金属材料基本知识
1、 什么是变形？变形有几种形式？
构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。
3、 什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？
材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。
4、 什么是塑性材料？什么是脆性材料？
在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。
5、 什么是应力、应变和弹性模量？
材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。
6、 什么叫应力集中？
应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。
7、 什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？
强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
时失去抵抗变形的能力，这种现象称为材料的屈服。发生屈服现象时的应力，称为材料的屈服极限。当试验拉力继续升高，试件达到破坏时的应力，称为材料的强度极限或抗拉强度。屈服极限和强度极限越大，分别表明材料抵抗破坏和抵抗塑性变形的能力高，即材料强度好。对于一定材料来说，强度极限和屈服极限是随着工作温度的升高而降低的。
8、 什么是蠕变与蠕变极限？什么是持久强度与持久塑性？
金属在一定温度和一定应力作用下，随着时间的推移缓慢地发生塑性变形的现象称蠕变。材料发生蠕变的温度与其性质有关，碳钢在300—350℃时，合金钢在350—450℃时，在应力作用下，就会出现蠕变。温度越高，应力越大，蠕变速度就越快。材料抗蠕变的性能用蠕变极限来衡量，它表示在一定温度下，于规定时间内，钢材发生一定量总变形的最大应力值。持久强度是在高温条件下，经过规定时间发生蠕变破裂时的最大应力。
持久塑性是指处于蠕变状态的材料，在发生破裂时的相对塑性变形量。高温材料特别是发电厂使用的管材，应具有良好的持久塑性，希望不低于3%—5%。过低的持久塑性，会使材料发生脆性破坏，降低其使用奉命。材料的蠕变极限、持久强度、持久塑性都是通过试验方法求得的。
9、 什么是金属材料的疲劳与疲劳极限？
构件在长期交变应力作用下，虽然它承受的应力远小于材料的屈服极限，在没有明显塑性变形的情况下，发生断裂的现象称为金属的疲劳。因金属疲劳发生的破坏称为疲劳破坏出现疲劳破坏的原因，是经过应力多次交替变化后，在应力最大或有缺陷部位会产生微细的裂纹，裂纹尖端出现严重的应力集中，随着交变应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，最后导致破裂。
材料经受无限次变载荷而不发生断裂时的最大应力，称为材的疲劳极限。工程上常根据机件的使用寿命要求，规定交变应力循环N 次时的应力为有限疲劳极限或条件疲劳限。如汽轮机叶片交变应力循环次数N
锅炉的每一次启动和停止，工质运行参数的每一次波动，承压部件都要经受一次交变应力及应变的循环，这都将会影响承压部件的寿命。为了提高钢材抵抗疲劳破坏的能力，应在保持材料一定强度的基础上尽可能提高钢材的塑性及韧性。
10、什么是许用应力与安全系统？
构件实际工作时，所允许产生的最大应力称许用应力。对锅炉承压元件不定来说，许用应力是指在工作条件下所允许的最小壁厚及最大压力时的应力。
构件工作时，其内部产生的应力既不能达到屈服极限，更不能达到强度极限，必须远小于它们才能保证安全。通常把和称危险应力。
危险应力与许用应力的比值n 称为安全系数。N 值的大小，不仅反映构件的安全程度。N 值大，许用应力小，比较安全，但消耗材料多，构件也笨重；n 值许用应力大，能节约材料，但安全程度就差。因此，在确定安全系数时，应在满足安全的前提下，充分考虑经济性的要求。
11、什么是热应力？
构件因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或部件本身温度不均匀使伸缩受制约而产生的应力，称为热应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力或温差应力。部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只能使其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。
部件在受热或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力。低温部位产生拉应力。锅炉在启、停过程中，出现的汽包内外壁温差，将会在汽包壁内产生热应力。
12、什么是金属的应力松弛现象？
钢材在高温和应力作用下，在应变量维持不变，应力随着时间的延长逐渐降低的现象，称为应力松弛。金属材料在高温下发生应力松弛，是有一部分在初应力作用下产生的弹性变形逐渐地转化为塑性变形的结果。松弛现象与蠕变现象有着内在的联系，都是在高温和应力作用下的不断性变形过程，两者的区别仅在于蠕变时应力基本恒定不变，松弛时应力则不断在降低。应力松驰发生在高温下工作的紧固件上，如锅炉、汽轮机上的螺栓、螺母、压紧弹簧等。这些零件在长期高温和应力作用下，塑性变形增加，应力下降，当松弛到一定程度后，就会引起汽缸和阀门漏汽，安全门提前起座，影响机组正常运行，甚至发生危险。为了防止上述现象发生，一般要求经过2×104h （两次大修间隔）运行后，螺栓最小应力不低于最小密封应力，这个密封应力通常为150MPa （15.3kgf/mm2）。为了达到这一要求，可以采取如下措施：一是选择松弛性能高的钢材；一是提高螺栓的初紧应力。
13．什么是钢材的热疲劳与热脆性？
当金属材料在工作过程中存在温差时，因部分的胀、缩相互制约而产生附加热应力。如果温差是周期变化的，热应力也将随之变化，同时伴随着弹、塑性变形的循环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂。这种因经受多次周期性热应力作用而遭到的破坏称为热疲劳破坏。热疲劳裂纹一般发生在金属零件的表面，为龟裂状。锅炉的过热器、再热器、汽包、汽轮机的汽缸、隔板，都有出现热疲劳的可能性。钢材在某一高温区间（如400—550℃）和应力作用下长期工作，会使冲击韧性明显下降的现象称为热脆性。影响热脆性的主要因素是金属的化学成分。含有铬、锰、镍等元素的钢材，热脆性倾向较大。加入钼、钨、钒等元素，可降低钢材的热脆性倾向。
14、什么是钢材的高温氧化？
锅炉某些高温元件（如过热器、再热器管及其支吊架等）与高温烟气中的氧气发生的氧化反应，称高温氧化。氧化生成的氧化膜如果不能紧紧地包覆在钢材表面而发生脱落，则氧化过程会不断发展，层层剥落，最后导致破坏。高温氧化可生成三种氧化物：FeO,Fe2O3,Fe3O4。当壁温在570℃以下时，氧化膜由Fe2O3,Fe3O4组成；当温度高于570℃时，氧化膜由FeO,Fe2O3,Fe3O4组成。Fe2O3,Fe3O4具有致密的结构，能保护金属表面，有较好的抗氧化化。而FeO 的抗氧化能力很差，因此，在温度高于500℃时，高温氧化过程就有加快的趋势。钢材工作温度高于570℃，就需要考虑抗氧化性问题。在钢中加入铬元素，生成的氧化膜具有良好的保护作用，是提高钢材抗高温氧化性能的主要手段。
