火电厂常用金属材料知识问答

火电厂常用金属材料知识问答3.1名词解释碳素钢：含碳量为0.02%～2.11%的铁碳合金，也称为碳素钢。在钢中不含有意加入的其他合金元素，但总会含有硅、锰、磷、硫、氧等少量杂质元素。按含碳量可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢；按组织可分为共析钢、亚共析钢、过共析钢；按质量可分为普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢；按硬度可分为极软钢、软钢、半软钢、半硬钢、硬钢、最硬钢；按用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢等。碳素钢是用途最广、用量最大的金属材料。优质碳素钢：是指在碳素钢中含S≤0.040%，P≤0.040%。高级优质碳素钢：是指在碳素钢中含S≤0.030%，P≤0.035%。铸铁：碳含量大于2%的铁–碳–硅合金的统称。此外还含有少量锰、磷、硫和其他微量元素。根据碳在铸铁中的主要存在形式、形状和形成过程，可分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、白口铸铁五大类。灰口铸铁：基体中的石墨呈无规则的片状，割裂着基体，其基体石墨形态为暗灰色（铸铁断口呈暗灰色）故称灰口铸铁。可锻铸铁：实际不可锻造，但其基体组织中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比灰口铁小的多，强度和韧性均大于灰口铁故称可锻铸铁。球墨铸铁：其组织中的石墨呈球状，大减小了使用时的应力集中。球墨铸铁强度、韧性比可锻铸铁高，很多情况下可代替铸钢使用。合金铸铁：在铸铁中加入合金元素，以提高其力学性能，或者提高其耐磨、耐蚀、耐热等性能，故有时称其为特殊性铸铁。铸造性能：液体金属浇铸成型的能力称为金属的铸造性能。铸造性能包括流动性、收缩率和偏析倾向等。锻造性能：材料承受锻压成型的能力，称为可锻性。金属材料的锻造性能可用金属的塑性和变型能力（强度）来衡量。焊接性能：金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，获得优质焊接接头的能力，称为金属材料的焊接性能。切削性能：金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。力学性能：金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形和破坏的能力以及接受变形的能力，称为材料的力学性能。金属材料常温力学性能指标有强度、塑性、韧性、硬度、断裂韧性等。耐热钢：在高温下具有高的热稳定性和足够的热强性的钢，称为耐热钢。不锈钢：在钢中加入铬并达到一定含量后可以提高其抗腐蚀的能力，能减少甚至不受某些介质的腐蚀。工程上一般将含铬量超过12%的钢称为不锈钢。黑色金属材料：将铁及其合金称为黑色金属材料。金属材料的物理性能：金属材料在力、热、光、电等物理作用下所反映的特性，称为金属材料的物理性能。金属材料的化学性能：金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温条件下，抵抗各种腐蚀性介质对其进行化学侵蚀的一种能力。金属材料的化学性能主要在于耐腐蚀性和抗氧化性两方面。铸铁：碳含量大于2%的铁–碳–硅合金的统称。此外还含有少量锰、磷、硫和其他微量元素。根据碳在铸铁中的主要存在形式、形状和形成过程，可分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、白口铸铁五大类。铸钢：碳含量低于2%的铸造铁–碳–硅合金的总称。按合金元素的含量可分为碳素铸钢，低合金铸钢，中合金铸钢和高合金铸钢；按组织可分为珠光体铸钢，铁素体铸钢和马氏体铸钢；按用途可分为耐热铸钢，耐蚀铸钢，无磁铸钢，模具用铸钢和特殊用途铸钢等。优质钢：杂质含量少，特别是硫、磷含量较少，品质和性能优良的钢。优质碳素结构钢硫和磷含量的上限为0.040%，有时还要低。优质碳素工具钢硫含量不大于0.030%，磷含量不大于0.035%，而高级优质碳素工具钢分别规定为不大于0.020%和0.030%。优质碳素钢一般都要经过热处理后使用。