Классификация сталей по применению и химическому составу представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Спектр сортамента сталей

Сталь углеродистая обыкновенного качества маркируется обозначениями: Ст 0, Ст 1, Ст 2,…Ст 6. Нумерация идет в порядке возрастания твёрдости, предела прочности и снижения пластичности.

Сталь углеродистая качественная конструкционная маркируется обозначениями: Сталь 08, Сталь 10, Сталь 15, Сталь 20, …, Сталь 85. Число в обозначении марки стали отражает содержание углерода в сотых долях процентов. Сталь с повышенным содержанием марганца в обозначении имеет дополнительную буквенную индексацию: Сталь 15 Г, Сталь 20 Г и т. д. Эти стали характеризуются как жаростойкие и используются для изготовления элементов тепловоспринимающих поверхностей котельных агрегатов.

Высокоуглеродистая инструментальная сталь маркируется обозначениями: У-10, У-12. Число в обозначении марки стали отражает содержание углерода в десятых долях процентов.

Сталь легированная конструкционная маркируется обозначениями: 15Х13Н7С2А. Первое число в обозначении марки стали (15) отражает содержание углерода в сотых долях процентов, то есть – 0,15 %С. Буквы X, H, C отражают наименования химических элементов (хрома, никеля, кремния). Число (13) и цифры (7), (2) отражают процентное содержание соответствующих химических элементов в составе стали. Буква (А) обозначает сталь высокого качества с минимальным содержанием серы и фосфора.

Обычные и качественные стали

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на 2 класса: обыкновенного качества по ГОСТ 380-71^* и качественные по ГОСТ 1050-74^*. В зависимости от условий и степени «раскисления» различают следующие виды сталей.

СП – спокойные стали. Их получают в результате полного раскисления в печи. Они содержат минимальное количество закиси железа (FeO), что обеспечивает «спокойное» остывание в ковше. В верхней части ковша образуется усадочная раковина и рыхлость. Но основной металл имеет равномер-

ную структуру.

КП – кипящие стали. Это полностью нераскисленные стали (без деформации). При их застывании закись железа реагирует с углеродом металла, образуя угарный газ (СО). Они более дешевые, чем спокойные, но склонны к старению и хладноломкости, хуже свариваются. Эти стали хорошо штампуются.

ПС – полуспокойные стали. Физико-химические характеристики этих сталей занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями.

Для изготовления элементов котлов, работающих под давлением, должны применяться изделия только из спокойной стали, выплавленной мартеновским способом или в электропечах. Качество и свойства материалов должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов и ТУ, что должно подтверждаться сертификатами заводов изготовителей.

Стали обыкновенного качества в меньшей степени очищаются от серы (S) и фосфора (Р) и имеют большое количество неметаллических включений. В зависимости от назначения и гарантируемых свойств они делятся на 3 группы: А, Б, В. С учетом нормируемых показателей каждая группа делится на категории: 0, 1, 2, 3, …, 6 (с повышением категории возрастают нормируемые показатели).

Примеры обозначения: Ст.3 пс 2; Б Ст.3 кп 2; В Ст.3 сп 2 (первую группу не указывают).

Группа «A». Сталь поставляется по механическим свойствам без уточнения химического состава (буква «A» в обозначении не указывается).

Группа «Б». Сталь поставляется с гарантированным химическим составом.

Группа «В». Сталь поставляется повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Стали обыкновенного качества не применяются для изготовления элементов котлов, находящихся под рабочим давлением. Прокат из сталей обыкновенного качества используют для каркаса и лестниц котла, переходов и коробов, баков и т. д.

Из сталей обыкновенного качества выпускаются следующие виды проката:

– трубы круглые и квадратные;

– уголок равнобокий и неравнобокий;

– швеллеры;

– двутавровые балки;

– листовой и полосовой прокат;

– круг; шестигранник; квадрат;

– проволока; просечка; рифленка;

– болты и гайки для неответственных углов

Качественные углеродистые стали выплавляются с более строгим соблюдением состава (содержание серы  0,04%; фосфора  0,035%). Маркируются цифрами 08, 10, 15, 20,…,85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Используются для изготовления труб различных диаметров и другого проката, перечисленного выше.

Легирующие элементы в конструкционных сталях

Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром, никель, кремний и марганец. Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор вводят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем. Легированные стали также маркируются цифрами и буквами. Двузначные цифры вначале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы обозначают легирующий элемент: «A» – азот; «Б» – ниобий; «В» – вольфрам; «Г» – марганец; «Д» – медь; «Е» – селен; «K» – кобальт; «H» – никель; «M» – молибден; «C» – кремний; «T» – титан; «Ф» – ванадий; «X» – хром; «Ц» – цирконий; «Ю» – алюминий.

Цифры после букв указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры означает, что содержание элемента находится в пределах 1  1,5 %. Сталь с пониженным содержанием серы и фосфора имеет в конце обозначения букву «A».