15．在高温下金属组织可能发生哪些变化？有何危害？
常温下钢材的金相组织是稳定的，不随时间而改变。但若在高温下长期工作，其金相组织则会不断发生变化，使其性能变差，严重时会导致破裂损坏。
（1）珠光体球化钢材中片状渗碳体逐渐转化为球状，并积聚长大的现象称珠光体球化。珠光体球化使钢材高温性能下降，加速蠕变过程，严重球化时，常引起爆管事故。影响球化过程的因素是温度、时间和化学万分，在钢中加入铬、钼、钒等合金元素，能降低球化过程的速度。
（2）石墨化石墨化是钢中渗碳体在长期高温下工作自行分解的一种现象，即
Fe3C→3Fe+C(石墨) 石墨化主要发生在低碳钢和低碳钼钢，能使钢材常温下和高温机械性能（强度、塑性）均下降，特别使冲击韧性显著降低，导致钢材的脆性破坏。
（3）合金元素的重新分配钢材在高温下和应力长期作用下，会发生合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配，使强度极限和持久强度均下降，不利于高温部件的安全运行。合金元素重新分配过程，随温度的升高和时间的推移而加剧，特别是运行温度接近或超过钢材许用温度的上限时，合金元素的迁移速度将更快。
16．什么是苛性脆化？
金属在拉应力区域内，由于高度浓缩的碱性溶液的腐蚀作用而发生的裂纹，称为苛性脆
化。苛性脆化可能发生在汽包及蒸发管的胀口处、焊口处，以及有裂纹、狭缝、凹陷等部位，或有锅水长期渗漏的部位。引起苛性脆化的主要原因是锅水碱度过高，超过允许限度，以及有使锅水碱度局部浓缩的条件。
17．什么是钢材的高温腐蚀？
锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。当温度超过400℃时，就有可能发生蒸汽侧的腐蚀，其化学反应式如下：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2反应产生的氢气如果不能较快地被汽流带走，它与金属发生作用，导致金属强度下降而产生脆性破坏。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，燃油时灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O ），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。控制壁温过高，是减轻高温腐蚀的重要措施。
18．什么是应力腐蚀？
金属材料在拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下，发生的腐蚀现象称为应力腐蚀。金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在钝化膜未被破坏时不发生腐蚀。在应力作用下，金属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出活性金属表面，在介质作用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧的。应力腐蚀与单纯的应力破坏不一样，在极低的应力作用下也会发生破坏；与单纯由于腐蚀引起破坏也不同，腐蚀性很弱的介质，也能引起应力腐蚀破坏。应力与腐蚀二者相互促进，它往往在没有变形预兆的情况下而迅速断裂，很容易造成严重的事故。在发电厂中，锅炉管道、汽轮机叶片、凝汽器铜管，均有发生应力腐蚀的可能性。
19．对锅炉管子用钢有何要求？
锅炉钢管主要用来制造水冷壁、过热器、再热器、联箱、导汽管和主蒸汽管等。这些管道在高温、应力及腐蚀介质作用下长期工作，会发生蠕变、氧化和腐蚀，为保证设备安全可靠运行，对锅炉管子用钢有如下要求：
（1）要有较高的蠕极限、持久强度及持久塑性。
（2）高的抗氧化性能和耐腐蚀性能，一般要求在工作温度下的氧化深度应小于1mm/a（毫米/年）
（3）足够的组织稳定性，即抵抗金相组织球化、石墨化及合金元素重新分配的性能好。
（4）良好的冷热加工性能，特别是应具有良好的焊接性能。
（5）良好的宏观组织，即钢中的分层、非金属夹杂物、气孔等缺陷应尽可能少，符合有关规定。
20．对锅炉汽包用钢板有何要求？
锅炉汽包在工质的饱和温度下，承受较高的工作压力。制造制造时要经过卷板、冲压、焊接成型等工艺过程，用做汽包钢板的钢材应具备以下性能：
（1）较高的强度，以尽可能使汽包壁减薄些，这对制造、安装和运行都有好处。
（2）较好的塑性和韧性，使制造时的筒体卷板、封头冲压等工艺过程出现裂纹的可能性减小。
（3）钢板有较低的缺口敏感性，汽包上有较多的开孔及焊缝，会形成应力集中，要求有较低的缺口敏感性，是为了减小应力集中系数，防止由此产生裂纹。
（4）良好的焊接性能。
（5）较低的时效敏感性。运行过程中，随着时间的推移，钢的冲击韧性随之下降的特性，称时效。时效敏感性低是指相同条件下冲击韧性下降得慢。时效敏感性低对设备运行安全、延长使用奉命均有好处。
21、锅炉汽包为什么不用合金钢板制造以减薄其厚度？
电站锅炉汽包内径一般为1.6—1.8m ，承受压力也较高，故汽包壁也较厚。高压以上锅炉汽包壁厚约100mm 左右，亚临界参数锅炉汽包壁厚有的达200mm 左右，多用碳钢或低合金钢制成，重量可达100多吨或更高。不用合金钢板制造的主要原因是：
（1）汽包工作压力虽高，但工作温度是对应压力下的饱和温度，一般在350℃以下，最高也只有364℃，因此，没有必要选用高强度合金钢。
（2）合金钢的冷、热加工性能，特别是焊接性能要较碳钢差得多。
（3）合金钢的应力集中系数高于碳钢。
（4）合金钢价格昂贵。
基于以上原因，一般汽包用优质碳钢（20g 、22g ）及低合金钢（如16Mn ）来制造。
22、锅炉用钢材分哪几类？
锅炉用钢是在高温条件下工作，部件类别多，工作条件复杂，使用钢材类别也很多，但承压元件所使用的钢材，基本上可分两大类：
（1）碳素钢锅炉承压元件用钢为优质碳素钢，且大多属于低碳钢（含碳量低于0.25%）, 如15号钢，20号钢，20g 、22g 锅炉钢，钢号数字代表钢中平均含碳量的万分数，钢号后面字母“g”表示锅炉钢，它是按照锅炉用钢的要求，根据一定标准（如GB173—72）专门冶炼轧制的。优质碳素钢的强度稍低，但具有较高的塑性及韧性，并有良好的冷、热加工性能及焊接性能，一般用于工作温度低于450℃部件。
（2）合金钢在碳素钢的基础上，为了达到某些特定性能要求，有目的地加入一些元素的钢，称合金钢。被加入的元素称为合金元素。合金钢比碳素钢具有良好的综合机械性能和特殊的物理化学性能，如有较高的强度极限和持久强度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等。但也有缺点，如：冶炼工艺复杂，某些加工性能较差，价格也较昂贵等。因此，一般合金钢用在工作温度高于450℃的零、部件上。我国合金钢的编号采用化学符号与数字相结合的方法。前面数字表示钢的平均含碳量，符号是加入元素的化学符号，符号后数字表示加入元素的平均含量，平均含量小于是1.5%时，一般不标注。当两种化学成分中除了其中一个主要合金元素外，其余都基本相同，而这个主要合金元素在两种钢中的平均含量都于是1.5%时，含量较高者加1，以示区别。
23、合金钢中的主要合金元素都起什么作用？
