Tấm thép nồi hơi là một trong những vật liệu quan trọng nhất trong sản xuất nồi hơi. Nó chủ yếu đề cập đến thép carbon đặc biệt cán nóng và hợp kim thấp được sử dụng để sản xuất các bộ phận quan trọng như vỏ nồi hơi, trống, nắp đầu và móc treo. Chất liệu thép tấm chịu nhiệt vừa và dày.
Các tấm thép nồi hơi thường được vận hành trong điều kiện nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao và áp suất cao. Ngoài việc phải chịu nhiệt độ và áp suất cao hơn, chúng còn phải chịu tác động, tải trọng mỏi và sự ăn mòn của nước và khí, dẫn đến điều kiện làm việc kém. Nếu nồi hơi xảy ra sự cố phá hoại trong quá trình sử dụng sẽ gây ra hư hỏng nghiêm trọng.
Vì vậy, thép tấm nồi hơi phải có tính chất vật lý, cơ lý và khả năng gia công tốt và được quy định chặt chẽ trong các quy định kỹ thuật của tiêu chuẩn vật liệu để đáp ứng sự an toàn khi sử dụng.
Phân loại theo chất liệu
Từ quan điểm vật liệu, tấm thép nồi hơi có thể được chia thành hai loại: tấm thép carbon đặc biệt và tấm thép chịu nhiệt hợp kim thấp.
- Nguyên liệu dùng làm thép tấm nồi hơi được kiểm soát chặt chẽ về thành phần hóa học, đặc biệt là các nguyên tố có hại như phốt pho, lưu huỳnh và các nguyên tố dư lượng như crom, niken, đồng;
- Khử oxy tốt và loại bỏ các tạp chất phi kim loại trong quá trình nấu chảy để đảm bảo độ dẻo và độ bền tốt;
- Cấu trúc yêu cầu phải đồng nhất và kích thước hạt được kiểm soát trong một phạm vi nhất định (từ 3 đến 7);
- Ngoài ra còn có những yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng bề mặt và các khuyết tật bên trong;
- Ngoài ra, các tính chất cơ học ở nhiệt độ bình thường và nhiệt độ cao phải được đảm bảo.
Trong GB/T713-2014 “Tấm thép cho nồi hơi và bình chịu áp lực”, có quy định rõ ràng rằng phải sử dụng bộ chuyển đổi oxy hoặc lò điện để nấu chảy và xử lý tinh chế. Đồng thời, phôi đúc liên tục phải được đảm bảo trong quá trình cán nóng. Tỷ số nén không nhỏ hơn 3.
Phân loại theo ứng dụng
Theo các điều kiện làm việc khác nhau, tấm thép nồi hơi có thể được chia thành hai loại: tấm thép cho các bộ phận nhiệt độ phòng và áp suất trung bình và tấm thép cho các bộ phận áp suất nhiệt độ cao.
Các tấm thép nồi hơi ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ trung bình (dưới nhiệt độ rão) hầu hết được làm bằng thép carbon, bao gồm thép carbon, thép carbon-mangan, thép carbon-mangan-silicon, v.v., tức là Q245R tính bằng GB/T713-2014 “Thép cho nồi hơi và bình chịu áp lực”. Q345R (Thép 20g, 22Mng, 16Mng, 19Mng tính bằng GB/T713-1997 “Tấm thép nồi hơi”) và ASME SA-515/SA-515M “Tấm thép cacbon cho bình áp suất nhiệt độ trung bình và cao”, SA-299/SA – 299M “Thép silic cacbon mangan cho bình chịu áp lực”, v.v.. Chủ yếu được sử dụng để sản xuất trống nồi hơi, các bộ phận chịu áp lực như nắp đầu bể dưới nhiệt độ trung bình.
