高温运行设备材料损伤与剩余寿命-1

来源：五一七教育网

第2部分高温运行设备材料损伤与剩余寿命

第1章高温运行设备材料性能要求

1.1 高温的定义

高温容器及高温管道一般以350℃为界，而高温炉管通常指500℃以上。例如GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》规定，高温（管道工作温度高于250℃）或低温（管道工作温度低于-20℃）管道的螺栓，在试运行时应按规定进行热态或冷态紧固。又如，GB150-98《钢制压力容器》附录F“钢材高温性能”中给出了钢材在400℃及以上温度10万小时的持久强度值，隐含400℃为高温环境。而GBJ235-82《工业管道工程施工及验收规范》（金属管道篇）、原中石化公司SH01005-92《工业管道维护检修规范》、原化工部HG25002-91《管道阀门维护检修规范》、原化工部95年颁发的《化工企业压力管道管理规定》和《化工企业压力管道检验规程》等规范(规程)则要求碳素钢370℃以上，合金钢及不锈钢450℃以上，压力管道的类别要提高，这说明对碳素钢370℃是高温界限，而对合金钢及不锈钢450℃才算是高温。

表2-1-1 管道热态紧固、冷态紧固温度（℃）（GB50235-97）管道工作温度 250～350 >350 －20～－70 <－70 一次热、冷紧温度工作温度 350 工作温度－70 二次热、冷紧温度－－工作温度－－工作温度说明：250℃和350℃对压力管道来说是两个表示高温的分界值。 1.2 高温装置举例

（1）工业领域高温装置举例见表2-1-2。

表2-1-2 高温领域举例

领域航天与航空煤的转化车辆石油化工原子能工业冶金工业无机材料火力发电装置或设备举例发动机、燃气轮机、火箭气化、液化装置排气阀、热发生器、增压器、烧嘴加热炉、裂解炉、裂化、转化等装置反应堆用（燃料棒元体定位架、包壳材料）、高温气体炉传送带、炉子、通风机、热处理炉、导板、模具玻璃业、玻璃纤维业、水泥、搪瓷、陶瓷锅炉、管道、汽轮机（2）石油炼制和石化工业中典型的高温装置

表2-1-3和表2-1-4分别为炼油装置和石化装置的高温部位举例。

表2-1-3 炼油装置中高温部位举例

装置名称常减压蒸馏装置催化裂化装置催化重整加氢精制加氢裂化制氢延迟焦化合成氨温度（℃）～370 ～410 650～750 400 320～370 ～500 320～370 300～420 380～450 500 700～850 700～800 500～505 300～550 备注常压加热炉出口进常压塔减压加热炉出口进减压塔正常反应时反应器内温度～500℃再生时650～750 ℃ 原料预热加热炉出口预加氢反应温度（临氢）重整反应温度（临氢）后加氢反应温度（临氢） 7.85Mpa （临氢） 8～20Mpa （临氢）废热锅炉出口进入转化炉管时转化温度中压蒸汽发生器转化氢制蒸汽进入焦化塔进行焦化 10～100MPa (临氢) 表2-1-4 石油化工装置中高温部位举例

装置名称甲醇温度（℃） 900 240～270 360～420 甲醛乙烯 600～700 400～600 538或670 800～863 550 515～540 聚苯乙烯备注造气部分反应温度合成部分低压法压力4.90MPa 临氢合成部分高压法压力31.83MPa 临氢氧化甲醇氧化甲烷裂解炉对流段预热裂解炉辐射段裂解废热锅炉高温蒸汽 12.5～10.0MPa 预热器管内430～560℃ 管外590～650℃ 反应器管内545～580℃ 管外650～780℃

1.3 高温下对金属材料的基本要求

（1）优异的、综合的高温力学性能

优良的抗蠕变性能、高温持久强度、良好的高温疲劳性能、适当的高温塑性等（2）在相应的工作环境中具有良好的耐高温腐蚀性能耐高温氧化、耐高温流化、耐高温腐蚀（混合气氛）（3）足够好的冶炼加工等工艺性能复杂形状工件成形，化学成分要求严格。（4）适宜的经济可行性