调质钢：淬火成马氏体后在500℃～650℃之间的温度范围内回火的调质处理用钢。经调质处理后，钢的强度、塑性及韧性有良好的配合。其化学成分是含碳量为0.25%～0.5%的碳素钢或低合金钢和中合金钢，调质处理后的金相组织为回火索氏体。正火钢：为了细化晶粒，提高钢的强度而经过正火热处理的钢。低碳钢：含碳量小于0.25%的碳素钢。有时还含有少量锰（0.70%～1.00%），属结构钢。按质量又可分为普通钢和优质钢，前者磷和硫的含量分别不大于0.045%和0.050%，后者分别不大于0.035%～0.040%和0.030%～0.040%。合金钢：为改善钢的使用性能和工艺性能，在碳素钢的基础上，加入适量合金元素的铁碳合金。按所含合金化元素总量的多少可分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。按用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊用途合金钢。按所含合金元素种类可分为铬钢、锰钢、硅钢、镍钢、铬钼钢、镍铬钢和钼钢等。按正火状态下金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、马氏体钢等。低合金钢：在碳素钢基础上，含有一定量的硅或锰合金元素以及少量其他合金元素，合金元素总含量小于5%的合金钢。亦可称为普通低合金钢。中合金钢：合金元素总含量为5%～10%的合金钢。高合金钢：合金元素总含量为超过10%的合金钢。耐热钢：在高温下既有足够的强度，良好的抗氧化性和抗腐蚀性，又有长期组织稳定性的钢的总称。主要是一些加入了铬、硅、铝、钼、钒、钨、铌、钛、硼及稀土等合金元素的合金钢。不锈钢：具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。铸造：将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形工艺。锻造：对金属毛坯施加压力或冲击力，使其产生塑性变形，制成所需几何形状、尺寸和组织性能的锻件的一种加工方法。3.2判断题锅炉受压元件所用的金属材料，其化学成分、机械性能等应有质量合格证明书，并符合国家有关标准规定。（√）金属的化学性能是指金属抵抗各种介质侵蚀的能力。（×）20G钢中的“G”表示锅炉用钢板。（×）12Cr2MoWVTiB是贝氏体耐热钢，其铬钼元素含量分别为12%和2%。（×）所谓一次结晶就是指钢从液态转变为固态时的结晶，二次结晶是指固态相变时的重结晶。（）含铬量越高，钢的可焊性越好。（×）按化学成分分类，钢可分为碳素钢和合金钢等两大类。（）沸腾钢脱氧完全、质量好，常用作锅炉钢管。（×）我国相关标准是按合金钢的用途把它们分为三类，即结构钢、工具钢和特殊性能钢。（√）16MnR钢的含Mn量为0.16%。（×）奥氏体不锈钢设备及元件允许分段进行稳定化或固定溶化处理。（×）普通低合金钢的16Mn钢管，推荐使用温度－40～450℃，允许的上限温度475℃。（√）检修中使用代用材料应征得金属技术监督专职工程师的同意，并经总工程师批准。（√）材料质量证明书缺项或数据不全的应补检，检验方法、范围及数量应符合相关规定。（√）异种钢焊缝上必要时可以开孔。（×）焊接热处理所使用的计量器具经过校验就可以使用。（×）有应力腐蚀可能性的焊接接头，其厚度≥35mm，应进行焊后热处理。（×）12Cr1MoV是马氏体钢。（×）T23、T24钢的微观组织为贝氏体-马氏体钢。（）锅炉汽包的主要损伤为低周疲劳损伤。（）蒸汽管道的主要损伤为蠕变损伤。（）锅炉汽包的最危险部位为纵焊缝。（×）应为主下降管主蒸汽管道的最危险部位是焊缝和弯管部位。（）正常运行工况下，高压锅炉水冷壁管长期运行后会产生蠕变损伤。（×）减温器联箱常见的损伤为套管的开裂。（）锅炉水压试验的水温应高于材料的韧脆转变温度。（）TP347HFG中“FG”的含义是“奥氏体组织”。（×）P/T22与10CrMo910性能相当。（）20g和20G是两种不同的材料。（×）P91比T91材料等级高。（×）高温受热面管材内壁喷丸处理可以提高材料的抗蒸汽氧化能力。（）目前电厂锅炉受热面管大量使用奥氏体不锈钢面临的主要问题是内壁氧化皮剥落堵塞爆管。（×）3.3选择题Q235-A中的“235”是指（c）。