Thép nồi hơi ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ trung bình phải có
- Cường độ nhiệt độ phòng cao hơn;
- Độ bền va đập tốt và độ nhạy thấp;
- Do lượng biến dạng nguội lớn cần thiết cho quá trình xử lý trống, v.v., nên nó cũng có độ bền lão hóa tốt;
- Khả năng xử lý và khả năng hàn tốt;
Nhiệt độ cao (trên nhiệt độ rão) Đối với các tấm thép nồi hơi, thép chịu nhiệt hợp kim thấp thường được sử dụng và thép crom molypden crom, thép vanadi crom molypden, thép vonfram crom molypden, v.v. Nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận chịu áp suất ở nhiệt độ cao như nắp đầu tiêu đề nhiệt độ cao và tấm chặn ống hơi.
Ví dụ, tấm thép nồi hơi GB125-2014 15CrMoR, 12Cr1MoVR và tấm thép hợp kim crom-molypden ASME SA-387/SA387 M của Mỹ cho bình áp lực Gr22, Gr91 và bình áp lực ASME SA1017/SA1017M cho tấm thép hợp kim crom-molypden-vonfram Gr23 , Thép Gr911, Gr122, v.v.
Tấm thép nồi hơi nhiệt độ cao bắt buộc phải có:
- Độ bền nhiệt độ cao đầy đủ và độ dẻo lâu dài;
- Độ ổn định mô ở nhiệt độ cao tốt;
- Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao tốt (chịu nhiệt);
- Công nghệ gia công nóng lạnh tốt (chủ yếu là biến dạng uốn nguội và khả năng hàn).
Các tính năng chính của tấm thép nồi hơi
Vì thép tấm nồi hơi là sản phẩm quan trọng nên các yêu cầu về an toàn và độ tin cậy rất nghiêm ngặt và công nghệ sản xuất khó khăn. Vì vậy, vật liệu phải có những đặc điểm chính sau:
- Vật liệu có hiệu suất cường độ năng suất cao trong một phạm vi nhiệt độ nhất định (nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao);
- Vật liệu có đủ độ dẻo dai và không xảy ra hiện tượng giòn trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng;
- Vật liệu này có độ nhạy lão hóa biến dạng nhỏ, đặc biệt là trong phạm vi nhiệt độ làm việc tương ứng, để đảm bảo một giá trị nhất định của tác động lão hóa;
- Vật liệu này có độ nhạy khía thấp, giúp thép không bị nứt ở các khu vực hàn, hở và tập trung ứng suất cục bộ;
- Vật liệu có đặc tính hàn tốt;
- Vật liệu có cấu trúc vi mô tốt và không cho phép có đốm trắng hoặc vết nứt.
Quy trình sản xuất chính của tấm thép cho nồi hơi
Theo các đặc điểm chính của tấm thép dùng cho nồi hơi nói trên, không thể tránh khỏi quy trình sản xuất vật liệu phải kiểm soát thành phần chính xác, các thành phần tạp chất thấp, công nghệ luyện thép nguyên chất và kiểm soát nhiệt độ chính xác cũng như độ chính xác và hình dạng kích thước tốt, đòi hỏi phải có Quy trình sản xuất. Công nghệ sản xuất tiên tiến được áp dụng. Với sự tiến bộ của công nghệ thiết bị và ứng dụng công nghệ sản xuất tiên tiến ở Trung Quốc, các tấm thép nồi hơi chất lượng cao đã được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc.
Nhìn chung, dây chuyền sản xuất thép tấm rộng và nặng hiện đại sử dụng các quy trình sau trong sản xuất thép tấm cho nồi hơi:
- Tiền xử lý khử lưu huỳnh kim loại nóng;
- Luyện sản xuất thép sạch chuyển hóa;
- Tinh luyện bằng lò để loại bỏ tạp chất phi kim loại;
- Quá trình khử khí sâu theo chu trình RH, làm giảm đáng kể hàm lượng hydro, oxy, nitơ và các khí khác với mục đích đảm bảo nhiệt độ của thép nóng chảy ổn định;
- Công nghệ đúc tấm không khuyết tật tiên tiến cho tấm chất lượng cao;
- Áp dụng việc lăn có kiểm soát và làm mát có kiểm soát để đảm bảo cấu trúc và hạt đồng nhất;
- Kiểm soát nhiệt độ xử lý nhiệt chính xác, v.v.
