена со сварным швом

и пр.).

Для стального литья используется только спокойная сталь.

Отливки

из

конструкционной нелегированной

легированной

стали

по

ГОСТ

977-88.

Отливки должны быть очищены

от

формовочной смеси, ока-

лины

пригара. Места отрезки питателей

прибылей, заливы'

и заусенцы должны быть зачищены

или

обрублены

пределах

допусков

по

чертежу. Удаление прибылей

питателей огневой

резкой должно производиться

до

термической обработки.

Для

отливок

из

сталей

15Л, 20Л и 25Л

допускается удаление прибы-

лей после термической обработки.

Отливки должны иметь

на

необрабатываемой поверхности

клеймо технического контроля завода-изготовителя

и,

маркировку

в соответствии

требованиями технической документации. Каж-

дая партия отливок сопровождается сертификатом..

Для изготовления элементов котлов

трубопроводов, рабо-

тающих

под

давлением, применяются только отливки групп

и'

III:

" Стальное литье

из

углеродистых

жаропрочных сталей

для

деталей арматуры

трубопроводов паровых котлов поставляется

по

ОСТ 1081961.03-79:

«Отливки

из

углеродистой

легированной

стали

для

фасойн'ых-элементов котлов

трубопроводов

гаран-

тированными характеристиками прочности

при

высоких темпера-

турах. Технические условия».'

Этот стандарт распространяется

на

изготовление, испытания

и приемку стальных фасонных отливок

из

сталей

25Л,

20ГСЛ,

20ХМЛ, 20ХМФЛ

15Х1М1ФЛ. Отливки предназначаются

для

работы

при

давлении свыше

3,7 МПа.

Максимальные, рабочие

температуры:* сталь

25Л —

425°

С;

сталь 20ГСЛ

—

450°

С;

сталь

20ХМЛ

—

520°

С;

сталь 20ХМФЛ

—

540°

С;

сталь 15Х1М1ФЛ.—

570°

С. •

Химический состав сталец должен соответствовать пределам,

указанным

табл.

2.12. .

Содержание никеля

меди

во

всех сталях'

не

должно превышать

0,30%",' а в

сталях

25Л и

20ГСЛ

не

должно быть более

0,30%'

хрома.

Для

углеродистой

Таблица

2.12.

Химический состав сталей

для

отливок, изготавливаемых

по

ОСТ

108.961.03-79

Содержание элементов,

стали

Углерод Марганец Кремний

Хром

Молибден

Ванадий

25ГСЛ

20ХМЛ

20ХМФЛ

15Х1М1ФЛ

0,22—0,27

0,16^-0,22

0,15—0,22

0,18—0.25

,0,14—0,20

0,40—0,90

1,00—1,30

0,50—о;во

0,60—0,90

0,20—0,52

0,60—0,80

0,20—0,45

0,20—0,40

0,50-

0,80

0,90—•

1,20

1,20—

1,70

0,40—

0,60

0,50—

0,70

0,90—

1,20

0,20—

0,30

0,25-г

0,40^

стали, выплавленной

электропечах

кислой футеровкой, допускается содер-

жание серы

фосфора

до 0,040%. Во

всех остальных случаях содержание

серы

фосфора

не

должно превышать

0,025%

каждого элемента. Пределы

содержания химических элементов могут быть сужены

по

согласованию завода-

изготовителя

заказчика.

'В порядке исключения допускаются отклонения

от

заданного химического

состава,'

но не

более

чем по

двум элементам одновременно (кроме серы

фосфора).

Для

серы

фосфора допускается отклонение

большую сторону

на

0,005% для

каждого элемента,

но

только

по

одному элементу одновременно.

Суммарное содержание серы

фосфора

сталях

не

должно превышать

0,05%.

Сталь

для

отливок

по ОСТ 108.961.03-79

должна выплавляться

основ-

ных электрических

мартеновских печах,

а при

необходимости обеспечения

высокой чистоты металла

по

согласованию сторон

она

может выплавляться

электрошлаковым, индукционным

или

другими специальными способами. Раз-

решается внепечное рафинирование стали.

Отливки поставляются проконтролированными

термически обработанными.

Технологические дефекты должны быть заварены. Механические свойства метал-

ла отливок должны быть

не

ниже указанных

табл.

2.13.

Отливки должны подвергаться визуальному контролю

проверке основных

размеров; поплавочному контролю химического состава, контролю механических

свойств, гидравлическим испытаниям, неразрушающим методам контроля

на

наличие дефектов

и для

проверки качества исправления дефектов,

также

визуальному контролю маркировок.