材料寿命+材料成本+加工成本+部件可更换性+安全可靠性＝选材

第2章金属材料的高温力学性能

2.1 高温承载金属力学行为特点

与常温承载相比，高温承载的金属力学行为具有如下特点（见图2-2-1～2-2-1）。

(a) 低碳钢 (b) 1Cr18Ni9Ti不锈钢

图2-2-1 低碳钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢在各种温度下的拉伸曲线

图2-2-2 20号钢、15CrMo钢和图2-2-3 20号钢、15CrMo钢和

18-8不锈钢的σb-T曲线 18-8不锈钢的σ0.2-T曲线

(1) s随温度升高而降低，塑性则随温度升高而增加。 (2) 力学行为及性能与载荷持续时间密切相关。

① 在高温下即使承受应力小于该温度下之屈服强度s，随着承载时间的增加零件也产生缓慢而

连续的塑性变形，称此现象为金属的蠕变。

② 在高温下，抗拉强度b随承载时间的增加而下降。

③ 在高温下，随承载时间的增加塑性显著下降，缺口敏感性增加，断裂往往呈脆断现象。 (3) 温度影响零件的微观断裂方式。温度较高时，材料有可能由穿晶断裂变为沿晶断裂。 (4) 随着温度的升高，环境介质对材料的腐蚀作用加剧，将影响材料的力学性能。

综上可知，温度与时间是影响金属高温力学行为的重要因素。研究金属高温力学行为必须研究温度、应力、应变和时间的关系。

图2-2-4 20号钢、15CrMo钢的δ-T曲线图2-2-5 20号钢、15CrMo钢的ψ-T曲线

2.2 金属材料的蠕变

金属在一定温度、一定应力（即使小于s）作用下，随着时间的增加缓慢连续产生塑性变形的现象称为蠕变。

晶粒在最易错动的晶面或晶界上发生滑移是蠕变变形的主要原因。同时，蠕变也使晶格歪曲、破碎和材料硬化，使继续滑移受到。因此钢材在350℃以下不发生蠕变。但在高温下金属的晶界首先发生软化，蠕变得以发生和继续，一直延续到断裂。蠕变使材料损伤主要是在晶界上先形成微小的空洞，空洞不断的变大和相互连通，并逐步形成沿晶的微裂纹，直至形成宏观裂纹，扩展后断裂。在断裂之前宏观上表现出宏观变形不断增加。

反映蠕变从开始直到最终断裂过程变化规律的曲线称为蠕变曲线，金属的蠕变过程可用蠕变曲线描述，如图2-2-6所示。图中0a是试样加载后引起的瞬时应变0，一般为弹性应变，若外加应力大于s，则还包括塑性应变。0a表示的是载荷引起的一般形变过程。蠕变从a点开始，依蠕变速度的变化情况，蠕变过程可分为三个阶段。

第一阶段（ab）是减速蠕变阶段。开始蠕变时速度很大，随着时间延长，逐渐减小，到b点时达到最小值。

第二阶段（bc）是恒速蠕变阶段。几乎保持不变，也是最小的阶段。

。。。ddt。第三阶段（cd）是加速蠕变阶段。迅速增大，至d点因蠕变而导致零件断裂，称蠕变断裂。

不同零件材料蠕变曲线不同。同种材料蠕变曲线与温度及应力有关，应力较小或温度较低时第二阶段延续很长。反之则第二阶段可能很短，甚至消失，这时只有一、三阶段，材料将在短时间断裂

。图2-2-6 典型蠕变曲线

为了说明金属材料在某一温度条件下抵抗蠕变的能力，必须把“强度”的概念与“蠕变变形”的概念联系起来，这就是条件蠕变极限。即条件蠕变极限是高温长期载荷作用下零件对塑性变形的抗力指标。一般有两种确定方法（确定的蠕变极限称为条件蠕变极限）。

① 在给定温度T下规定的试验时间t内，使试样产生允许的蠕变变形量δ(％)的应力值，记为：

Tt (MPa)

tt例如1/105代表在tC温度条件下，经10h总变形为l％的条件蠕变极限，1/104代表在tC温

5度条件下，经10h总变形为l％的条件蠕变极限。

② 在给定温度T下使试样产生规定蠕变速度的应力值，记为：

。5T (MPa)