Với sự phục vụ của các nhà máy điện quy mô lớn, một số lượng lớn nồi hơi dưới tới hạn, siêu tới hạn và thậm chí siêu tới hạn đã được đưa vào ứng dụng công nghiệp, và các tấm thép cho nồi hơi cũng được phát triển mạnh mẽ làm vật liệu cơ bản.
Sử dụng thép làm nồi hơi
Thép cacbon thông thường
Thép carbon thông thường chỉ chứa carbon là nguyên tố chính ảnh hưởng đến tính chất cơ học của thép, trên thực tế, lượng mangan và silicon có hạn cũng tồn tại trong các sản phẩm thép tấm và ống thép carbon, và vì nguyên liệu thô chứa các nguyên tố với số lượng nhỏ, chẳng hạn như niken, crom. , nhôm, molypden và đồng, và các tạp chất xấu như phốt pho và lưu huỳnh.
Thép nhẹ
Thép nhẹ chủ yếu được sử dụng cho mục đích kết cấu thép, đây là loại thép đặc biệt không có trong hầu hết các tiêu chuẩn thép. Một sự khác biệt đáng kể là hàm lượng carbon có thể lên tới 0,3%. Các sản phẩm thép tấm và ống thép nhẹ có khả năng hàn rất tốt và uốn nguội thích hợp nên luôn được sử dụng trong các công trình thông thường.
Thép cacbon-mangan
Thép cacbon chứa hàm lượng mangan cao hơn (1,0% -1,8%) được định nghĩa là thép Mangan cacbon. Nguyên tố mangan có thể cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép và độ sâu làm cứng.
Nồi hơi bằng thép carbon và tấm bình chịu áp lực
- ASTM A285: Bao gồm các tấm thép carbon có độ bền kéo thấp và trung bình có thể được chế tạo bằng thép chết, bán chết, có nắp hoặc có viền. Những tấm này được thiết kế cho các bình chịu áp lực hàn nhiệt hạch.
- ASTM A299: Tấm thép cacbon mangan-silic dùng trong nồi hơi hàn và các bình chịu áp lực khác.
- ASTM A515: Tấm thép carbon-silicon chủ yếu dành cho dịch vụ ở nhiệt độ trung bình và cao hơn trong nồi hơi hàn và các bình chịu áp lực khác.
- ASTM A516: Các tấm thép carbon chủ yếu được sử dụng trong các bình áp lực hàn trong đó độ bền của rãnh được cải thiện là rất quan trọng.
- ASTM A537: Tấm thép carbon mangan-silicon được xử lý nhiệt dành cho các kết cấu và bình áp lực hàn nóng chảy.
- ASTM A662: Các tấm thép carbon-mangan-silic chủ yếu được sử dụng trong các bình áp lực hàn, nơi cải thiện độ bền ở nhiệt độ thấp là rất quan trọng.
- ASTM A738: Tấm thép carbon-mangan-silicon được xử lý nhiệt dành cho sử dụng trong các bình áp lực hàn ở nhiệt độ vừa phải và thấp hơn.
- BS 1501:430: Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn Anh đối với thép tấm cacbon và thép mangan cacbon dùng cho mục đích chịu áp lực
- DIN 1629: Ống thép dùng cho mục đích chịu áp suất và nhiệt với các đặc tính nhiệt độ phòng được chỉ định – ống dẫn.
Nồi hơi thép carbon và ống trao đổi nhiệt
- ASTM A179: Độ dày thành tối thiểu, ống thép cacbon thấp được kéo nguội liền mạch dành cho bộ trao đổi nhiệt dạng ống, thiết bị ngưng tụ và thiết bị truyền nhiệt tương tự. Ống phải được chế tạo theo quy trình liền mạch và được kéo nguội.
- ASTM A106: Ống thép carbon dùng cho dịch vụ nhiệt độ cao. Những ống này thích hợp cho các hoạt động hàn, uốn, gấp mép và các hoạt động tạo hình tương tự. Thử nghiệm cơ học của mẫu phải bao gồm các thử nghiệm kéo, uốn, làm phẳng, thủy tĩnh và điện không phá hủy.