a.含C量；b.σb大小；c.σs大小.下述材料中哪种材料的焊缝金属应保证其化学成份和力学性能，且需控制抗拉强度上限（a）。

a.铬钼低合金钢；b.高合金钢；c.碳素钢；d.低温用低合钢。钢板、钢管及锻件如果厚度或截面尺寸越大，采用同样安全系数的条件下，其许用应力值（b）。

a.越大；b.越小；c.不变。Q235-A，Q235-B，Q235-C之间的主要区别是：（c）。

a.σa、σb不同；b.冲击试验温度不同；

c.Q235-A保证化学成份，Q235-B保证机械性能，Q235-C既保证化学成份又保证机构性能。钢材从固态转变为液态的温度称为（a）。a.熔点；b.冰点；c.沸点。钢中常见的五种基本元素是（a）。a.碳、锰、硅、硫、磷；b.铁、钒、碳、锰、硅；c.碳、硫、磷、铁、锰。珠光体耐热钢是以（c）为基本合金元素的低合金钢。a.Si、Mn；b.Cr、Ni；c.Cr、Mo。10CrMo910钢的平均含碳量为（b）。a.≤0.09%；b.0.10%；c.1.0%。12Cr1MoV钢属于（b）。a.普通低合金高强钢；b.珠光体耐热钢；c.马氏体耐热钢。1Cr18Ni9Ti属于（c）不锈钢。a.马氏体；b.铁素体；c.奥氏体。在铬镍奥氏体钢中，最能影响抗晶间腐蚀性能的元素是（c）。a.S；b.C；c.Si。15Cr1Mo1V主要应用壁温（b）℃的蒸汽管道和集箱。a.≤450；b.≤580；c.≤620。12Cr1Mo1V在（b）℃时仍具有高的热强性和抗氧化性能，并具有高的持久塑性。

a.≤450；b.≤580；c.≤620。对大口径厚壁P91钢管，焊接完成后必须将材料缓慢冷却至（a）℃；壁厚在12.5mm以下时可冷却至室温，然后升温进行回火处理。a.100～150；b.250；c.300。下列材料中属于低碳钢的是（b）a.16Mng；b.20g；c.16MnR；d.1Cr18Ni9Ti。一些蒸汽锅炉水冷壁管在与集箱连接时，进行冷拉使水冷壁与集箱对正，然后焊接，冷拉的主要目的是（a）。a.产生附加残余应力；b.便于连接找正；c.选择合适的对口间隙。常用钢的热处理工艺有（a、b、c）。a.退火；b.正火；c.回火。超超临界锅炉高温过热器、再热器管用钢为（a、b、c）。a.Super304；b.TP347HFG；c.HR3C。高温过热器管的主要损伤特征是（a、b、c）。a.蠕变；b.管子向火侧内壁的蒸汽氧化；c.高温烟气腐蚀。P91、P92钢焊缝存在的主要问题是（b）。a.焊缝强度低；b.焊缝韧性低；c.焊缝熔合性差。P91钢的铬含量为（a）。a.8.0～9.5%；b.12.0%；c.9.0%。P91、P92钢是一种新型（a）。a.马氏体钢；b.贝氏体钢；c.铁素体钢。奥氏体不锈钢Super304和TP347HFG的细晶粒主要目的在于（b）。a.提高高温强度；b.提高抗蒸汽氧化的能力；c.增加韧性。奥氏体不锈钢的稳定化处理目的是（c）。a.提高强度；b.稳定组织；c.防止晶间腐蚀。下列那一种钢中会出现Laves相（c）。a.T24；b.TP304H；c.P91。下列材料哪种材料的抗高温腐蚀和抗高温蒸汽氧化性能较高？（a）a.Super304H；b.TP304H；c.TP321H。3.4问答题选择材料的五条原则是什么？答：（a）使用环境和工作条件（压力、温度、介质、工作特点）；

（b）材料焊接和冷热加工能力；

（c）结构及制造工艺；

（d）材料来源及经济性；

（e）用材的统一。什么情况下采取整体补强结构？答：（a）高强钢σb>540MPa，和铬钼钢制造的容器；（b）补强圈的厚度超过被补强件壁厚1.5倍或超过Smax（碳素钢；Smax=34mm，16MnR；Smax=30mm，15MnVR；Smax=28mm）；

