Ремонт паровых котлов

Требования к листовой стали

При изготовлении и ремонте объектов котлонадзора наиболее распространенным материалом служат низко­углеродистые стали, которые пластичны, поддаются обработке давлением, гибке и правке в холодном и горя­чем состояниях, хорошо свариваются. Низкоуглеродис­тые стали характеризуются удовлетворительными меха­ническими свойствами, достаточно прочны при нагреве до 450 °С, хорошо воспринимают динамические. нагрузки и не склонны к хрупкому разрушению. Эти стали имеют удовлетворительную коррозионную стойкость в неагрессивных средах, дешевы и наименее де­фицитны.

Значительное влияние на механические свойства и работоспособность готовых изделий оказывают осо­бенности производства стали и стальных полуфаб­рикатов.

Кроме способа выплавки, на свойства стали большое влияние оказывает степень раскисления, в зависимости от которой стали делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. К обозначению марки стали после обозначе­ния марки добавляются буквы: СП — спокойная, ПС — полуспокойная, КП — кипящая (марка спокойной стали может не иметь индекса).

Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Листы из углеродистой стали для изготовления и ре­монта объектов котлонадзора поставляются по ГОСТ 380-71, ГОСТ 5520-79 и ГОСТ 1050-74.

Углеродистая горячекатаная сталь обыкновенного качества, полученная в мартеновских печах и конверте­рах, поставляется по ГОСТ 380-71 и разделяется на три группы по нормируемым приемочным показателям: А — сталь, поставляемая с гарантированными механически­ми свойствами; Б — сталь, поставляемая с гарантиро­ванным химическим составом: В — сталь, поставляемая с гарантированными механическими свойствами и гаран­тированным химическим составом.

/Марки углеродистых сталей имеют буквенно-цифро­вое обозначение. В группу А входят стали, маркируемые от СтО до Стб. Числа от 0 до 6 характеризуют ее меха­нические свойства: чем больше число, тем прочнее сталь (содержит больше углерода). Но одновременно с повы­шением прочности снижается ее пластичность и ухудша­ются технологические свойства. Группа А в обозначении марки стали не указывается.

Сталь группы А применяется для изготовления дета­лей и элементов конструкции, не подвергающихся терми­ческой обработке. Необходимая прочность изделия обес­печивается выбором стали соответствующей марки.

Для сталей группы А по ГОСТ 380-71 регламентиро­ваны предел прочности, предел текучести и относитель­ное удлинение. Для сталей марок СтО—Ст5 предусмот­рено испытание на изгиб в холодном состоянии (техноло­гическая проба). Сталь группы А может поставляться трех категории, для которых нормированы различные комбинации показателей прочности и пластичности. Так, сталь, поставляемая по первой категории должна обла­дать заданными пределом прочности и относительным удлинением. Сталь, поставляемая по второй категории, должна выдержать, кроме того, испытание на изгиб в холодном состоянии. Сталь, поставляемая по третьей ка­тегории, имеет гарантированные не только все указанные выше характеристики прочности и пластичности, но и предела текучести.

Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер категории. Например, СтЗпс2: сталь марки 3, полуспокойная, поставляемая по второй категории. Первая категория в обозначении мар­ки не указывается, например Ст2кп.

Химический состав стали, поставляемой по группе А, сообщается заказчику, но браковочным признаком не является.

Полуспокойная сталь с номерами марок 3 и 5 произ­водится с обычным и повышенным содержанием марган­ца, например СтЗгпс.

Сталь группы Б подвергается термической обработке. Стали этой группы имеют перед обозначением марки букву Б, например БСтЗкп.

Номер марки стали группы Б представляет собой ус­ловное число, характеризующее химический состав ста­ли. Стандартом установлены пределы содержания угле­рода, марганце, кремния, фосфора, серы, хрома, никеля, меди и мышьяка.

В зависимости от того, содержание каких элементов гарантируется, стали делятся на две категории. В сталях первой категории гарантируется содержание всех ука­занных выше элементов, кроме хрома, никеля и меди, в сталях второй — всех без исключения.

Для стали группы В одновременно гарантируются химический состав и механические свойства (табл. 5.3). Перед обозначением марок стали этой группы ставится буква В, например ВСт2пс. Сталь группы В выпускается шести категорий. Для того чтобы не спутать марки стали проката в производстве, при хранении на складах и транспортировке проводят ее клеймение и цветную мар­кировку в виде полос по концам проката или окраску торцов.

Для нсобогреваемых элементов котлов с толщиной стенки до 10 мм, работающих под избыточным давлени­ем до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и температуре до 150°С, можно использовать листы из сталей Ст2кпЗ, СтЗкпЗ, Ст2киЗ, ВСтЗкпЗ и ВСтЗпсЗ по ГОСТ 380-71. Можно применять при температуре стенки до 200 °С и избыточ­ном давлении до 0,8 МПа (8 кгс/см2) листы из стали ВСтЗспБ толщиной стенки до 12 мм. Листы из сталей Ст2кпЗ, СтЗкпЗ и Ст2спЗ можно применять для изготов­ления и ремонта лишь пеобогреваемых элементов котла.

Ограничение на применение кипящей стали вызвано тем, что из-за пузырей, заварившихся при прокате слит­ка этой стали может произойти в процессе штамповки или вальцовки расслоение в местах сварки образовав­шихся пузырей. Химическая неоднородность в слитке кипящей стали может привести к трехслойности листа: в средней части содержание углерода, серы и фосфора будет повышенным.