- ASTM A192: Thông số kỹ thuật cho nồi hơi và ống quá nhiệt bằng thép carbon liền mạch, có thành dày tối thiểu cho dịch vụ áp suất cao.
- ASTM A210: Thép carbon trung bình liền mạch, có độ dày thành tối thiểu, ống nồi hơi và ống khói lò hơi, bao gồm các đầu an toàn, ống vòm và ống giằng cũng như ống quá nhiệt.
- JIS G3461: Ống thép carbon dùng để trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống như ống nước, ống khói, ống quá nhiệt, ống sấy sơ bộ không khí, v.v. của nồi hơi, và các ống trao đổi nhiệt, ống ngưng tụ, ống xúc tác, vv được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí.
Sử dụng thép hợp kim là nồi hơi
Thép hợp kim
Trong thép cacbon thông thường dựa trên việc bổ sung một lượng thích hợp của một hoặc nhiều nguyên tố hợp kim và thành phần của sắt và hợp kim cacbon. Theo các yếu tố khác nhau và sử dụng công nghệ xử lý thích hợp, có thể có được độ bền cao, độ dẻo dai cao, chống mài mòn, chống ăn mòn, nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, không từ tính và các đặc tính đặc biệt khác. Thép hợp kim chứa các nguyên tố được liệt kê dưới đây với số lượng bằng hoặc lớn hơn tỷ lệ phần trăm.
Al 0,10%, B 0,008%, Bi 0,10%, Cr 0,30%, Co 0,10%, Cu 0,40%, Mn 1,65%, Mo 0,06%, Pb 0,40%, Se 0,10%, Si 0,50%, Te 0,10%, Ti 0,05 %, W 0,10%, V 0,10%, Zr 0,05%, Lanthanides (mỗi loại) 0,05%, các nguyên tố cụ thể khác (trừ C, S, P, N) 0,05%.
Thép cường độ cao hợp kim thấp
Thép cường độ cao hợp kim thấp, hàm lượng nguyên tố hợp kim thấp, hàm lượng tạp chất tương đối cao và thường được sử dụng mà không cần xử lý nhiệt. Thép hợp kim có thể được chia thành thép hợp kim thấp (ω_M <= 5%), thép hợp kim trung bình (ω_M = 5% ~ 10%), thép hợp kim cao (ω_M> 10%).
Thép hợp kim cao
Thép hợp kim cao có thể được chia thành thép kết cấu hợp kim, thép công cụ hợp kim, nó có hàm lượng hợp kim cao hơn và hàm lượng tạp chất thấp hơn, thường sử dụng xử lý nhiệt để cải thiện độ bền và độ cứng của thép.
Nồi hơi thép hợp kim và tấm bình áp lực
- ASTM A204: Tấm thép hợp kim Molypden, dành riêng cho nồi hơi hàn và các bình chịu áp lực khác.
- ASTM A302: Tấm thép hợp kim mangan-molypden và mangan-molypden-niken dành riêng cho nồi hơi hàn và các bình chịu áp lực khác.
- ASTM A387: Tấm thép hợp kim crom-molypden dùng cho nồi hơi hàn và bình áp lực được thiết kế cho dịch vụ nhiệt độ cao.
- ASTM A737: Tấm thép hợp kim thấp cường độ cao dùng trong các bình chịu áp hàn và các bộ phận đường ống.
- DIN 17155: Thông số kỹ thuật lỗi thời của Đức đối với thép bình chịu áp lực.
- En10028-2: Tiêu chuẩn Châu Âu quy định các yêu cầu đối với các sản phẩm phẳng dành cho thiết bị chịu áp lực được làm bằng thép hợp kim và không hợp kim có thể hàn được với các đặc tính nhiệt độ cao như đã chỉ định.
- JIS G3103: Thép cacbon và thép hợp kim molypden dùng cho nồi hơi và các bình chịu áp lực khác.
- JIS G3119: Tấm thép hợp kim mangan-molypden và mangan-molypden-niken dùng cho nồi hơi và bình chịu áp lực.
- JIS G3124: Tấm thép cường độ cao được sử dụng cho nồi hơi và bình chịu áp lực cho các dịch vụ có nhiệt độ trung bình và trung bình.
