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特殊性能鋼指具有特殊物理化學力學性能的鋼,如不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼、耐磨鋼。主要介紹不銹鋼和耐熱鋼。
一、不銹鋼(為主)
通常所說的不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指能抵抗大氣腐蝕的鋼;耐酸鋼是指能抵抗化學介質腐蝕的鋼。“不銹”只是說腐蝕的速度相對較慢,沒有鋼板不受腐蝕的鋼種。所以,“不銹”是相對的,“腐蝕”才是鋼板的。
(一)腐蝕原理與防止措施
腐蝕 指金屬表面與周圍介質相互作用,使金屬基體受到破壞的現象。根據腐蝕的原理不同,分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。
1.腐蝕原理
(1)化學腐蝕
化學腐蝕是指金屬與周圍介質直接接觸產生化學反應而產生的腐蝕。腐蝕過程中無電流產生,如金屬在高溫下的氧化,產生的腐蝕產物是氧化皮。金屬被腐蝕產生的腐蝕產物一般沉積于表面,形成一層膜,使金屬基體懷介質隔離。如果膜是穩定的、很致密,與基體結合牢固,則該膜具有保護作用,稱之為氧化膜。反之,將使金屬逐漸被腐蝕直至破壞。因而,提高金屬耐化學腐蝕的能力,主要通過合金化或其它方法,使金屬表面形成一層鈍化膜。
典型實例:鋼鐵的高溫氧化
Fe – 2e → Fe 2+; O + 2e → O2-; Fe 2+ + O2- → FeO (溫度高于575度,灰色,疏松)
低于575度時,形成磁性的四氧化三鐵(藍黑色)和三氧化二鐵(赤褐色)。
(2)電化學腐蝕
電化學腐蝕是金屬與電解溶液接觸產生原電池作用引起的腐蝕現象。由陰極和陽極形成微電池,腐蝕過程中有電流產生,如鋼在室溫下的銹蝕主要屬于電化學腐蝕。電極電位低的金屬作為陽極而被腐蝕。
在同一種金屬或合金中,也有可能產生電化學腐蝕。原因:主要是由于化學成分不均勻,組織狀態和應力狀態等的不同而引起的。同一金屬內部、不同區域之間存在電極電位差,在電解質存在時,產生微電池作作引起腐蝕。例如,鋼中珠光體由鐵素體和滲碳體兩相組成,鐵素體的電極電位低于滲碳體。當電解質溶液(如硝酸酒精溶液)存在時,鐵素體作為陽極被腐蝕。
F :陽極, 電極電位低,失去電子被腐蝕;
Fe3C :陰極, 電極電位高,不腐蝕;
Q345R牌號表示方法:Q345R 16MnR 16MnG 。
例如:Q345R。Q—“屈”漢語拼音首位字母。
345—屈服強度值。R:“容”漢語拼音首位字母。
根據2008年9月1日實施的《GB 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板》的新分類,16Mng和16MnR、19Mng合并為Q345R。Q345R是普通低合金鋼,是鍋爐壓力容器常用鋼材,交貨狀態分:熱軋或正火,屬低合金鋼。性能與Q345(16Mn)的(16mm鋼板的屈服強度大于345Mpa)性能相近,抗拉強度為(510-640)之間,伸長率大于21%,零度V型沖擊功大于34J。Q345R工藝參考標準GB713-2008。
一、必須考慮設備的操作條件(如設計壓力、設計溫度、介質的特性)、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結構等。
二、在滿足鋼鐵條的前提下,考慮經濟合理性:
1、所需鋼板厚度小于8mm時,在碳鋼與低合金高強度鋼之間,應盡量采用碳鋼板(多層容器除外);
2、在剛度或結構設計為主的場合,應盡量選用普通碳素鋼。在強度設計為主的場合,應根據壓力、溫度、介質等使用限制,依次選用Q235B、20R(20g)、Q345R(16MnR)等鋼板; 3、所需不銹鋼厚度大于12mm時,應盡采用襯里、復合、堆焊等結構形式;
4、不銹鋼應盡量不用作設計溫度小于等于500攝氏度的耐熱用鋼; 5、珠光體耐熱鋼應盡量不用作設計溫度小于等于350攝氏度的耐熱鋼。在必須使用珠光體耐熱鋼作耐熱鋼或抗氫用途時,應盡量減少、合并鋼材的品種、規格。 具體的可參照HG/T 20581-2011鋼制化工容器材料選用規定
三、厚度大于60mm的Q345R鋼板,碳含量上限可提高至0.22%。
四、Q345R鋼板中可添加鈮,釩,鈦元素,其含量應填寫在質量證明書中,上述3個元素含量總和應分別不大于0.050%、0.10%、0.12%。
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