钢是以铁为基本成分的多元素金属。纯铁有很好的塑性及韧性，但强度很低。所以，总要根据不同需要加入不同的元素，以改善钢的性能。主要元素的作用如下：（1）碳（C ）碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度、硬度提高，但塑性、韧性及焊接能降低。所以，锅炉承压元件用钢的含碳量一般为0.1%~0.25%。
（2）锰（Mn ）锰可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性，含量高时，焊接应力增加。锰可使钢的高温短时强度提高，但对持久强度和蠕变极限及没有明显的影响。
（3）钼（Mo ）和铬（Cr ）钼和铬都能提高钢的强度。铬对提高钢的高温组织稳定性能——抵制珠光体球化、石墨化、抗高温氧化有明显效果。并能提高抗腐蚀性。但含铬高的钢，焊接裂纹敏感性强，温差应力也大。钼对提高钢的持久强高度有明显作用。钼有石墨化倾向可加铬防病止，铬的脆化可用钼化可用防止，二者共存可以提高钢的综合性能。
（4）钒（V ）钒在钢中能提高高温组织稳定性，还能抵消铬对焊接性能的不利影响。
（5）钛（Ti ）钛可提高钢的持久强度，在抵合金钢中，还可改善钢的焊接性能。
（6）钨（W ）钨可提高钢的持久强度及高温硬度。
（7）硅（Si ）硅能提高钢的强度、耐磨性及抗氧化能力。与铬共存时，可提高抗高温氧化能力，也可提高在烟气中的抗腐蚀性能。
（8）铌（Nb ）铌与钛的作用相同，可提高钢有热强性。
（9）硼（B ）硼的突出作用是提高钢的淬透性。在耐热钢中可提高钢的热强性及持久塑性。
（10）镍（Ni ）镍的主要作用是使钢获得奥氏组织，从而提高钢的抗蠕变能力。
24、钢中的硫、磷元素起怎样的作用？
硫和磷是在冶炼过程中残在于钢中的有害成分。
钢中有硫存在时，当加热到期1000——1200℃再进行锻造和轧制会使工件沿晶界开裂，这种现象称热脆性。另外，硫还使钢的焊接性通能降低，焊缝易出现一裂纹和气孔。磷能使钢的强度及硬度显著提高，但使塑性及韧性下降，特别是使钢的脆性转变温度升高，提高了钢的冷脆性。由于硫和磷的存在，均对钢材性能有不利影响，故在冶炼过程中应尽量除去它们在钢中的含量是评定钢材质量的指标之一。比如，优质碳素钢中硫、磷的含量均应小于0.04%，以防出现热脆及冷脆。
25、什么是钢材的脆性转变温度？
当温度低于某一数值时，某些金属的塑性（特别是冲击韧性）会显著降低而呈现脆性，这一温度称为该种钢材的脆性转变温度。也称无韧性或无塑性温度。实际上就是韧脆转变温度。脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。
脆转变温度与多种因素有关，它随钢中磷含量的增加而提高，随钢材厚度的增加、材料中缺陷尖锐程度的提高、材料承受的加载速度的提高而提高。根据钢材这一特性，锅炉在作水压试验时，上水温度一定要高于钢材的脆性转变温度，升压速成度也要按有关规定严加控制，以防出现冷脆破裂事故。受压容器由于冷脆破坏的实例是时有发生的。我国某台湾400t/h超高压锅炉，进行水压试验时，由于进水温度较低，使汽包在低于其试验压力18MPa 时即发生脆性爆破。这样的惨痛教训是需要记取的。
26、什么是普通低合金钢？
普通低合金钢是在低碳钢的基础上，加入少量合金元素，一般以锰（Mn ）为主，其次是钼（Mo ）、钒（V ）、钛（Ti 等，用以获得在中温（即400℃左右）下具有较高屈服强度和良好的塑性、韧性及焊接性能，即具有较高的机械强度和加工性能。普通低合金钢与其相近的碳素钢相比，屈服强度可提高30%——50%。相同承载条件下，采用低合金钢，可使结构重量减轻约20%—-30%。由于低合金钢具有较高和机械强度和良好的加工性能，成本又较低，在发电厂中得到广泛应用。如用于制造工作温度不超过450℃的锅炉受热面管、汽包、联炉顶主风机叶片等。常用钢号有16Mn 、15MnV 、14MnMoV 等。
27、锅炉常用钢材的使用范围如何选择？
各种钢材在使用时都有一定的最高许用温度，超过这一温度时，强度及其它性能会明显下降，甚至发生损坏。锅炉各部件都有一定的工作温度，选用钢材时，应根据部件所确定的工作温度及工作压力。确定合适的钢种。若部件工作温度并不太高，却选用耐高温钢种，这样安全性虽然提高了，但必然使成本提高，造成不必要的浪费。同样如果部件的工作温度较高，选用的钢种耐温程度不高或高温稳定性不好，必然影剧院响使用寿命，对安全生产不利，最终还会影响经济性。锅炉常用钢材推荐的使用温度可参考3—2选取；主要部件可推荐使用的钢材型号参阅表3—3。
28、什么是金属材料的可焊性？如何评价钢的可焊性？
可焊性是指金属材在一定的工艺条件焊接时，能获得优质焊接接头的性能。如果一种材料只需用一般的焊接工艺就能获得优质焊接接头，则该种材具有良好的可焊性；如果需用很特殊或者很复杂的焊接工艺才能获得优质接头，则该种材料的可焊性较差。钢材的可焊性，通常用含碳量多少和合金元素的种类与含量来评价。含碳量或含合金元素则可焊性较差，可根据钢材化学成分对焊接热影响区淬硬性的影响程度，通过碳当量计算来评价焊接时产生冷裂纹的倾向。
29、合金钢为什么需要焊前预热和焊后热处理？
合金钢具有良好的抗高温氧化及组织稳定性，较高的高温强度。但它的可焊性较差，淬硬倾向大，焊接过程中焊缝及热影响区可能出现如下一些问题：
（1）焊后在焊缝及热影响区出现硬而脆的淬硬组织，若再的较大内应力存在，就会出现冷裂纹，韧性、塑性降低。
（2）具有出现弧坑裂纹的倾向。
（3）某些合金元素，具有焊接再热裂纹倾向，尤以含钒、含硼的钢种为甚。
为了避免和消除上述缺陷，合金钢需要焊前预热，焊后热处理。焊前预热的主目的是改善材料的可焊性。在加热并保持一定温度的过程中可以降低焊接接头区域的温差，使热影响区的淬硬倾向减弱。在焊接过程中有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性。后热处理的方法一般是高温回火，其主要目地是：
（1）消除或减少在焊接过程中所产生的内应力，防止焊缝和热影响区产生裂纹。
（2）改善焊缝和热影响区的机械性能，即提高其塑性及韧性，改善硬脆倾向。
（3）改善焊缝和热影响区的金相组织。
一般碳素钢的焊接性能好，焊接时可不必预热与热处理。但对于含碳量高、刚度大的焊件，由于焊后残余应力大，也需预热及热处理，如壁厚于30mm 的碳钢管。
30、安装蠕胀测点的目的是什么？蠕胀测点安装在什么部位？
管道在高温情况下要发生蠕变胀粗，为了测量和监督蠕变速度，在高温管道上要安装蠕胀测点。为了测量的准确，不能直接测量管道本身，要在管道上装设专门的测点，它由测钉和测钉座组成，如图3—3所示。安装时先测钉座位置，用电焊把测钉座焊接在管道上，再把测钉旋入测钉座内。用千分卡或专用桥尺，测量测钉的原始直径，并做记录。以后每次检修都在进行测量，以计算管道的蠕胀速度，监视蠕胀是否已达危险值。蠕胀测点安装在主蒸汽管道及其它高温管道上，位置应选在两焊缝或法兰之间较直的管段中部，与焊缝或支吊架距离不小于1m ；距弯头弧线的起点不小于0.75m ，并充分考虑安装测点及测量时的方便。
31、什么是超温？什么是过热？为什么要做超温记录？
运行中蒸汽温度超过额定值时称超温。受热面管或蒸汽管道壁温，超过该种钢材最高许用温度时称过热。各种钢材都有规定的使用温度范围，或者说有一个允许的最高使用温度。在允许的使用温度范围内，可按其使用寿命安全工作。运行中的超温。有时会引起管壁过热，有时则不一定。如果额定运行温度比钢材的许用最高温度低很多，即便出现超温，也不一定过热。如12Cr1MoV 钢的允许最高使用温度为580℃，蒸汽额定温度为540℃，运行中达到点550℃，这习惯上就属于超温，但对主蒸汽管道来说并没有过热。当实际壁温超过钢材最高使用温度时，金属的机械性能、金相组织就要发生变化，蠕变速度加快，最后导致管道破裂。为此，运行中对主蒸汽管、过热器及再热器管和相应的导汽管，要作好超温记录，统计超温时间及超温程度，以便分析管道的寿命，加强对管道的监督，防止出现过热及突然损坏。