Если толщина стенки 8 мм и менее, а температура ее пе превышает 200 °С и условное давление не более 1,6 МПа (16 кгс/см2), то можно изготавливать и ремон­тировать детали трубопроводов, работающих под давле­нием, из листов кипящей стали ВСт2кпЗ и ВСтЗкпЗ по ГОСТ 380-71. Лист толщиной до 60 мм из сталей ВСт2спЗ и ВСтЗсиЗ по тому же стандарту можно приме­нять при температуре до 300°С и давл-ении до 2,5МПа (25 кгс/см2).

После испытания листов из сталей ВСтЗпсЗ, ВСтЗсиЗ и ВСтЗГпсЗ на ударную вязкость при темпера­туре 20 °С можно их использовать при температуре от 0 до 200°С. Листы из сталей ВСт2пс2 и ВСт2сп2 можно применять в температурном интервале от 10 до 200°С и при давлении до 5,0 МПа (50 кгс/см2). Листы из сталей ВСтЗис4, ВСтЗсп4 можно применять от 20 до 200 °С; испытание на ударную вязкость они проходят при темпе­ратуре —20 °С. Листы из сталей ВСтЗис5, ВСтЗГпсб, ис­пытываемые на ударную вязкость при •—20 °С и при ком­натной температуре после механического старения, мож­но использовать при температуре от —20 до 450°С.

Листы из сталей ВСтЗпсб, ВСтЗспб и ВСтЗГпсб мож­но применять от 0 до 450°С; они подвергаются испыта­нию также, на ударную вязкость после механического старенр. Максимальное давление для листовой спокой­ной и полуспокойной стали, которая поставляется по ГОСТ 380-71 и категориям от второй до шестой, состав­ляет 5,0 МПа (50 кгс/см2).

Для изготовления и ремонта элементов трубопрово­дов можно применять листы из качественной конструк­ционной углеродистой стали по ГОСТ 1050-74. Сталь, поставляемая но указанному стандарту, выплавляется в основных конвертерах с продувкой кислородом сверху, в мартеновских и электрических печах. По сравнению со сталыо обыкновенного качества в качественной углеро­дистой стали допускается меньшее количество вредных примесей (серы и фосфора), а также меньше остаточных примесей (меди, хрома и никеля), которые ухудшают технологические свойства стали. Этот стандарт распро­страняется на горячекатаную и кованую сортовую сталь, а также на калиброванную сталь и серебрянку, а в час­ти норм химического состава распространяется и на другие виды проката: слитки, поковки и штамповки (табл. 5.4).

Механические свойства стали второй категории долж­ны соответствовать требованиям, указанным в табл. 5.5.

Испытание на растяжение проводят по ГОСТ,1497-73 при температуре 20°С на образцах пятикратной длины с диаметром рабочей части 5 или 10 мм. Испытание на

Ударную вязкость проводят по ГОСТ 9454-78 на про­дольных образцах с U-образным надрезом.

По ГОСТ 5520-79 поставляется листовая углеродис­тая и низколегированная сталь для котлов, трубопрово­дов и сосудов, работающих под давлением. По этому стандарту поставляются котельные листы толщиной от 4 до 60 мм.

Для обеспечения хорошей их свариваемости содержа­ние хрома, никеля и меди должно быть не более 0,3 % каждого, мышьяка — не более 0,08 %.

В соответствии с указанным стандартом листы под­вергают контролю микроструктуры. В листе не должно быть видимых на глаз расслоений, газовых скоплений, волосовин и неметаллических включений. Допускаются отдельные волосовины не более 15 мм. Этим стандартом предусматривается поставка выплавляемых в мартенов­ских печах сталей 12К, 15К, 16К, 18К и 20К (буква К указывает их основное назначение — котельные листы, числа 12, 15 и т. д. показывают среднее содержание уг­лерода в сотых долях процента). Листы из сталей 12К, 16К и 18К поставляются в нормализованном состоянии, а из сталей 15К. и 20К — без нормализации.

В табл. 5.6 приведены механические свойства и хими­ческий состав широко используемых сталей 15К и 20К.

Механические свойства листов установлены в зависи­мости от их толщины.

Для изготовления элементов котлов и трубопроводов, работающих при высоких температурах и давлениях, применяются легированные стали. % Низколегированную листовую сталь 16ГС, 09Г2С и 10Г2С1 можно применять для изготовления н ремонта элементов котлов и трубо­проводов при температуре стенки до450°С без ограниче­ния давления.

В зависимости от термической обработки и от состоя­ния их поверхности листы, поставляемые по ГОСТ 7350-77, подразделяются на следующие четыре группы:

Группа АА — листы, термически обработанные с по­лированной поверхностью;

Группа А — листы, термически обработанные травле­ные;

Группа Б — листы, термически обработанные нетрав­леные;

Группа В — листы, термически не обработанные и не­травленые.

Па поверхности листов недопустимы трещины, пле­ны, закаты, пузыри, раковины. На срезах листов не должно быть расслоений. Допускаются отдельные вдав­ливания от валков, вмятины, царапины, рябизна в допу­скаемых по толщине листа пределах. Заварка дефектов разрешается только с согласия потребителя.

Микроструктура стали не должна иметь следов уса­дочной раковины, расслоений, инородных включений, свищей, трещин и пузырей.

На каждый лист наносится клеймо или маркировка с указанием марки стали, номера плавки и товарного зна­ка предприятия-изготовителя. Листы толщиной до 10 мм поставляются плотно скрепленными пачками. Партия должна сопровождаться сертификатом.