В качестве неразрушающих методов контроля используются рентгенопросве-

чивание, магнитопорошковая дефектоскопия

травление поверхности отливок.

Объемы контроля

размеры браковочных дефектов указаны

приложениях

ОСТ 108.961.03-79.

После очистки отливки подвергаются наружному осмотру.

На

внутренней

и наружной поверхностях отливок

не

должно быть трещин, спаев, ужимов, плен,

газовых

или

шлаковых раковин, пористости

механических повреждений.

Дефекты, влияющие

на

прочность отливок

и их

товарный

вид,

должны быть

выбраны механическим способом

заварены электросваркой.

Для ремонта отливок, выполненных

, из

стали

25Л,

могут применяться

электроды типа

Э42,

Э42А

и Э46, для

отливок, выполненных

из

стали 20ГСЛ

—

электроды типа Э50А

и для

отливок, выполненных

из

сталей 20ХМФЛ

15X1 MlФЛ

—

электроды типа Э-ХМФ.

Таблица

2.13.

Механические свойства

при

комнатной температуре металла

отливок, поставляемых

по ОСТ

108.961.03-79

Марка

стали

Предел

текучести

,2, МПа

Временное

сопротивле-

ние

, %

Относи-

тельное

удлинение

б,

Относи-

тельное

сужение

Ударная

вязкость,

кси,

Дж/см

Твердость,

HB,

МПа

25Л

25ГСЛ

20ХМЛ

20ХМФЛ

15Х1М1ФЛ

240

280

250

320—550

450

500

470

500 .

500

39,3

29,4

1350—1800

1590—2230

Заваренные места очищают от шлака и брызг. После заварки дефектов

отливки должны быть термически обработаны. Мелкие раковины, не выводящие

отливку за пределы допусков, могух быть оставлены. Отливки, имеющие порис-

тость, не поддающуюся вырубке, бракуют.

На местах отливок, подлежащих механической обработке, без исправления

допускаются дефекты, не превышающие по глубине 2/3 припуска на механиче-

скую обработку. После окончательной механической обработки места разъема

земляных форм и резкие переходы (например, от конуса к шару, от цилиндра к

фланцам) зашлифовывают переносными наждачными кругами и травят 10%-ным

водным раствором азотной кислоты (иногда вместо травления применяют ультра-

звуковую дефектоскопию), так как в этих местах могут возникать усадочные

трещины.

Патрубки, при помощи которых корпуса арматуры, тройники

и литые колена ввариваются в трубопроводы, подвергаются про-

свечиванию рентгеновскими или гамма-лучами на длине не ме-

нее 60 мм.

Для определения механических свойств и химического соста-

ва мелких и средних отливок от каждой плавки льют пробные

бруски. Бруски проходят термическую обработку вместе с отлив-

ками. От отливок массой более 150 кг после термической обра-

ботки отрезают специально предусматриваемые приливы и из

них изготавливают образцы.

Отливки, предназначенные для работы под давлением, под-

вергаются гидравлическому испытанию после исправления де-

фектов и окончательной механической обработки. Давление при

гидравлическом испытании определяется по ГОСТ

356-80.

Кри-

терием удовлетворительности гидравлических испытаний служит

отсутствие разрывов течи, потения и видимой остаточной де-

формации. '

Завод-изготовитель отливок гарантирует механические свой-

ства металла отливок при высоких температурах — предел те-

кучести и предел длительной прочности. Контроль этих свойств

не производится. Их уровень гарантируется .стабильностью хи-

мического состава и технологического процесса изготовления.

Завод-изготовитель 1 раз в год проводит контрольные испыта-

ния сталей 20ХМЛ, 20ХМФЛ и 15Х1М1Ф на длительную проч-

ность.

Каждая отливка должна иметь сертификат завода-изгото-

вителя с указанием номера плавки, марки стали, номера нор-

мали или чертежа, химического состава, механических свойств,

пробного давления.

Серый чугун — литейный материал — обладает малой усадкой, большой

жидкотекучестью, относительно невысокой температурой плавления и хорошей

обрабатываемостью резанием на станках.

Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2% углерода. Наи-

большее распространение получили чугуны с содержанием углерода от 2,8 до

3,5%. Кроме углерода, в чугунах содержатся кремний и марганец, а также

вредные примеси — сера и фосфор. _

Для изготовления элементов котлов малой производительности, паропере-

гревателей и экономайзеров допускается применение чугунных отливок.