为第二阶段蠕变速度，单位为％/h。

在电站锅炉、气轮机和燃气轮机制造中，规定的变形速度一般是2110%/h或

5。21104%/h。以1t105代表在tC温度下，蠕变速度为1105%/h的蠕变极限，1t104代表

在tC温度下，蠕变速度为的110%/h的蠕变极限。

蠕变试验原标准为GB2039-80《金属拉伸蠕变试验方法》，现为GB/T2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》。测定量为测定蠕变第二阶段变形速率或蠕变总变形量。

上述两种蠕变极限所确定的变形量，其值相差是很小的，可以略去不计，则一个恒定的蠕变速度

41105%/h就相当于在105h的总蠕变变形为l％。

以上两种蠕变极限分别以蠕变第二阶段的稳定蠕变速度和总的蠕变应变量为指标。在确定材料的蠕变极限时，必须首先根据构件的工作特点，确定其许用蠕变速度或许用总应变量。几种构件的许用蠕变速度和许用总应变量见表2-2-1和表2-2-2。

表2-2-1 几种构件的许用蠕变速度构件种类蒸汽过热器管子蒸汽管与锅炉管的焊缝汽轮机的螺栓、法兰、汽缸与轴以公差配合的汽轮机叶轮表2-2-2 几种构件的许用总应变量

构件种类蒸汽过热器管子蒸汽管道汽轮机汽缸工作期限(×103/h) 20 100 100 许用总应变量c(℅) 2 0.3 0.1 许用蠕变速度2%/h 10-4～10-3 10-5 10-6 10-7 条件蠕变极限无法确定材料在该温度及应力条件下，断裂所需的时间以及断裂时材料的总变形量。也无法知道材料在断裂前的整个蠕变过程。总之，它不能表示材料在高温条件下的断裂情况，因此，仅依靠蠕变试验的结果作为设计高温承载元件的强度依据是不够的。 2.3 持久强度 2.3.1 高温持久强度

持久强度是在给定温度T下经过规定的时间t恰好使材料发生断裂的应力值，记为：

Tt (MPa)

如105=104.9MPa。

持久强度是在高温长期载荷作用下材料对断裂的抗力指标。

持久强度试验不仅反映了材料在高温长期应力作用下的断裂应力，而且还能表明断裂的塑性―持久塑性。

持久强度和蠕变极限都是反映材料高温性能的重要指标，其区别在于侧重点不同。蠕变极限以考虑变形为主，如汽轮机和燃气轮机叶片在长期运行中，只允许产生一定的变形量，在设计时就必须考虑蠕变极限；持久强度主要考虑材料在长期使用下的破坏抗力，如锅炉中的高温承压管件，对蠕变要求不严，但必须保证在使用期内不破坏，这就需要以持久强度作为设计依据。由于持久强度试验所需的时间较长，因此确定持久强度的困难在于要用短时期的试验结果去推测长时期的持久强度值（例如

540用104h的试验结果，去推测105h甚至更长时间的持久强度）。而蠕变试验往往可以用较短的试验时间（例如2000~3000h）测得的蠕变第二阶段的速度，就有可能达到10-7mm/mm·h的数量级。因而，用蠕变速度确定材料的蠕变极限时，不必像确定持久强度那样要作较远的外推。为了能外推出符合实际的持久强度值，必须研究和建立应力与使用期限之间的可靠关系。这种关系由于金属材料在高温下长期运行时组织结构变化等因素的影响而比较复杂。近年来，大量试验时间很长（接近105h）的持久强度试验数据的积累以及理论研究的发展，为建立这一关系创造了有利的条件。 2.3.2 持久强度测定及外推方法

持久强度试验标准原为GB6395-86《金属高温拉伸持久试验方法》，现为GB/T2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》。

在恒定温度和恒定拉力作用下测定金属试样至断裂的持久时间和持久强度极限。

鉴于零部件在高温下工作的时间长达几千小时，甚至几万小时，而持久强度试验不可能进行那么长的时间。一般做试验均选择应力较高而时间较短的试验，然后根据试验数据进行外推，从而得出更长时间的持久强度值。

