Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Т01 Изделия КРС.docx
Скачиваний:
8
Добавлен:
29.07.2019
Размер:
338.23 Кб
Скачать

ЛЕКЦИЯ № 1 – 2 часа

Тема 1: введение. Изделия котло-реакторостроения, применяемые материалы

План лекции:

  • общая характеристика курса;

  • изделия котло- реакторостроения, служебное назначение, материалы, применяемые в котло- реакторостроении: чёрные и цветные металлы, их сплавы, неметаллические материалы;

  • основные методы получения конструкционных материалов;

  • классификация способов получения заготовок.

Общая характеристика курса

Программой предусмотрено 34 часа лекций, 17 часов практических занятий, 17 часов лабораторных занятий, а также ИДЗ и экзамен в конце семестра.

Что изучает дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»?

Материаловедение наука, изучающая строение и свойства металлов и устанавливающая связь между их составом, строением и свойствами.

Технология – это совокупность операций по изготовлению изделия или детали. Проще можно сказать: из чего, каким инструментом, на каком оборудовании и в какой последовательности изготовить нужное изделие. Сейчас все эти понятия часто обозначают английским выражением “know how” – «знать, как». В технологию входят особенности режима обработки, применение вспомогательных веществ (смазки, охлаждающие среды) и многое другое.

Существует взаимосвязь между двумя составными частями нашего курса: совершенствование технологии позволяет получить качественно новый материал, а новый материал дает новые возможности конструкторам и технологам, и возникает новая технология.

Новая технология

Технология

Новый материал

Изделия котло- реакторостроения, служебное назначение, материалы, применяемые в котло- реакторостроении: чёрные и цветные металлы, их сплавы, неметаллические материалы;

Развитие энергетики в стране происходило первоначально по пути создания преимущественно крупных тепловых электростанций с агрегатами большой единичной мощности. Изготавливаются барабанные котлы с естественной циркуляцией с параметрами пара 10Мпа, 510 0С, прямоточные котлы высокого давления и т.д.

На данном этапе развития энергетики получило развитие атомного машиностроения, специализирующегося на выпуске корпусных реакторов и другого оборудования для АЭС (например, трубопроводная арматура атомных и тепловых станций: задвижки запорные, предохранительная арматура атомных и тепловых станций, дроссельно-регулирующая арматура и т.д.).

Классификация сталей, применяемых в котлостроении

По применению

По химическому составу

По структуре

По технологии производства

1. Строительная сталь – для металлоконструкций и сосудов низкого давления

1. Углеродистая (мало-, средне- и высокоуглеродистая)

1. Перлитная, имеющая после нормализации структуру:

  • перлит;

  • перлит + феррит;

  • перлит + эвтектоидный карбид

1. Обыкновенного качества, выплавляемая в мартеновской печи или конверторе с повышенным содержанием серы, фосфора, неметаллических включений

2. Конструкционная (машиностроительная) – для всех элементов парового котла

2. Легированная (низко, средне- и высоколегированная)

2. Мартенситная, имеющая после охлаждения на воздухе мартенситную структуру

2. Качественная углеродистая или легированная, выплавляемая в мартеновских печах при строгом соблюдении режимов плавки, с меньшим содержанием серы, фосфора и неметаллических включений

3. Инструментальная – для инструмента и оснастки

3. Аустенитная, в которой под влиянием легирующих элементов фиксируется аустенит

3. Высококачественная углеродистая или легированная, выплавляемая в электрических или кислых мартеновских печах, с незначительным содержанием серы, фосфора и неметаллических включений (0,020 … 0,035)

4. Ферритная, имеющая после нормализации структуру:

  • феррит;

  • феррит + карбид

4. Особовысококачественная легированная, выплавляемая в электрических печах, в вакууме совершенными способами электроплавки, с минимальным содержанием вредных примесей

5. Карбидная с высоким содержанием углерода и карбидообразующих элементов

Все материалы по химической основе делятся на две основные группы –

металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов.

В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90 % всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.

Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы – пластмассы, керамика, резина и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10 %) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят ме­таллические, не оправдалось.

Конструкционные материалы предназначены для изготовления деталей и конструкций, работающих под механическими нагрузками. Основное требование к конструкционным материалам – не разрушаться и не деформироваться при эксплуатации. Кроме того, материалы должны быть экономичными (недорогими, недефицитными) и технологичными, т. е. из них должно быть технически возможно изготовить нужное изделие с минимальными затратами труда и энергии.