Ограничения по применению чугунных отливок в котлах и трубопроводах

обусловлены относительной хрупкостью чугуна и склонностью к росту — необ-

ратимому увеличению объема. В результате роста чугуна искажаются размеры

деталей и снижается их прочность.

Явление роста вызвано несколькими причинами. Одна из этих причин —

окисление металла по границам включений графита при эксплуатации чугун-

ных деталей в зоне высоких температур. Кислород тем. легче проникает внутрь

детали, чем больше число и размеры чешуек графита.

Вторая причина — распад при повышенной температуре цементита с плот-

ностью 7,6 г/см

на железо с плотностью 7,8 г/см

и графит с плотностью

2,2 г/см

В результате распада получаются два продукта, суммарный объем которых

больше объема цементита, из которого они образовались.

Третья причина роста чугуна — изменение кристаллического строения, ко-

торое претерпевают чешуйки графита

в чугуне.

Процесс роста чугунных деталей резко ускоряется с повышением темпера-

туры, особенно при циклическом изменении температуры.

Характер окружающей атмосферы также влияет на скорость роста чугуна.

Так; серый чугун, содержащий 3,48% углерода и 2% кремния, в результате пре-

бывания при 400° С в атмосфере водяного пара в течение 54 недель увеличи-

вается в объеме приблизительно на 3%. Временное сопротивление при растя-

жении снижается с 199 до 74 МПа.

Отливки из серого чугуна могут применяться для изготовле-

ния предохранительных и обратных клапанов, запорных уст-

ройств малого условного прохода на низкие параметры среды.

Применение спускной и продувочной арматуры из серого чугуна

запрещается.

Присоединение чугунных литых деталей к элементам котлов

должно выполняться только при помощи фланцев. Чугунные

отливки должны обязательно подвергаться гидравлическому

испытанию по ГОСТ

356-80.

Отливки из серого чугуна находят широкое применение в

литых деталях, не нагруженных внутренним давлением.

Глава третья

ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОТЕЛЬНЫХ

СТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, МОНТАЖА

И РЕМОНТА

3.1.

Основные требования к конструкции сварных соединений

и технологии сварки

Основные требования, предъявляемые к сварным соедине-

ниям котлов, и трубопроводов — надежность и долговечность в

эксплуатации. Качество и работоспособность сварного соедине-

ния обеспечивается за счет правильного выбора конструкции

разделки, метода и технологии сварки, качества основных и сва-

рочных материалов, температуры и влажности окружающего

воздуха и многих других факторов, а также достаточно совер-

шенными методами контроля подготовки к сварке, ее проведе-

ния и качества выполненных сварных соединений.

Сварочные работы, производимые при изготовлении, мон-

таже и ремонте котлов и трубопроводов, можно условно разбить

на две большие группы:

первая группа — сварка элементов, работающих под

давлением;

вторая — сварка металлоконструкций и вспомогательного

оборудования.

К сварным соединениям первой труппы предъявляются вы-

сокие требования. Соединения подведомственны Госгортехнад-

зору СССР. В этой группе относительно велика доля сварных

соединений из легированных сталей и сплавов.

К сварным соединениям второй группы предъявляются менее

строгие требования в отношении качества сварки и объема

контроля. Это в основном сварные соединения на углеродистой

стали.

При изготовлении, монтаже и ремонте объектов Котлонад-

зора можно применять все промышленные способы сварки, обес-

печивающие требуемую эксплуатационную надежность. Сварка

должна производиться в соответствии с требованиями производ-

ственных инструкций, разработанных с учетом специфики изде-

лий и утвержденных в установленном порядке.

Так, например, работы по монтажной и ремонтной сварке

трубных систем котлов и трубопроводов тепловых электростан-

ций, а также изготовление трубопроводов среднего и низкого

давления (до 4 МПа) на заводах Минэнерго СССР должны

выполняться в соответствии с «Руководящими техническими

материалами по сварке при монтаже тепловых электростанций»

(РТМ 1С-81).

При использовании новых видов сварки, не применявшихся

ранее для данного вида изделия, необходимо выполнить комп-

лекс исследований, подтверждающих надежность сварных со-

единений. Должны быть освоены эффективные методы контроля

качества этих соединений. Требуется заключение головной на-

учно-исследовательской организации о целесообразности исполь-

зования нового вида сварки.

Основные требования к конструкции сварных соединений

регламентированы правилами [1, 2 и 3] и ОСТ

26-291-71

[17].

Основные типы сварных соединений представлены на

рис.

3.1.

При изготовлении, монтаже и ремонте котлов, трубопроводов