高温紧固件金属材料的选用主要基于材料的抗松弛性能、 高温强度、 持久强度、 缺口敏感性、 组织稳定性, 回火脆性、 热脆性以及抗氧化性能、 抗热疲劳性能、 冲击吸收能量、 缺口敏感性和组织稳定性; 室温服役的紧固件主要基于室温拉伸强度、 抗疲劳和抗剪切能力。
一、 紧固件用金属材料应具有以下性能:
1. 高温紧固件用金属材料应具有良好的室温、 高温拉伸强度和塑性。
2. 优异的冲击吸收能量、 低的缺口敏感性。
3. 髙 温(碳钢工作温度超过300°C〜350°C , 合金钢超过350°C〜400°C ) 紧固件用钢应具有良好的抗松弛性能。
4. 高温紧固件用钢应具有良好的持久强度和蠕变强度, 低的蠕变脆化倾向及蠕变缺口敏感性, 且具有良好的持久塑性。一般要求螺栓材料8000h〜10000h以上光滑试样的持久塑性为:新材料大于5 % ;已运行材料不低于3 % 。
5. 高温紧固件用钢应具有高的组织稳定性, 回火脆性和热脆性倾向小。
6. 良好的抗氧化性能。
7. 在汽缸内部服役的螺栓, 还应具有合适的抗蚀性。
8. 对于承受疲劳载荷的螺栓(如联轴器螺栓), 还应具有良好的抗疲劳和抗剪切能力。
9. 良好的冷、 热加工工艺性能。
10. 原则上, 螺母材料强度宜比螺栓低一级(低 20HB〜50HB) , 同一法兰的紧固件应采用相同的钢号、 强度等级和结构形式。 当.在同一法兰上要安装不同材料和强度等级的紧固件时, 应考虑计算由不同线膨胀系数和抗松弛性能引起的影响。
二、高温紧固件用材料的验收,应满足的条件如下:
1. 紧固件用金属材料的技术要求和质量检验应符合DL/T 439、 GB/T 20410及订货技术条。
2. 进口紧固件金属材料的技术要求和质量检验, 应符合相应牌号的国外标准及订货技术。
三、紧固件常用金属材料牌号、 特性及其主要应用范围如下:
紧固件常用钢牌号、 特性及其最高使用温度
钢号与技术条件 | 特 性 | 用作螺栓时的最高使用温度 °C | 类似钢号 |
35、 45 GB/T 699-1999 | 强度较低。可调质处理,但淬透性低。优质钢的硫、磷含量低,脱氧好,有良好的塑性和韧性,焊接性尚可 | 400 |
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35SiMn GB/T 3077-1999 | 具有较好的淬透性、良好的軔性、较高的强度,疲劳强度也较好,但有一定的过热敏感性及回火脆性倾向, 并有白点敏感性。冶炼时易于污染非金属夹杂物, 造成热加工工艺上的困难。 与 40 Cr 钢相比,除低温冲击韧性稍差,缺口敏感性较高外,其他力学性能相当 | 400 |
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35CrMo GB/T 3077-1999 35CrMoA /42CrMoA GB/T 20410-2006 | 两种钢强度较高、軔性好, 有较好的淬透性,冷变形性中等,切削性能尚可。高温下有高的蠕变强度和持久强度,长期使用组织较稳定。焊接时需预热,预热温度为150°C 〜400°C。相对于 35 CrMoA,42 Cr MoA 的碳、锰、铬含量略高,故强度略高 | 480 |
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25Cr2MoVA GB/T 3077-1999 GB/T 20410-2006 | 珠光体型耐热钢。室温强度高,初性好,淬透性好。500°C 下具有良好的高温性能和高的抗松弛性能,无热脆倾向。热处理后有回火脆性,并且对回火温度敏感。调质处理时,回火温度宜高于工作温度100°C 〜200°C。亦可在正火及高温回火后使用。焊接性能差。 | 510 | ЭИ10 ( 苏联) |
25Cr2Mo1VA GB/T 3077-1999 GB/T 20410-2006 | 珠光体型耐热钢。相对于25Cr2 MoVA , 钢中铬、钼、 钒、锰含量均有所提高, 因而具有较高的高温强度和抗氧化性,较好的抗松弛性能。 冷、热加工性能良好, 但对热处理较为敏感,有回火脆性倾向,长期运行后容易脆化,即硬度增高,韧性降低。持久塑性较差,缺口敏感性也较大。多在调质或正火加回火后使用 | 550 | ЭИ723 (苏联) |
45Cr1MoVA GB/T 20410-2006 | 中碳耐热钢。相对于42 CrMoA,碳、钼含量略高,钢中添加钒,因而具有较高的高温强度。根据不同的使用条件,可通过不同的热处理工艺获得不同的强度。多在调质或正火加回火后使用 | 500 |
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20 Cr1Mo1V1A GB/T 20410-2006 | 性能优于25Cr2Mo1V,在 565°C 〜570°C 有较高的热强性能和抗松弛性能,经过运行(540°C , 9.81 MPa ,运行约6. 4万h ) 后, 钢的强度和塑性略有降低, 室温冲击吸收能量下降较多,但水平仍很高,未出现明显的脆化 | 550 | ЭИ 909 (苏联) |
