管道用鋼培訓(xùn)教材

管道用鋼培訓(xùn)教材第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五管道用鋼培訓(xùn)教材編制人:趙寶中二零零七年五月十日第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五前言鋼材，是火力發(fā)電廠管道安裝工程所使用的主材。管道安裝作業(yè)實質(zhì)上就是把管材敷設(shè)成管道設(shè)施的工藝過程。為此，首先要了解管道用鋼的種類與性能，明確鋼材各個性能參數(shù)的意義，掌握管道常用鋼種的使用范圍和對鋼材的檢驗知識?；鹆Πl(fā)電廠管系繁多，工況各自有別，有互為生產(chǎn)工藝流程的關(guān)系。管道和設(shè)備組成“有機”整體，各管道的介質(zhì)參數(shù)，如壓力從負壓到32MPa、溫度從常溫到550℃、管徑￠15mm-￠2000mm、管壁厚度從1.5-90mm。材質(zhì)有碳素鋼、合金鋼等，在安裝過程中，用錯材質(zhì)、誤用不合格的劣質(zhì)鋼材以及不合理的鋼材代用都是導(dǎo)致發(fā)生安裝返工事故或運行事故的根源。有事即使存在于鋼材中的小缺陷，也可能成為裂紋源，成為這個管系的薄弱環(huán)節(jié)，影響管道的使用壽命。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五適用于管道的鋼材性能包括：（1）良好的機械性能（力學(xué)性能），以滿足強度與塑性及抗動載韌性要求，對合金鋼還要求有耐高溫的金屬組織穩(wěn)定性；第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（2）適應(yīng)性強的工藝性能（即在安裝使用過程中能適應(yīng)各種必要的加工工序，鋼材易于加工和在加工過程中不易引起材質(zhì)惡化），對合金鋼還要求鋼材的熱處理性能符合要求；（3）抗腐蝕性能，即鋼材在工作條件下的金屬化學(xué)穩(wěn)定性；此外，對鋼材的幾種物理性能也有所要求。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一章管道用鋼的力學(xué)性能鋼材在力學(xué)（靜力）性能測試中表現(xiàn)出強度特征和變形特征，對于管道用鋼，其塑性變形性能和強度性能都是重要的，它要求這倆種性能的兼?zhèn)?，還要求有一定的抗沖擊動載荷的韌性，由于熱管道都有多次的投運和停運，反復(fù)在熱脹冷縮應(yīng)力作用下，必須有較佳的低周交變疲勞強度。蠕變與應(yīng)力松弛是鋼材在高溫和應(yīng)力長期作用下的有害特征，對高溫高壓管道有著很大的不利影響。為此，管材不得不選用貴重的各種合金，并且在介質(zhì)參數(shù)愈來愈大的工況條件下，從設(shè)計方面盡力改善應(yīng)力條件，在安裝中相應(yīng)提高工藝質(zhì)量要求以及在運行中對蠕脹進行監(jiān)測，這樣才能對運行中的管道有一個可監(jiān)控性。第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一般碳鋼，在350℃就有蠕變萌芽，把350℃以上的碳素鋼管道和450℃及其以上的合金鋼管道稱為蠕變工況管道。當(dāng)溫度超過550℃時，在相同的應(yīng)力條件下，鋼材的蠕變進程更為顯著，必須選用高級耐熱合金鋼材。管道高溫參數(shù)和高壓參數(shù)的內(nèi)壓應(yīng)力條件使蠕變工況不可避免。

為了給運行維修人員提供管道運行中的蠕變監(jiān)測，在設(shè)計中有明確的蠕脹測點位置和蠕變檢查管段。

第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五監(jiān)察段是溫度大于450℃的主蒸汽管道和高溫再熱蒸汽（熱段）管道的水平段上安裝的用來進行蠕脹監(jiān)督的管段。蠕脹測量是指安裝測點之間的原始測量數(shù)據(jù)（有徑向數(shù)據(jù)和長度數(shù)據(jù)兩種）和運行中定期測量數(shù)據(jù)的對比，其脹大后與原尺寸的差數(shù)即蠕脹量。主蒸汽管道熱段管道第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五蠕脹測點是設(shè)置在監(jiān)察段或蒸汽管上對管道進行徑向蠕脹或長度蠕脹測定的裝置或標記。

應(yīng)力松弛，是指總變形量不變，隨著時間的推移，應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象。在此過程中，彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉菑椥宰冃巍Ｓ捎趶椥灾挡粩嘞陆?，?yīng)力也相應(yīng)的不斷下降，但總的變形量維持不變。