В современной технике используются следующие группы конструкционных материалов:

1) металлы и их сплавы;

2) полимеры (пластмассы);

3) керамика;

4) стекла;

5) композиционные материалы.

В котло- реакторостроении широко применяются чёрные и цветные металлы, их сплавы, неметаллические материалы.

На современном этапе развития техники в наибольшей степени удовлетворяют требованиям быть прочными, надежными, долговечными – и одновременно технологичными и экономичными – металлы и сплавы.

Композиционные материалы все шире используются в самых разных областях, но все же пока они дороги и технология их производства сложна. Поэтому до 80 % объема всех выпускаемых конструкционных материалов составляют металлы.

В котло- и реакторостроении они являются основными материалами для машин и конструкций. Поэтому мы будем рассматривать технологию производства изделий из металлов и технологию получения самого металла.

Например, котельная сталь это сталь для деталей котельных установок, работающих при повышенных температурах, в контакте с водяной и паровой средами.

От котельной стали требуется удовлетворительная характеристика жаростойкости, включающая сопротивление ползучести и длительности выдержки характеристик при высокой температуре;

  • прочность; пластичность, в условиях длительного нагружения;

  • устойчивость противоокалино-образования, водяной и паровой коррозии и др.;

  • стабильность свойств при данной температуре;

  • релаксационная стойкость при данной температуре (для крепежных деталей);

  • устойчивость при повторных нагрузках;

  • малая склонность к старению, графитизации и сфероидизации.

При выборе марок котельной стали обычно учитывают условия, при которых должны работать соответствующие детали: температуру, напряжение, срок службы и допустимую деформацию за этот срок.

В зависимости от условий эксплуатации в качестве котельной стали используются:

  • углеродистая сталь низколегированная сталь;

  • легированная сталь перлитного и аустенитного классов.

Малоуглеродистая и низколегированная стали выплавляются в мартеновских печах и поставляются в горячекатаном состоянии, термообработка (нормализация или нормализация с отпуском) производится по требованию заказчика.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, I5K, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Широко применяются в котлостроении чугуны, но только для изготовления деталей, не подверженных значительному давлению среды.

Например, ковкий чугун марок КЧ 30 – 6, КЧ – 37 – 12 или КЧ 60 – 3. Котлы из этого ковкого чугуна используют при производстве пароводяной арматуры с давлением среды до 4 Мпа и температурой до 300 0С.

Серый чугун с пластинчатым графитом марок СЧ 20, СЧ 30. Из серого чугуна изготавливают колонки дистанционного управления, корпуса приводных устройств арматуры, втулки шпинделя, маховики запорной арматуры и др. детали котлостроения.

Высокопрочный чугун применяют вместо стали или ковкого чугуна для изготовления ответственных деталей.

Легированный чугун применяют для отливок повышенной жаропрочности: паровые котлы, работающие при высоких температурах топочных газов, не находящихся под давлением. Из легированного чугуна получают детали подвесок труб перегревателей, экономайзера, пылеугольных горелок, колосников и др. Чугун может легироваться хромом от 0,4 до 34 % и использован при температуре 1100 0С. Марок ЧХ 1, ЧХ 2, ЧХ 22 и т.д. Чугун может быть легирован кремнием от 4,5 до 18 %, в этом случае он маркируется ЧС 5 и пр. Наиболее жаростойкие марки чугунов легируют алюминием от 0,6 до 31 %, или хромом и кремнием одновременно.

Материалы, из которых строят реакторы, работают при высокой температуре в поле нейтронов, γ-квантов и осколков деления. Поэтому для реакторостроения пригодны не все материалы, применяемые в других отраслях техники. При выборе реакторных материалов учитывают их радиационную стойкость, химическую инертность, сечение поглощения и другие свойства.

Материал

Плотность, г/см³

Макроскопическое сечение поглощения Εм−1

тепловых нейтронов

нейтронов спектра деления

Алюминий

2,7

1,3

2,5×10−3

Магний

1,74

0,14

3×10−3

Цирконий

6,4

0,76

4×10−2

Нержавеющая сталь

8,0

24,7

1×10−1

У большинства материалов прочностные свойства резко ухудшаются с увеличением температуры. В энергетических реакторах конструкционные материалы работают при высоких температурах. Это ограничивает выбор конструкционных материалов, особенно для тех деталей энергетического реактора, которые должны выдерживать высокое давление.