32、超温对管道使用寿命有何影响？
各种汽水管道和锅炉受热面管子，都是按照一定的工作温度和应力设计其使用寿命的。如果运行中工作温度超过设计温度，虽未过热，也会使金属组织稳定性变差，蠕变速度加快，最后使其工作寿命缩短。根据试验研究材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比，随温度的升高呈指数关系缩短。按照这一原理，在应力相同和条件下，不同温度的使用寿命，可用拉尔森米列尔近似方程来估算。
33、蒸汽管道和锅炉受热面管设置监视段的目的是什么？
被指定作为长期观察、检验、定期割取试样各种金属试验的管段，称为监视段。设置监视段的目的，主要是更好地了解被监视管道的金相组织、机械性能，特别是蠕变速度在运行过程中的变化情况，以便分析判断，并及时采取对策。按照《火力发电厂金属技术监规程》的规定：工作温度大于450℃的主蒸汽管道高温再热蒸汽管道，应在蒸汽温度较高的水平管
段上设置监视段，进行里蠕变监督。监视段应选用该管系中实际壁厚薄的批钢管，其长度大于5m ，并设置三组蠕变测点。过热器和再热器应在壁温最高处设置监视管，定期割取试样，监测管子的壁厚、直径、金相组织和机械性能随温度及运行时间的变化规律，以便及发现问题，及时采取措施。
34、什么是长期超温爆管？其破口有何特征？
运行中由于某种原因，造成管壁温度超过设计值，只要超温幅度不太大，就不会立即损坏。但管子长期在超温下工作，钢材金相组织会发生变化，蠕变速度加快，持久强度降低，在使用寿命未达到预定值时，即提早爆破损坏。这种损坏长期超温爆管，或叫长期过热爆管，也称一般性蠕变损坏。长期超温爆管，一般发生在高温过热器出口段外圈管子的向火侧。根据近年对过热器管爆破事故和分析，约70%的爆管是由于长期超温而引起的。水冷壁、凝渣管以及省煤器管，偶然也会发生这类爆破损坏现象。长期超温爆管破口的特征是：破口呈粗糙脆性断面的大张口，管壁减薄不多，管子蠕胀也不甚显著，破口内壁往往有较厚的氧化铁层。破口的过些特征，与钢材在长期超温过行过程中，组织结构不断变介质的不断腐蚀有关。它首先产生微细的蠕胀裂纹和应力腐蚀裂纹，然后在继续超温运行过程中，微细裂纹不断形成和发展，最后引起爆管事故的发生。
35、什么是短时超温爆管？破口有何特征？
受热面管子在运行过程中，由于冷却条件恶化，管壁温度在短时间内突然上升，使钢材的抗拉强度急剧下降。在介质压力作用下，温度最高的向火侧，首先发生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。这种爆管称短时超温爆管，也称短时过热爆管，或者称为速蠕变损坏。短时超温爆管，多发生在水冷壁管和凝渣管上，特别是水冷壁热负荷最高的部位，如燃烧带附近及燃烧器周围的管子的向火侧。过热器也有发生短时超温爆管的可能。短时超温爆管的破口，一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的薄，因而承受不了介的压力而引起的剪切断裂造成的。另外，也与爆破时介质高速喷出，对炽热管壁产生激冷作用有关。
36、什么是淬火？淬火的目的是什么？
电厂把钢加热到某一适当温度，如亚共析钢加热至AC （表示钢在加热时铁素体全部溶入奥氏体的临界点）以上30——60℃，保持一定时间后，使其急速冷却的工艺过程淬火。淬火可采用水或油作为冷却介质。钢材淬火后，可使其硬度和强度有很大提高，并能改善某些物理化学性能。但由于快速冷却，会出现内应力，塑性和韧性也有所降低。为提高钢的综合性能，通常在淬火后再经高温回火处理的工艺称调质处理。
37、什么是回火？回火的确良目的是什么？
将钢件加热到低AC （表示钢在加热时珠光体转变为奥氏体的临界点）的某一温度，充分保温后，发一定速度进行冷却的热处理工艺，称为回火。回火的主要目的是：消除内应力，稳定组织，降低硬度，从而改善钢和综合机械性能。根据钢种和使用目的不同，回火时的加热温度和冷却方式也不完全相同。
低温回火：加热温度为150——250℃，主要目的是消除内应力和稳定组织，保持淬火后的性能。
中温回火：加热温度为350——450℃，可消除内应力，并使钢的弹性极限和韧性有较大的回升。这种回火采用在空气中进行冷却的方式。
高温回火：加热温度为450——670℃，可消除内应力，达到调整组织、提高综合性能的目的。管也管件的出厂处理和发电厂安装焊口的热处理多数属于高温回火处理。
38、什么是正火（正常化处理）？正火的目的是什么？
将钢加热至某一适当温度（AC 以上30——50℃），保温一定时间后，再在空气中缓慢冷却的工艺过程，称正火。正火的主要目的是细化金属组织晶粒，消除在锻、轧后的组织缺
陷，改善钢的机械性能（强度、韧性和塑性）。火力发电厂的管道用钢，大多采用正火处理。碳钢的可淬性较小，正火是最终热处理。对于合金钢，由于淬硬倾向强，正火后还需补以回火处理。
39、什么是退火？退火的目的确良是什么？
把钢加热到某一适当温度（大多在AC 以上），保温一定时间后再缓慢冷却的工艺过程，称退火。退火与正火火的主要区别是，正火冷却速度较快，正火后钢材的强度、硬度较高，韧性也较好。根据不同的退火目的，所加热的温度及冷却的速度是不完全一样的。退火所能达到的目的主在是：消除锻件及焊接结构的应力，消除冷加工后的加工应力，避免零件在加热和使用过程中产生变形及开裂；消除铸件和锻件的不均匀组织和粗大晶粒，消除合金钢硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，胀管时的管头，胀接前也要进行退火。
40、什么样叫金属冷加工硬化现象？
在工程中，有时需用对钢件进行冷加工，如锻打、压延、弯曲、冲压等。当冷加工产生塑性变形时，不但其外形发生了变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿受力方向被拉长。冷加工塑性变形较大时，还会产生较大内应力。这种现象称为冷加工硬化。利用冷加工硬化对钢材使用强度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及残存的内应力则是有害的。故一般在冷加工以后，还在进行回火处理予以消除。冷加工后变形的晶是不稳定的，加热后晶粒有恢复原状的趋势，这就是再结晶，出现再结晶时的温度称再晶温度。再结晶会使钢材强度和韧性降低，球化、石墨化进程加速。工程上对冷、热加工划分，不是以加工时是否加热来区别，而是以加工时的温度是否高于再结晶温度来划分。高于再结晶温度属热加工，低于再结晶温度即为冷加工。在低于再结晶温度下加工，冷加工硬化的一些缺陷就会出现。主蒸汽管道和再热蒸汽管道和工作温度均在再结晶温度的下限，冷加工硬化造成的危害作用时间长，因此，制订合金钢的弯制、锻打等热加工工艺时，对加工温度的下限作了严格规定，即热加工低于某一温度时应立即停止加工。否则，就等于进行冷加工，会出现冷加工硬化所造成的缺陷。
冷加工硬化现象有害处，但有时利用这一原理还可得到一定益处。如转轴弯曲后的直轴方法中，有一种捻打法，就是在弯轴的凹面进行冷加工，使轴的这部分金属表面延伸、硬化，并在内应力作用下达到直轴的目的