- NFA 36-205: Vật liệu dùng để sản xuất nồi hơi, bình chịu áp lực và ống dẫn chất lỏng nóng.
Nồi hơi thép hợp kim và ống trao đổi nhiệt
- ASTM A335: Ống thép hợp kim ferritic liền mạch có tường danh nghĩa và tường tối thiểu dành cho dịch vụ nhiệt độ cao.
- DIN 17175: Ống thép liền mạch được sử dụng trong lắp đặt nồi hơi, đường ống áp suất cao và xây dựng bể chứa cũng như máy móc đặc biệt cho cả thiết bị nhiệt độ cao và áp suất cao.
- EN10216-2: Ống thép liền mạch dùng cho mục đích chịu áp lực – Điều kiện giao hàng kỹ thuật Phần 2: Ống thép không hợp kim và hợp kim có đặc tính nhiệt độ cao được chỉ định.
- JIS G3462: Ống thép hợp kim, sau đây gọi là “ống”. được sử dụng để trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống, chẳng hạn như ống nước, ống khói, ống siêu nhiệt, ống làm nóng không khí, v.v.
Sử dụng một số loại thép không gỉ làm nồi hơi
Các loại thép không gỉ
Thép không gỉ được sử dụng chủ yếu khi cần có khả năng chống ăn mòn và oxy hóa cao, sản phẩm thép hợp kim được phát triển với trên 12% crom đã cải thiện sự tăng trưởng của các ngành công nghiệp xử lý hóa chất và sản xuất điện, bao gồm thiết bị bình chịu áp lực, nồi hơi, xi lanh, v.v. Thép không gỉ đã phát triển thành 3 loại phổ biến: Austenitic, Martensitic, Ferritic, ngoài ra còn có các loại đặc biệt: duplex, kết tủa cứng và siêu hợp kim.
Thép austenit
Thép Austenitic nổi bật với khả năng chống ăn mòn cao nhờ hàm lượng crôm và niken cao trong các loại thép không gỉ, còn được gọi là thép sắt-crom-niken có tính chất cơ học tốt (có thể được làm cứng bằng cách gia công nguội) và không có từ tính.
Thép martensitic
Thép Martensitic chỉ chứa nguyên tố crom, không chứa niken, có từ tính và có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Nó được sử dụng rộng rãi cho các yêu cầu về độ cứng, độ bền và khả năng chống ăn mòn cao.
Thép ferit
Thép Ferritic nổi bật với khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất cao, nó là một loại thép từ tính chỉ chứa crom và không có nguyên tố niken, thông thường nó được ủ để làm mềm và làm mềm, trong khi nó không thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt.
Với các tấm thép không gỉ:
· ASTM A240: Bao gồm tấm, tấm và dải thép không gỉ crom, crom-niken và crom-mangan-niken cho bình chịu áp lực và cho các ứng dụng chung bao gồm các ứng dụng kiến trúc, xây dựng, xây dựng và thẩm mỹ.
Các mác tương đương ASTM A240
304
304L
316
316L
304H
316H
Sử dụng các loại thép ống
- ASTM A213: Bao gồm các ống nồi hơi, bộ siêu nhiệt và ống trao đổi nhiệt bằng thép ferritic và austenit liền mạch, được chỉ định là Lớp T5, TP304, v.v.
- ASTM A269: Bao gồm các loại ống thép không gỉ có độ dày thành danh nghĩa cho dịch vụ chống ăn mòn nói chung và ở nhiệt độ thấp hoặc cao.
- ASTM A312: Ống thép không gỉ austenit hàn liền mạch, đường hàn thẳng và gia công nguội dành cho dịch vụ ăn mòn nói chung và nhiệt độ cao.
- JIS G3463: Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản quy định các ống thép không gỉ (sau đây gọi tắt là “ống”) dùng để trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống, chẳng hạn như ống quá nhiệt của nồi hơi, ống trao đổi nhiệt, ống ngưng tụ, tuy nhiên, nó không được áp dụng cho ống lò sưởi.