20 Cr1Mo1VNbTiB GB/T 20410-2006 | 与20Cr1 Mo1VNbTiB 钢相类似的高温螺栓钢。具有高的抗松弛性能、热强性能和良好的持久塑性,缺口敏感性低。淬透性好,沿截面有较均匀的力学性能 | 570 |
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2Cr12WMoVNbB | 12%铬钢的改型钢种之一。 由于钢中加入钨、钼、钒、 铌、硼多种强化元素,因此,热强性能较高,抗松弛性能较好,可长期在590 °C以下使用 | 590 | ЭИ993 (苏联) |
1Cr15 Ni36W3Ti | 沉淀硬化型奥氏体热强钢, 在固溶状态,高温时有强烈的沉淀硬化倾向,经时效处理后,组织趋于稳定。650°C 以下具有较好的抗松弛性能、持久强度和蠕变强度,组织稳定。长期时效后冲击值仍能保持较高水平。 持久塑性好,1 万 h 的持久延伸率仍可达5 % 〜 8 % 。在700°C 时开始软化,强度性能将显著下降 | 650 | ЭИ612 (苏联) |
2 Cr12Ni Mo1W1V GB/T 8732-2004 GB/T 20410-2006 22 Cr12NiWMoV GB/T 1221-2007 | 两个钢成分几近相同 ,22Cr12NiWMo V的S、 P含量低于2Cr12NiMo1Wl1V, Cr、Mo、W、V 元素含量略有差异;是1 2%铬型马氏体耐热钢。与1Cr12 W1 MoV钢相比, 由于钢中碳、 钼和钨含量均有所增加, 并加入少量镍元素,因此钢的热强性能得到提高。此外,钢的缺口敏感性小,并具有良好的减振性、抗松弛性能和工艺性能 | 570 | C-422 (美国) SUH 616 ( JIS ) 616 ( ASTM ) |
1Cr11MoNiW1VNbN 2 Cr11Mo1NiWVNbN | 1 2%铬型马氏体耐热钢。 由于钢中加入了铌、钒、氮等元素,增强了钢的沉淀强化效应,具有较高的强度。600°C 左右具有较高的持久强度、持久塑性和组织稳定性,减振性能良好 | 650 |
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Refractoloy -26 ( R -26) | R - 2 6是美国钢号,是1 8% Cr -36% Ni - 20% C o型叶片 材料,属于Ni - Cr - Co - F e 混合基沉淀硬化型高温合金,具有高的持久强度和抗松弛性能,使用温度高达650°C 。R -26通常在(1024±13) °C 下进行固溶处理,保温时间多于30 min , 油或水冷却。沉淀硬化处理(816±8)°C ,保温20 h , 待冷却 到(732士8) ° C 时保温20 h , 空冷 | 677 |
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1Cr11Co3W3NiMoVNbNB | 在12%铬钢基础上加入较多量的钨、钴元素。试验表明,在高温下,钨的强化效应是钼的2 倍,复合添加钨/钼可获得更加强化的效应;钴可抑制钢中 S 铁素体的形成,650°C 时,3 % 的钴具有最高的持久强度; 铌、 钒、 氮、 硼增加了沉淀强化。所以, 该钢具有高的持久强度和抗氧化性 | 650 |
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GH 4145 (Ni-Cr合金) | 含镍高于7 0 %、铬 1 5 %的镍基合金,具有高的高温强度和抗氧化性 | 677 | |
IN 783 | IN 783合金为Ni - Fe - Co 低膨胀高温合金,该合金以一定比例的 Ni 、Fe 和 Co 为基体,加入3 % Cr 以提高抗氧化能力,并添加一定的Nb和Ti , 以 及 5. 4%的 A 1 , 从而形成基体为Y的 Y - Y’- β 三相共存组织。合金经固溶处理+时效处理。β相又分两类, 一次 β ( NiAl ) 相尺寸较大,在低于1150°C的热加工过程中已大量存在;二次β相则形成于845 °C的时效过程中。 Y '相在时效过程中析出。合金中含5 %左右的铝,促使合金中析出β相 , 使合金应力加速晶氧化(SAGBO)抗力提高;少量的铬与铝一起使合金的抗氧化性能提高,在 800°C下仍具有完全抗氧化能力。IN 7 8 3 合金有高的抗拉强度,但拉伸强度对晶粒尺寸比较敏感,固溶处理或时效处理不当易导致初14低, 引起螺栓的早期开裂 | 用于1000 M W机组中压主汽门、中压调门螺栓 |
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注:用作螺母时,最高使用温度可比表列温度高30°C~50°C,硬度可比用作螺栓时低20HB~50HB
摘自DL/T 715-2015火力发电厂金属材料选用导则