金属材料基本知识
1、 什么是变形？变形有几种形式？
构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。
3、 什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？
材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。
4、 什么是塑性材料？什么是脆性材料？
在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。
5、 什么是应力、应变和弹性模量？
材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。
6、 什么叫应力集中？
应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。
7、 什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？
强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
时失去抵抗变形的能力，这种现象称为材料的屈服。发生屈服现象时的应力，称为材料的屈服极限。当试验拉力继续升高，试件达到破坏时的应力，称为材料的强度极限或抗拉强度。屈服极限和强度极限越大，分别表明材料抵抗破坏和抵抗塑性变形的能力高，即材料强度好。对于一定材料来说，强度极限和屈服极限是随着工作温度的升高而降低的。
8、 什么是蠕变与蠕变极限？什么是持久强度与持久塑性？
金属在一定温度和一定应力作用下，随着时间的推移缓慢地发生塑性变形的现象称蠕变。材料发生蠕变的温度与其性质有关，碳钢在300—350℃时，合金钢在350—450℃时，在应力作用下，就会出现蠕变。温度越高，应力越大，蠕变速度就越快。材料抗蠕变的性能用蠕变极限来衡量，它表示在一定温度下，于规定时间内，钢材发生一定量总变形的最大应力值。持久强度是在高温条件下，经过规定时间发生蠕变破裂时的最大应力。
持久塑性是指处于蠕变状态的材料，在发生破裂时的相对塑性变形量。高温材料特别是发电厂使用的管材，应具有良好的持久塑性，希望不低于3%—5%。过低的持久塑性，会使材料发生脆性破坏，降低其使用奉命。材料的蠕变极限、持久强度、持久塑性都是通过试验方法求得的。
9、 什么是金属材料的疲劳与疲劳极限？
构件在长期交变应力作用下，虽然它承受的应力远小于材料的屈服极限，在没有明显塑性变形的情况下，发生断裂的现象称为金属的疲劳。因金属疲劳发生的破坏称为疲劳破坏出现疲劳破坏的原因，是经过应力多次交替变化后，在应力最大或有缺陷部位会产生微细的裂纹，裂纹尖端出现严重的应力集中，随着交变应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，最后导致破裂。
材料经受无限次变载荷而不发生断裂时的最大应力，称为材的疲劳极限。工程上常根据机件的使用寿命要求，规定交变应力循环N 次时的应力为有限疲劳极限或条件疲劳限。如汽轮机叶片交变应力循环次数N
锅炉的每一次启动和停止，工质运行参数的每一次波动，承压部件都要经受一次交变应力及应变的循环，这都将会影响承压部件的寿命。为了提高钢材抵抗疲劳破坏的能力，应在保持材料一定强度的基础上尽可能提高钢材的塑性及韧性。
10、什么是许用应力与安全系统？
构件实际工作时，所允许产生的最大应力称许用应力。对锅炉承压元件不定来说，许用应力是指在工作条件下所允许的最小壁厚及最大压力时的应力。
构件工作时，其内部产生的应力既不能达到屈服极限，更不能达到强度极限，必须远小于它们才能保证安全。通常把和称危险应力。
危险应力与许用应力的比值n 称为安全系数。N 值的大小，不仅反映构件的安全程度。N 值大，许用应力小，比较安全，但消耗材料多，构件也笨重；n 值许用应力大，能节约材料，但安全程度就差。因此，在确定安全系数时，应在满足安全的前提下，充分考虑经济性的要求。
11、什么是热应力？
构件因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或部件本身温度不均匀使伸缩受制约而产生的应力，称为热应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力或温差应力。部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只能使其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。
部件在受热或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力。低温部位产生拉应力。锅炉在启、停过程中，出现的汽包内外壁温差，将会在汽包壁内产生热应力。
12、什么是金属的应力松弛现象？
钢材在高温和应力作用下，在应变量维持不变，应力随着时间的延长逐渐降低的现象，称为应力松弛。金属材料在高温下发生应力松弛，是有一部分在初应力作用下产生的弹性变形逐渐地转化为塑性变形的结果。松弛现象与蠕变现象有着内在的联系，都是在高温和应力作用下的不断性变形过程，两者的区别仅在于蠕变时应力基本恒定不变，松弛时应力则不断在降低。应力松驰发生在高温下工作的紧固件上，如锅炉、汽轮机上的螺栓、螺母、压紧弹簧等。这些零件在长期高温和应力作用下，塑性变形增加，应力下降，当松弛到一定程度后，就会引起汽缸和阀门漏汽，安全门提前起座，影响机组正常运行，甚至发生危险。为了防止上述现象发生，一般要求经过2×104h （两次大修间隔）运行后，螺栓最小应力不低于最小密封应力，这个密封应力通常为150MPa （15.3kgf/mm2）。为了达到这一要求，可以采取如下措施：一是选择松弛性能高的钢材；一是提高螺栓的初紧应力。
13．什么是钢材的热疲劳与热脆性？
当金属材料在工作过程中存在温差时，因部分的胀、缩相互制约而产生附加热应力。如果温差是周期变化的，热应力也将随之变化，同时伴随着弹、塑性变形的循环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂。这种因经受多次周期性热应力作用而遭到的破坏称为热疲劳破坏。热疲劳裂纹一般发生在金属零件的表面，为龟裂状。锅炉的过热器、再热器、汽包、汽轮机的汽缸、隔板，都有出现热疲劳的可能性。钢材在某一高温区间（如400—550℃）和应力作用下长期工作，会使冲击韧性明显下降的现象称为热脆性。影响热脆性的主要因素是金属的化学成分。含有铬、锰、镍等元素的钢材，热脆性倾向较大。加入钼、钨、钒等元素，可降低钢材的热脆性倾向。
14、什么是钢材的高温氧化？
锅炉某些高温元件（如过热器、再热器管及其支吊架等）与高温烟气中的氧气发生的氧化反应，称高温氧化。氧化生成的氧化膜如果不能紧紧地包覆在钢材表面而发生脱落，则氧化过程会不断发展，层层剥落，最后导致破坏。高温氧化可生成三种氧化物：FeO,Fe2O3,Fe3O4。当壁温在570℃以下时，氧化膜由Fe2O3,Fe3O4组成；当温度高于570℃时，氧化膜由FeO,Fe2O3,Fe3O4组成。Fe2O3,Fe3O4具有致密的结构，能保护金属表面，有较好的抗氧化化。而FeO 的抗氧化能力很差，因此，在温度高于500℃时，高温氧化过程就有加快的趋势。钢材工作温度高于570℃，就需要考虑抗氧化性问题。在钢中加入铬元素，生成的氧化膜具有良好的保护作用，是提高钢材抗高温氧化性能的主要手段。