Пример обозначения: 18ХГТА ( 0,18 % углерода;  1 % хрома;  1 % марганца;  1 % титана; пониженное содержание серы и фосфора).

В зависимости от содержания углерода и легирующих добавок легированные стали по структуре разделяются на классы: перлитный, аустенитный и ферритный.

Инструментальные стали являются углеродистыми сталями, к числу которых относят: У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А), У12 (У12А), У13 (У13А). В отожженном состоянии они хорошо обрабатываются, после закалки получают высокую твёрдость, обладают высокой теплостойкостью.

Стальные трубы

Для элементов, работающих под давлением, должны применяться трубы из спокойной стали, выплавленной мартеновским способом или в электропечах. Область применения труб, объём и виды испытаний устанавливаются требованиями Госгортехнадзора России.

Разрешается применение труб с продольными сварными швами по специальным техническим условиям (ТУ), согласованным с Госгортехнадзором и обязательным контролем качества сварного шва по всей длине. Остальные требования должны быть не ниже, чем установленные для бесшовных труб.

Механические и технологические испытания проводятся от партии труб, кроме труб, предназначенных для камер с Р_раб > 100 кгс/см², которые испытывают поштучно. Испытания на ударную вязкость труб с толщиной стенки менее 12 мм не обязательно.

Химический анализ от плавки обязателен для сталей всех марок.

Гидравлическое испытание обязательно для каждой трубы.

При работе на топливе, вызывающем интенсивную коррозию (сернистое топливо), допускаемая температура нагруженной поверхности нагрева принимается с учётом опытных данных по коррозионной стойкости стали.

Испытание на раздачу производится на трубах, которые соединяются с барабанами и трубными решетками при помощи вальцовки.

Для трубных гнутых заготовок применяются только бесшовные трубы.

Чугуны. Сплавы железа с углеродом при концентрации углерода более 2,14 % называют чугунами.

Различают следующие группы чугунов: серый, высокопрочный и ковкий.

Применение чугунных отливок для элементов котлов, пароперегревателей и экономайзеров допускается для следующих видов арматуры:

^_ для предохранительных и обратных клапанов;

– для запорных устройств в зависимости от рабочего давления, температуры и условного прохода.

Механические свойства чугунов различных марок представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Механические свойства чугунов различных марок

№ п/п	Рраб, кГс/см2	t, ºС (не более)	ДУ, мм	Марка (не ниже)
1	8	300	300	СЧ 15-32 *
2	13	300	200	СЧ 15-32 *
3	20	300	100	КЧ 30-6 **

* – первые две цифры обозначают предел прочности на растяжение, вторые – на изгиб;

** – первые две цифры обозначают предел прочности на растяжение, вторая – относительное удлинение.

Применять запорную и продувочную арматуру из серого чугуна запрещено.

Для спускной и продувочной арматуры с рабочим давлением Р_раб < 15 кГс/см² и температурой пара t < 300 ºС допускается применение чугунов марок не ниже КЧ 30-6.

Для труб поверхностей нагрева, коллекторов и камер экономайзеров, установленных на котлах с рабочим давлением Р_раб < 23 кГс/см² допускается применение чугунов марок не ниже СЧ 12-28.

Соединение элементов арматуры котельных агрегатов допускается только на фланцах. По результатам сборки конструкция подвергается гидравлическим испытаниям пробным давлением.

Цветные металлы

В котлостроении применяются сплавы на медной основе:

^_ латуни, представляющие собой сплавы меди с цинком;

^_ бронзы, представляющие собой сплавы меди с различными химическими элементами (оловом, цинком, железом, бериллием, хромом и т. д.).

Бронза и латунь допускаются к применению для изготовления деталей арматуры и элементов контрольно-измерительных приборов, работающих при температуре рабочей среды не выше 250 ºС. Гидравлические испытания такой арматуры производятся по ГОСТ 356-68*.

Латуни применяют в пароводяных и водоводяных подогревателях при изготовлении рабочих поверхностей теплообмена, которые представляют собой пучок латунных трубок. Как правило, для этой цели используется латунь марки Л 68, имеющая состав: 68 % меди; остальное – цинк. Трубки крепятся в трубных досках при помощи вальцовки и имеют геометрические характеристики:  16  1,0;  16  1,5;  22  1,5).

Специальные литейные латуни используются для деталей приборов и подшипников скольжения (ЛК 80-3Л; ЛАЖМц 66-6-3-2; ЛКС 80-3-3; ЛМцЖ 52-4-1).

Бронзы бывают: оловянистые и безоловянистые, алюминиевые, бериллиевые, свинцовые. Эти бронзы имеют высокие антифрикционные свойства и применяются подшипниках скольжения, ходовых гайках запорной арматуры, а также в качестве уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

Оловянистые бронзы применяются реже, так как они дороже. Это бронзы марок: БрОЦ 4-3; БрОЦС 5-5-5. В промышленной теплоэнергетике чаще используют безоловянистые бронзы марок: БрАЖН 10-4-4; БрАЖ 9-4; БрБ 2; БрС 30.