高溫管道存在應(yīng)力松弛，且各處處于不同的應(yīng)力條件其松弛程度有別。高溫高壓法蘭螺栓是典型的應(yīng)力松弛例證，施以預(yù)緊力在初始時間能正常密封的法蘭，在運行期中可能因應(yīng)力下降（螺栓在緊力下產(chǎn)生的應(yīng)力）而泄漏，就是應(yīng)力松弛現(xiàn)象。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第二章鋼材的工藝性能鋼材的工藝性能就是鋼材對各種加工過程的適應(yīng)性。適應(yīng)性的含義是：（1）指該鋼材可接受各種加工工序的廣泛性；（2）對某種必要加工工序的可行性與簡便性；（3）鋼材在加工后其原有性能是否有較大的變化，該變化是性能的惡化還是優(yōu)化，對使用性能要求是否有影響。只有工藝性能較好的鋼材才能得到廣泛的應(yīng)用，而其他性能雖好的鋼材只因缺乏某一種必要的工藝性能，會限制它的使用價值和使用范圍。第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一、氣割氣割即火焰切割，是管道安裝中應(yīng)用最廣泛的下料方法和整形切割手段。它是利用乙炔和氧燃燒產(chǎn)生的熱量使鋼材升溫到紅熱狀態(tài)進行切割的一種工藝過程。在此過程中，乙炔是經(jīng)燃燒釋放化學(xué)熱能的可燃氣體，而氧氣有三種效用：第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（1）作為助燃劑參與燃燒釋放熱化學(xué)反應(yīng)；（2）以助燃化學(xué)反應(yīng)需氧的富余量（過氧）和鋼材產(chǎn)生金屬氧化反應(yīng)；（3）以其噴氣動力吹掃熔點溫度較底（低于金屬熔點）的金屬氧化熔渣把鋼材吹割成切口。氣割操作的要領(lǐng)是：初加溫階段和切割階段對割槍兩種氣流的調(diào)節(jié)；割嘴與工藝之間適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定的距離；吹掃氣體與割槍移動速度配合；移動軌跡和割口劃線以及入射角的準確性；初割口應(yīng)稍偏離工件的線外側(cè)以免穿孔傷線，只有穿透后才移動割槍。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五在上述幾方面的均衡協(xié)調(diào)操作中使氣割口的加熱一金屬氧化一氧化物熔化一吹掃連續(xù)進行。氣割以其工具簡單、加工成本低、效率高和便于現(xiàn)場移位操作在工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用。某些合金鋼材，不具備氣割工藝性能或該種工藝性能很差，例如不銹鋼、F11、F12、Ht9、Ht7等，其原因在于其生成氧化物的熔點太高或者鋼材的氧化性能很差（這正是不銹鋼的特點），對此類不能氣割的鋼材可采用高溫等離子切割器或改用機械切割。對有空淬性傾向的鋼材，如10CrMn910等應(yīng)慎用，當(dāng)環(huán)境溫度過低時，應(yīng)將割口在切削或磨削出1-2mm。合金鋼材在氣割后一律禁止用水冷卻。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二、焊接焊接是火電廠管道最主要的連接工藝，由焊工操作，屬于管道安裝對口的下一到工序。例如，各種幾何尺寸的坡口角度和對口間隙（對口質(zhì)量）是焊縫質(zhì)量的首要條件，掌握點焊定位固定，在施焊過程中不能移動管道以免受力產(chǎn)生裂紋，與安裝技工有直接關(guān)系；如何在安裝方法上減少高空焊接工作量，變困難位置為容易位置，免除焊工在操作中的空間受限更與安裝技工有關(guān)。

第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五焊接，應(yīng)用在現(xiàn)場的主要有電弧焊和氣焊兩種方法。電弧焊是利用焊條與工件兩個電極在氣體介質(zhì)中連續(xù)放電，產(chǎn)生熱能達到高溫，使焊條金屬和工件金屬熔化而形成焊縫的一種焊接方法。被焊工件的金屬稱為焊著金屬，焊條藥皮的同步熔化并浮于金屬液上，第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五且以其氣化作用隔離空氣，避免金屬產(chǎn)生高溫氧化反應(yīng)而起到隔離保護作用，冷卻后成為松脆性焊渣。特殊焊條的藥皮中還有加入熔化金屬池中的某些元素成分以提高焊接質(zhì)量。氣焊與電焊的主要區(qū)別在于熱源不同。氣焊是以火焰提供升溫?zé)嵩矗姾甘且噪姌O擊穿氣體介質(zhì)的電弧放電效應(yīng)作為熱源。高壓管道和油管道以及有必要采用打底焊接的管道都采用氬弧焊打底。氬弧焊打底的焊接工序有兩大優(yōu)越性；①它能保證管道內(nèi)部的潔凈，不會在管內(nèi)因焊接產(chǎn)生焊瘤和焊渣而形成粗糙環(huán)行面；②它能提高焊縫根部的焊接質(zhì)量。第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五氬弧焊打底焊接厚度約3mm，實焊過程中焊口不能承受外力的作用，否則會產(chǎn)生裂紋。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五