15．在高温下金属组织可能发生哪些变化？有何危害？
常温下钢材的金相组织是稳定的，不随时间而改变。但若在高温下长期工作，其金相组织则会不断发生变化，使其性能变差，严重时会导致破裂损坏。
（1）珠光体球化钢材中片状渗碳体逐渐转化为球状，并积聚长大的现象称珠光体球化。珠光体球化使钢材高温性能下降，加速蠕变过程，严重球化时，常引起爆管事故。影响球化过程的因素是温度、时间和化学万分，在钢中加入铬、钼、钒等合金元素，能降低球化过程的速度。
（2）石墨化石墨化是钢中渗碳体在长期高温下工作自行分解的一种现象，即
Fe3C→3Fe+C(石墨) 石墨化主要发生在低碳钢和低碳钼钢，能使钢材常温下和高温机械性能（强度、塑性）均下降，特别使冲击韧性显著降低，导致钢材的脆性破坏。
（3）合金元素的重新分配钢材在高温下和应力长期作用下，会发生合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配，使强度极限和持久强度均下降，不利于高温部件的安全运行。合金元素重新分配过程，随温度的升高和时间的推移而加剧，特别是运行温度接近或超过钢材许用温度的上限时，合金元素的迁移速度将更快。
16．什么是苛性脆化？
金属在拉应力区域内，由于高度浓缩的碱性溶液的腐蚀作用而发生的裂纹，称为苛性脆
化。苛性脆化可能发生在汽包及蒸发管的胀口处、焊口处，以及有裂纹、狭缝、凹陷等部位，或有锅水长期渗漏的部位。引起苛性脆化的主要原因是锅水碱度过高，超过允许限度，以及有使锅水碱度局部浓缩的条件。
17．什么是钢材的高温腐蚀？
锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。当温度超过400℃时，就有可能发生蒸汽侧的腐蚀，其化学反应式如下：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2反应产生的氢气如果不能较快地被汽流带走，它与金属发生作用，导致金属强度下降而产生脆性破坏。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，燃油时灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O ），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。控制壁温过高，是减轻高温腐蚀的重要措施。
18．什么是应力腐蚀？
金属材料在拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下，发生的腐蚀现象称为应力腐蚀。金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在钝化膜未被破坏时不发生腐蚀。在应力作用下，金属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出活性金属表面，在介质作用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧的。应力腐蚀与单纯的应力破坏不一样，在极低的应力作用下也会发生破坏；与单纯由于腐蚀引起破坏也不同，腐蚀性很弱的介质，也能引起应力腐蚀破坏。应力与腐蚀二者相互促进，它往往在没有变形预兆的情况下而迅速断裂，很容易造成严重的事故。在发电厂中，锅炉管道、汽轮机叶片、凝汽器铜管，均有发生应力腐蚀的可能性。
19．对锅炉管子用钢有何要求？
锅炉钢管主要用来制造水冷壁、过热器、再热器、联箱、导汽管和主蒸汽管等。这些管道在高温、应力及腐蚀介质作用下长期工作，会发生蠕变、氧化和腐蚀，为保证设备安全可靠运行，对锅炉管子用钢有如下要求：
（1）要有较高的蠕极限、持久强度及持久塑性。
（2）高的抗氧化性能和耐腐蚀性能，一般要求在工作温度下的氧化深度应小于1mm/a（毫米/年）
（3）足够的组织稳定性，即抵抗金相组织球化、石墨化及合金元素重新分配的性能好。
（4）良好的冷热加工性能，特别是应具有良好的焊接性能。
（5）良好的宏观组织，即钢中的分层、非金属夹杂物、气孔等缺陷应尽可能少，符合有关规定。
20．对锅炉汽包用钢板有何要求？
锅炉汽包在工质的饱和温度下，承受较高的工作压力。制造制造时要经过卷板、冲压、焊接成型等工艺过程，用做汽包钢板的钢材应具备以下性能：
（1）较高的强度，以尽可能使汽包壁减薄些，这对制造、安装和运行都有好处。
（2）较好的塑性和韧性，使制造时的筒体卷板、封头冲压等工艺过程出现裂纹的可能性减小。
（3）钢板有较低的缺口敏感性，汽包上有较多的开孔及焊缝，会形成应力集中，要求有较低的缺口敏感性，是为了减小应力集中系数，防止由此产生裂纹。
（4）良好的焊接性能。
（5）较低的时效敏感性。运行过程中，随着时间的推移，钢的冲击韧性随之下降的特性，称时效。时效敏感性低是指相同条件下冲击韧性下降得慢。时效敏感性低对设备运行安全、延长使用奉命均有好处。
21、锅炉汽包为什么不用合金钢板制造以减薄其厚度？
电站锅炉汽包内径一般为1.6—1.8m ，承受压力也较高，故汽包壁也较厚。高压以上锅炉汽包壁厚约100mm 左右，亚临界参数锅炉汽包壁厚有的达200mm 左右，多用碳钢或低合金钢制成，重量可达100多吨或更高。不用合金钢板制造的主要原因是：
（1）汽包工作压力虽高，但工作温度是对应压力下的饱和温度，一般在350℃以下，最高也只有364℃，因此，没有必要选用高强度合金钢。
（2）合金钢的冷、热加工性能，特别是焊接性能要较碳钢差得多。
（3）合金钢的应力集中系数高于碳钢。
（4）合金钢价格昂贵。
基于以上原因，一般汽包用优质碳钢（20g 、22g ）及低合金钢（如16Mn ）来制造。
22、锅炉用钢材分哪几类？
锅炉用钢是在高温条件下工作，部件类别多，工作条件复杂，使用钢材类别也很多，但承压元件所使用的钢材，基本上可分两大类：
（1）碳素钢锅炉承压元件用钢为优质碳素钢，且大多属于低碳钢（含碳量低于0.25%）, 如15号钢，20号钢，20g 、22g 锅炉钢，钢号数字代表钢中平均含碳量的万分数，钢号后面字母“g”表示锅炉钢，它是按照锅炉用钢的要求，根据一定标准（如GB173—72）专门冶炼轧制的。优质碳素钢的强度稍低，但具有较高的塑性及韧性，并有良好的冷、热加工性能及焊接性能，一般用于工作温度低于450℃部件。
（2）合金钢在碳素钢的基础上，为了达到某些特定性能要求，有目的地加入一些元素的钢，称合金钢。被加入的元素称为合金元素。合金钢比碳素钢具有良好的综合机械性能和特殊的物理化学性能，如有较高的强度极限和持久强度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等。但也有缺点，如：冶炼工艺复杂，某些加工性能较差，价格也较昂贵等。因此，一般合金钢用在工作温度高于450℃的零、部件上。我国合金钢的编号采用化学符号与数字相结合的方法。前面数字表示钢的平均含碳量，符号是加入元素的化学符号，符号后数字表示加入元素的平均含量，平均含量小于是1.5%时，一般不标注。当两种化学成分中除了其中一个主要合金元素外，其余都基本相同，而这个主要合金元素在两种钢中的平均含量都于是1.5%时，含量较高者加1，以示区别。
23、合金钢中的主要合金元素都起什么作用？