（c）设计压力≥4.0MPa；

（d）设计温度>350℃；

（e）极度危害介质的压力容器。简述火电机组用钢的特点？答：低的碳含量、用量大、品种多、要求高、长期运行后发生组织老化。工程部件选材的基本原则？答：根据部件的服役条件选择材料的使用性能，使用性能包括材料的理化性能和工艺性能。低、中碳钢的碳含量范围？答：低碳钢（碳含量≤0.25%）；中碳钢（碳含量：0.25%～0.60%）。低合金钢、中合金钢和高合金钢合金元素含量范围？答：低合金钢（合金元素含量≤5%）；中合金钢（合金元素含量>5%～10%）；高合金钢（合金元素含量>10%）。锅炉钢、汽轮机主要的热处理工艺？答：锅炉钢：正火+回火；汽轮机：淬火+回火。奥氏体不锈钢Super304和TP347HFG的细晶粒主要目的在于？答：提高抗蒸汽氧化的能力说出目前在我国火电机组中常用的9-12%Cr钢的牌号？答：T91P91T92P92。P91、P92钢焊缝存在的主要问题是？答：焊缝韧性低。说出目前在我国超超临界锅炉在中常用的新型奥氏体不锈钢的牌号，HR3C钢主要合金元素Cr、Ni含量？答：Super304HTP347HFGHR3C；HR3CCr含量为（25%），Ni含量为（20%）。合金钢管或壁厚大于30mm的低碳钢管焊接后为什么要进行热处理?如何进行?答：主要是为了提高焊口的综合性能。对合金钢管子焊口进行热处理的目的是：①消除焊接接头的残余应力；②改善接头的金属组织。

但是对于用氩弧焊或低氢焊条施焊的焊缝焊前预热焊后适当缓冷。①壁厚小于或等于10mm，直径≤108mm材料为15CrMo、12Cr2Mo的管子；②壁厚小于或等于8mm直径≤108mm材料为的12Cr1MoV的管子；③壁厚小于或等于6mm，直径≤63mm的12Cr2MoWVTiB的管子焊后可不做热处理。

恒温时间按照壁厚每12.5mm恒温0.5小时计算，大于12.5mm小于25mm按1小时计算。升降温速度按250×25/T（T为管子壁厚）单位为℃/小时。对于特殊材料的升降温速度按照工艺评定执行。#20钢常用在锅炉的那些部位？

答：常用在低压锅炉的省煤器、水冷壁、低温过热器、给水管、下降管及其相应的联箱。12Cr1MoV是什么钢种？使用温度上限是多少？

答：12Cr1MoV为珠光体热强钢。应用于壁温小于580℃的受热面管子、壁温小于570℃的联箱和蒸汽管道。对于锅炉受压元件的材料代用，什么情况下应按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的要求向原图样审批备案？答：锅炉受压元件材料代用遇有下列情况之一时，除应征得原设计单位同意外，还应报原图样审批单位备案：（a）用强度低的材料代替强度高的材料；（b）用厚度小的材料代替厚度大的材料（用于额定蒸汽压力小于或等于1.6MPa锅炉上的受热面管子除外）；（c）代用的钢管公称不同于原来的钢管公称外径。简述提高锅炉高温受热面管材抗蒸汽氧化能力的措施？答：管子内壁镀Cr，奥氏体不锈钢管子内壁喷丸处理，提高钢管材料的Cr含量，钢管材料的细晶粒化处理。简述Super304H和HR3C的金相组织及晶粒度？答：Super304H经固溶处理后，金相组织应为奥氏体+细小弥散的第二相沉淀物，晶粒度应为7-10级。HR3C固溶处理后，金相组织为奥氏体+细小弥散沉淀物，是粗晶钢，晶粒度应为7级或更粗。简述过热器管和再热器管对金属材料的要求？

答：（a）具有足够高的蠕变强度、持久强度和持久塑性，并在高温、长期运行过程中，具有相对稳定的组织和性能。对于低合金钢管，在整个使用期内，外径蠕变变形量不应大于2.5%；对于碳素钢管，不应大于3.5%；对于T91，应不大于1.2%；对于奥氏体不锈钢，应不大于4.5%。

（b）具有高的抗氧化性能，所用材料应属1级完全抗氧化性材料，工作温度下的氧化速度应小于0.1mm/a。

（c）具有良好的冷、热加工工艺性能和焊接性能。简述水冷壁管和省煤器管对金属材料的要求？

答：（a）应具有一定的室温强度和高温强度，使管壁厚度不致过厚，从而