三、機械加工性能管道用鋼一般都有很好的機械切削加工性能，只有少數(shù)鋼種，如F11等在進行等離子切割后，因空淬性使割口材質(zhì)硬化，必須在退火后才進行機械切削加工。第三章鋼材的其他性能抗腐蝕性能抗腐蝕性能是鋼材化學(xué)穩(wěn)定性的表現(xiàn)。從腐蝕機理可分為兩種：1.化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬直接與介質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)的腐蝕而引起的材料變質(zhì)。這種腐蝕是金屬與介質(zhì)的表面接觸所引起的，它有一個由表及里的緩慢層次過程，這種腐蝕無電流作用，是一般化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的，腐蝕的結(jié)果是外層鐵質(zhì)變?yōu)檠趸F或氫氧化鐵，即鐵銹，失去原有金屬性能。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2.電化學(xué)腐蝕金屬與電解液接觸時，有電流出現(xiàn)的腐蝕損壞過程，稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是以金屬具有不同電極電位為依據(jù)的，腐蝕形式有均勻腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、穿晶腐蝕等，情況復(fù)雜，是一種危害很大的腐蝕，他具有局部穿透性，隨溫度的升高而加劇。等）以進一步增強鋼材的表面性能。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第四章鋼的熱處理常識一、熱處理的原理和方式普通熱處理是對鋼材施以嚴格的溫度控制，以物理手段調(diào)整鋼材內(nèi)部組織，獲得所需的性能，處理效果由顯微金相分析和力學(xué)性能測試印證?；瘜W(xué)熱處理則不但采取上述手段，而且同時在鋼的表面滲入其他元素（如滲氮、滲碳）熱處理方式如下：1.淬火鋼的加熱溫度要超過完全轉(zhuǎn)變溫度30-50℃時進行速冷,冷卻劑用水或油或空氣。淬火是為了提高硬度與強度,相應(yīng)的塑性和韌性則降低并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力.施工現(xiàn)場管道用鋼不進行此項熱處理，只對某些工具進行淬火。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2.正火正火有促使組織正常化處理的含義,加熱溫度與淬火相同,但不速冷,而是加以保溫,在靜止空氣中緩慢冷卻。3.退火退火溫度一般超過開始轉(zhuǎn)變溫度并且也是保溫緩慢冷卻，只是退火的溫度界限不十分精確，常用于降低硬度，以便進行下道工序，是一種中間性熱處理，對某些有空淬性的合金鋼管，必要時在坡口加工前進行退火處理。第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二、管道安裝中常用的熱處理方式1、管道的高溫緊固件如螺栓、高溫閥桿、支吊架彈簧等在制造廠已經(jīng)過淬火加回火調(diào)質(zhì)處理，在安裝前只需核對有關(guān)熱處理證件或用硬度等檢測方法進行鑒定即可。2、合金鋼管子、管件的熱處理在制造廠進行，同樣要核對熱處理證件和進行必要的硬度測試鑒定。3、合金鋼管在彎制后，進行正火加回火處理，如在廠家彎制，應(yīng)提供熱處理證件并進行硬度測試驗證。4、在安裝中，對合金鋼管的所有焊接部位和合金附近的所有焊接部位都要進行（現(xiàn)場進行）高溫回火處理，以防止焊口熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，改善其機械性能，提高韌性，使焊口和熱影響區(qū)金屬組織正常化。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第五章鋼材的分類鋼材可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。（一）碳素鋼的分類按化學(xué)成分和工程習(xí)慣,將含碳量小于0.25%的碳素鋼叫低碳鋼;含碳量在0.25%-0.55%的稱為中碳鋼;含碳量大于0.55%的稱為高碳鋼。同樣含碳量的鋼材，其力學(xué)性能是可能有差異的。（二）合金鋼的分類按合金總量的多少可分為低合金鋼(<5%)、中合金鋼（5%-10%）、高合金鋼（>10%）.耐熱合金鋼管多為低合金鋼或中合金鋼。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第六章管道用鋼的檢驗檢驗是指對管道工程的全面質(zhì)量監(jiān)督。在進行工程質(zhì)量控制的各個環(huán)節(jié)中，檢驗是監(jiān)控行為，是手段，目的在于作出鑒定。廣義的檢驗范圍包括：（1）對制造廠提供的原材（管子、型材、板材等）、原件（管件、管道附件、閥件等）的材料監(jiān)督、性能測試、規(guī)格型號核對、工藝要求檢查等。（2）對安裝現(xiàn)場配制的加工件，如卷制鋼管、自制管件、支吊架附件等的質(zhì)量檢測。（3）管道安裝工程的質(zhì)量檢驗，還包括工程進行的焊接質(zhì)量檢測和熱處理檢驗等。檢驗的依據(jù)是施工圖紙、國家標準和行業(yè)標準《電力建設(shè)施工及驗收規(guī)范》（管道篇）、（焊接篇），以及施工單位制定的檢驗要求等。第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五管子檢驗：設(shè)計壓力大于或等于1.6MPa的管道,在施工前,對所使用的管子還要確認四個項目符合現(xiàn)行國家或行業(yè)標準,這四項是:化學(xué)成分分析結(jié)果;力學(xué)性能試驗結(jié)