钢是以铁为基本成分的多元素金属。纯铁有很好的塑性及韧性，但强度很低。所以，总要根据不同需要加入不同的元素，以改善钢的性能。主要元素的作用如下：（1）碳（C ）碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度、硬度提高，但塑性、韧性及焊接能降低。所以，锅炉承压元件用钢的含碳量一般为0.1%~0.25%。
（2）锰（Mn ）锰可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性，含量高时，焊接应力增加。锰可使钢的高温短时强度提高，但对持久强度和蠕变极限及没有明显的影响。
（3）钼（Mo ）和铬（Cr ）钼和铬都能提高钢的强度。铬对提高钢的高温组织稳定性能——抵制珠光体球化、石墨化、抗高温氧化有明显效果。并能提高抗腐蚀性。但含铬高的钢，焊接裂纹敏感性强，温差应力也大。钼对提高钢的持久强高度有明显作用。钼有石墨化倾向可加铬防病止，铬的脆化可用钼化可用防止，二者共存可以提高钢的综合性能。
（4）钒（V ）钒在钢中能提高高温组织稳定性，还能抵消铬对焊接性能的不利影响。
（5）钛（Ti ）钛可提高钢的持久强度，在抵合金钢中，还可改善钢的焊接性能。
（6）钨（W ）钨可提高钢的持久强度及高温硬度。
（7）硅（Si ）硅能提高钢的强度、耐磨性及抗氧化能力。与铬共存时，可提高抗高温氧化能力，也可提高在烟气中的抗腐蚀性能。
（8）铌（Nb ）铌与钛的作用相同，可提高钢有热强性。
（9）硼（B ）硼的突出作用是提高钢的淬透性。在耐热钢中可提高钢的热强性及持久塑性。
（10）镍（Ni ）镍的主要作用是使钢获得奥氏组织，从而提高钢的抗蠕变能力。
24、钢中的硫、磷元素起怎样的作用？
硫和磷是在冶炼过程中残在于钢中的有害成分。
钢中有硫存在时，当加热到期1000——1200℃再进行锻造和轧制会使工件沿晶界开裂，这种现象称热脆性。另外，硫还使钢的焊接性通能降低，焊缝易出现一裂纹和气孔。磷能使钢的强度及硬度显著提高，但使塑性及韧性下降，特别是使钢的脆性转变温度升高，提高了钢的冷脆性。由于硫和磷的存在，均对钢材性能有不利影响，故在冶炼过程中应尽量除去它们在钢中的含量是评定钢材质量的指标之一。比如，优质碳素钢中硫、磷的含量均应小于0.04%，以防出现热脆及冷脆。
25、什么是钢材的脆性转变温度？
当温度低于某一数值时，某些金属的塑性（特别是冲击韧性）会显著降低而呈现脆性，这一温度称为该种钢材的脆性转变温度。也称无韧性或无塑性温度。实际上就是韧脆转变温度。脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。
脆转变温度与多种因素有关，它随钢中磷含量的增加而提高，随钢材厚度的增加、材料中缺陷尖锐程度的提高、材料承受的加载速度的提高而提高。根据钢材这一特性，锅炉在作水压试验时，上水温度一定要高于钢材的脆性转变温度，升压速成度也要按有关规定严加控制，以防出现冷脆破裂事故。受压容器由于冷脆破坏的实例是时有发生的。我国某台湾400t/h超高压锅炉，进行水压试验时，由于进水温度较低，使汽包在低于其试验压力18MPa 时即发生脆性爆破。这样的惨痛教训是需要记取的。
26、什么是普通低合金钢？
普通低合金钢是在低碳钢的基础上，加入少量合金元素，一般以锰（Mn ）为主，其次是钼（Mo ）、钒（V ）、钛（Ti 等，用以获得在中温（即400℃左右）下具有较高屈服强度和良好的塑性、韧性及焊接性能，即具有较高的机械强度和加工性能。普通低合金钢与其相近的碳素钢相比，屈服强度可提高30%——50%。相同承载条件下，采用低合金钢，可使结构重量减轻约20%—-30%。由于低合金钢具有较高和机械强度和良好的加工性能，成本又较低，在发电厂中得到广泛应用。如用于制造工作温度不超过450℃的锅炉受热面管、汽包、联炉顶主风机叶片等。常用钢号有16Mn 、15MnV 、14MnMoV 等。
27、锅炉常用钢材的使用范围如何选择？
各种钢材在使用时都有一定的最高许用温度，超过这一温度时，强度及其它性能会明显下降，甚至发生损坏。锅炉各部件都有一定的工作温度，选用钢材时，应根据部件所确定的工作温度及工作压力。确定合适的钢种。若部件工作温度并不太高，却选用耐高温钢种，这样安全性虽然提高了，但必然使成本提高，造成不必要的浪费。同样如果部件的工作温度较高，选用的钢种耐温程度不高或高温稳定性不好，必然影剧院响使用寿命，对安全生产不利，最终还会影响经济性。锅炉常用钢材推荐的使用温度可参考3—2选取；主要部件可推荐使用的钢材型号参阅表3—3。
28、什么是金属材料的可焊性？如何评价钢的可焊性？
可焊性是指金属材在一定的工艺条件焊接时，能获得优质焊接接头的性能。如果一种材料只需用一般的焊接工艺就能获得优质焊接接头，则该种材具有良好的可焊性；如果需用很特殊或者很复杂的焊接工艺才能获得优质接头，则该种材料的可焊性较差。钢材的可焊性，通常用含碳量多少和合金元素的种类与含量来评价。含碳量或含合金元素则可焊性较差，可根据钢材化学成分对焊接热影响区淬硬性的影响程度，通过碳当量计算来评价焊接时产生冷裂纹的倾向。
29、合金钢为什么需要焊前预热和焊后热处理？
合金钢具有良好的抗高温氧化及组织稳定性，较高的高温强度。但它的可焊性较差，淬硬倾向大，焊接过程中焊缝及热影响区可能出现如下一些问题：
（1）焊后在焊缝及热影响区出现硬而脆的淬硬组织，若再的较大内应力存在，就会出现冷裂纹，韧性、塑性降低。
（2）具有出现弧坑裂纹的倾向。
（3）某些合金元素，具有焊接再热裂纹倾向，尤以含钒、含硼的钢种为甚。
为了避免和消除上述缺陷，合金钢需要焊前预热，焊后热处理。焊前预热的主目的是改善材料的可焊性。在加热并保持一定温度的过程中可以降低焊接接头区域的温差，使热影响区的淬硬倾向减弱。在焊接过程中有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性。后热处理的方法一般是高温回火，其主要目地是：
（1）消除或减少在焊接过程中所产生的内应力，防止焊缝和热影响区产生裂纹。
（2）改善焊缝和热影响区的机械性能，即提高其塑性及韧性，改善硬脆倾向。
（3）改善焊缝和热影响区的金相组织。
一般碳素钢的焊接性能好，焊接时可不必预热与热处理。但对于含碳量高、刚度大的焊件，由于焊后残余应力大，也需预热及热处理，如壁厚于30mm 的碳钢管。
30、安装蠕胀测点的目的是什么？蠕胀测点安装在什么部位？
管道在高温情况下要发生蠕变胀粗，为了测量和监督蠕变速度，在高温管道上要安装蠕胀测点。为了测量的准确，不能直接测量管道本身，要在管道上装设专门的测点，它由测钉和测钉座组成，如图3—3所示。安装时先测钉座位置，用电焊把测钉座焊接在管道上，再把测钉旋入测钉座内。用千分卡或专用桥尺，测量测钉的原始直径，并做记录。以后每次检修都在进行测量，以计算管道的蠕胀速度，监视蠕胀是否已达危险值。蠕胀测点安装在主蒸汽管道及其它高温管道上，位置应选在两焊缝或法兰之间较直的管段中部，与焊缝或支吊架距离不小于1m ；距弯头弧线的起点不小于0.75m ，并充分考虑安装测点及测量时的方便。
31、什么是超温？什么是过热？为什么要做超温记录？
运行中蒸汽温度超过额定值时称超温。受热面管或蒸汽管道壁温，超过该种钢材最高许用温度时称过热。各种钢材都有规定的使用温度范围，或者说有一个允许的最高使用温度。在允许的使用温度范围内，可按其使用寿命安全工作。运行中的超温。有时会引起管壁过热，有时则不一定。如果额定运行温度比钢材的许用最高温度低很多，即便出现超温，也不一定过热。如12Cr1MoV 钢的允许最高使用温度为580℃，蒸汽额定温度为540℃，运行中达到点550℃，这习惯上就属于超温，但对主蒸汽管道来说并没有过热。当实际壁温超过钢材最高使用温度时，金属的机械性能、金相组织就要发生变化，蠕变速度加快，最后导致管道破裂。为此，运行中对主蒸汽管、过热器及再热器管和相应的导汽管，要作好超温记录，统计超温时间及超温程度，以便分析管道的寿命，加强对管道的监督，防止出现过热及突然损坏。
32、超温对管道使用寿命有何影响？
各种汽水管道和锅炉受热面管子，都是按照一定的工作温度和应力设计其使用寿命的。如果运行中工作温度超过设计温度，虽未过热，也会使金属组织稳定性变差，蠕变速度加快，最后使其工作寿命缩短。根据试验研究材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比，随温度的升高呈指数关系缩短。按照这一原理，在应力相同和条件下，不同温度的使用寿命，可用拉尔森米列尔近似方程来估算。
33、蒸汽管道和锅炉受热面管设置监视段的目的是什么？
被指定作为长期观察、检验、定期割取试样各种金属试验的管段，称为监视段。设置监视段的目的，主要是更好地了解被监视管道的金相组织、机械性能，特别是蠕变速度在运行过程中的变化情况，以便分析判断，并及时采取对策。按照《火力发电厂金属技术监规程》的规定：工作温度大于450℃的主蒸汽管道高温再热蒸汽管道，应在蒸汽温度较高的水平管
段上设置监视段，进行里蠕变监督。监视段应选用该管系中实际壁厚薄的批钢管，其长度大于5m ，并设置三组蠕变测点。过热器和再热器应在壁温最高处设置监视管，定期割取试样，监测管子的壁厚、直径、金相组织和机械性能随温度及运行时间的变化规律，以便及发现问题，及时采取措施。
34、什么是长期超温爆管？其破口有何特征？
运行中由于某种原因，造成管壁温度超过设计值，只要超温幅度不太大，就不会立即损坏。但管子长期在超温下工作，钢材金相组织会发生变化，蠕变速度加快，持久强度降低，在使用寿命未达到预定值时，即提早爆破损坏。这种损坏长期超温爆管，或叫长期过热爆管，也称一般性蠕变损坏。长期超温爆管，一般发生在高温过热器出口段外圈管子的向火侧。根据近年对过热器管爆破事故和分析，约70%的爆管是由于长期超温而引起的。水冷壁、凝渣管以及省煤器管，偶然也会发生这类爆破损坏现象。长期超温爆管破口的特征是：破口呈粗糙脆性断面的大张口，管壁减薄不多，管子蠕胀也不甚显著，破口内壁往往有较厚的氧化铁层。破口的过些特征，与钢材在长期超温过行过程中，组织结构不断变介质的不断腐蚀有关。它首先产生微细的蠕胀裂纹和应力腐蚀裂纹，然后在继续超温运行过程中，微细裂纹不断形成和发展，最后引起爆管事故的发生。
35、什么是短时超温爆管？破口有何特征？
受热面管子在运行过程中，由于冷却条件恶化，管壁温度在短时间内突然上升，使钢材的抗拉强度急剧下降。在介质压力作用下，温度最高的向火侧，首先发生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。这种爆管称短时超温爆管，也称短时过热爆管，或者称为速蠕变损坏。短时超温爆管，多发生在水冷壁管和凝渣管上，特别是水冷壁热负荷最高的部位，如燃烧带附近及燃烧器周围的管子的向火侧。过热器也有发生短时超温爆管的可能。短时超温爆管的破口，一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的薄，因而承受不了介的压力而引起的剪切断裂造成的。另外，也与爆破时介质高速喷出，对炽热管壁产生激冷作用有关。
36、什么是淬火？淬火的目的是什么？
电厂把钢加热到某一适当温度，如亚共析钢加热至AC （表示钢在加热时铁素体全部溶入奥氏体的临界点）以上30——60℃，保持一定时间后，使其急速冷却的工艺过程淬火。淬火可采用水或油作为冷却介质。钢材淬火后，可使其硬度和强度有很大提高，并能改善某些物理化学性能。但由于快速冷却，会出现内应力，塑性和韧性也有所降低。为提高钢的综合性能，通常在淬火后再经高温回火处理的工艺称调质处理。
37、什么是回火？回火的确良目的是什么？
将钢件加热到低AC （表示钢在加热时珠光体转变为奥氏体的临界点）的某一温度，充分保温后，发一定速度进行冷却的热处理工艺，称为回火。回火的主要目的是：消除内应力，稳定组织，降低硬度，从而改善钢和综合机械性能。根据钢种和使用目的不同，回火时的加热温度和冷却方式也不完全相同。
低温回火：加热温度为150——250℃，主要目的是消除内应力和稳定组织，保持淬火后的性能。
中温回火：加热温度为350——450℃，可消除内应力，并使钢的弹性极限和韧性有较大的回升。这种回火采用在空气中进行冷却的方式。
高温回火：加热温度为450——670℃，可消除内应力，达到调整组织、提高综合性能的目的。管也管件的出厂处理和发电厂安装焊口的热处理多数属于高温回火处理。
38、什么是正火（正常化处理）？正火的目的是什么？
将钢加热至某一适当温度（AC 以上30——50℃），保温一定时间后，再在空气中缓慢冷却的工艺过程，称正火。正火的主要目的是细化金属组织晶粒，消除在锻、轧后的组织缺
陷，改善钢的机械性能（强度、韧性和塑性）。火力发电厂的管道用钢，大多采用正火处理。碳钢的可淬性较小，正火是最终热处理。对于合金钢，由于淬硬倾向强，正火后还需补以回火处理。
39、什么是退火？退火的目的确良是什么？
把钢加热到某一适当温度（大多在AC 以上），保温一定时间后再缓慢冷却的工艺过程，称退火。退火与正火火的主要区别是，正火冷却速度较快，正火后钢材的强度、硬度较高，韧性也较好。根据不同的退火目的，所加热的温度及冷却的速度是不完全一样的。退火所能达到的目的主在是：消除锻件及焊接结构的应力，消除冷加工后的加工应力，避免零件在加热和使用过程中产生变形及开裂；消除铸件和锻件的不均匀组织和粗大晶粒，消除合金钢硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，胀管时的管头，胀接前也要进行退火。
40、什么样叫金属冷加工硬化现象？
在工程中，有时需用对钢件进行冷加工，如锻打、压延、弯曲、冲压等。当冷加工产生塑性变形时，不但其外形发生了变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿受力方向被拉长。冷加工塑性变形较大时，还会产生较大内应力。这种现象称为冷加工硬化。利用冷加工硬化对钢材使用强度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及残存的内应力则是有害的。故一般在冷加工以后，还在进行回火处理予以消除。冷加工后变形的晶是不稳定的，加热后晶粒有恢复原状的趋势，这就是再结晶，出现再结晶时的温度称再晶温度。再结晶会使钢材强度和韧性降低，球化、石墨化进程加速。工程上对冷、热加工划分，不是以加工时是否加热来区别，而是以加工时的温度是否高于再结晶温度来划分。高于再结晶温度属热加工，低于再结晶温度即为冷加工。在低于再结晶温度下加工，冷加工硬化的一些缺陷就会出现。主蒸汽管道和再热蒸汽管道和工作温度均在再结晶温度的下限，冷加工硬化造成的危害作用时间长，因此，制订合金钢的弯制、锻打等热加工工艺时，对加工温度的下限作了严格规定，即热加工低于某一温度时应立即停止加工。否则，就等于进行冷加工，会出现冷加工硬化所造成的缺陷。
冷加工硬化现象有害处，但有时利用这一原理还可得到一定益处。如转轴弯曲后的直轴方法中，有一种捻打法，就是在弯轴的凹面进行冷加工，使轴的这部分金属表面延伸、硬化，并在内应力作用下达到直轴的目的