持久强度外推方法很多，最常用方法为等温线法。 (1) 等温线法

所谓等温线法是指在同一温度下，用较高的不同应力进行短期试验的数据建立应力和断裂时间的关系，来外推在该试验温度下长期的持久强度值。

对大量实验数据进行分析发现，在某一个恒定温度下对材料进行持久强度的试验时，试样的断裂时间t与应力之间存在着一定的关系。广泛应用的有下列两种经验关系式

tAB tCeD

式中A、B、C、D——与试验温度和材料性质有关的常数。将上两式分别取对数得

lgtlgABlg lgtlgCDlge

上述两式表明断裂时间t的对数值与应力的对数值之间呈线性关系。以及断裂时间t的对数值与应力之间呈线性关系。两者中以双对数坐标关系（前式）应用较普遍。

必须着重指出，持久强度直线外推方法，无论是用双对数坐标关系或半对数坐标关系，都是近似的。在常用的双对数坐标中，试验点并不真正符合线性关系，实际上是一条具有二次转折的曲线，只是曲线的某些区域比较近于直线，才近似地用线性方法处理。对于不同材料和不同温度，转折的位置和形状是各不相同的。有人认为，转折的原因是与金属断裂性质的变化有关，即转折以前是晶内断裂，转折以后是晶界断裂。但是试验并没有完全证实这种观点。又有人提出下面一种观点，即转折的原因是在高温载荷作用下扩散过程中钢的组织变化所引起的。在高温下的长期试验表明，具有较高组织稳

定性的钢，转折不明显，或在更长时间的试验以后才出现。对于某些组织较不稳定的钢，转折就非常明显，因此直线外推的方法只是很粗略的方法。

试验点可能发生转折的时间范围是很大的。在一定温度下，有的钢种经几百小时后就发生转折，有的钢种要经几千到一万小时后才发生转折，而有的钢种则经数万小时后尚未发生转折。许多实验的结果表明，发生的转折总是使材料能承受的应力减小，因此，用直线外推所得的应力往往偏高，即偏于危险。

有时，即使是试验点的线性关系很好，也不能说明直线外推结果的可靠性。图2-2-7列出了经过运行的钢材与未经运行的钢材在540℃时持久强度的比较。图中运行后钢材的试验点都偏下，但它的

540斜率较小。按照直线外推，运行后钢材的持久强度105120.66MPa；原始状态钢材的持久强度

540这样就会得出运行钢材的持久强度，比未经运行原始状态钢材的持久强度还要高10104.97MPa。

5的错误结论。这个矛盾可以用试验点的转折予以解释，如果进行更长时间的试验，那么试验将不按照直线分布而出现转折。

图2-2-7 经过运行的钢材与未运行的钢材540℃时的持久强度的比较

图2-2-8 10CrMo910钢550℃时的持久强度曲线

图2-2-8是10CrMo910钢在550℃高温下，长达十万小时持久强度试验结果。图中的曲线表明，转折在一千小时附近发生。在时间较短的范围内，曲线斜率较小。随着时间的增加，曲线斜率逐渐增

加。在通过斜率最大的区域（转折区域）以后，斜率又逐渐减小。

这样，由短时间（数千小时至几万小时）的试验所得的线性关系，外推长时间（数万小时至10万及20万小时）的持久强度，往往会产生较大的偏差。要准确估计金属材料的长期持久强度值，尚须进行进一步的试验研究。不过，由于等温线外推法简单易行，在一定条件下，尚能获得比较接近实际的外推值，因而仍得到较广泛的应用。但应其外推时间不得超过试验时间的10倍，以保证外推值的相对准确性。

(2) 时间—温度参数法

时间—温度参数法是本世纪50年代发展起来的一种外推持久强度的方法，与其它方法相比，具有下列优点：

第一，对任何试验温度和试验时间都可用外推或内插的方法计算所需的数据。计算的温度和时间范围取决于所测得数据的精确度。用高于使用温度，在较短时间内的试验结果，经过数算，可以用参数法或作图法求得长期持久强度值。

第二，用参数法确定金属材料的高温持久强度，可以大大减少实验工作量。有文献指出，可以使实验工作量减少到原来的

11。 ~515第三，用参数法，可以把所有的实验数据汇总在一张参数图上，参数图既紧凑又方便。用以确定材料的持久强度非常简单。因而，参数法适用于对实验数据的系统整理。

各种参数法都建立在这样的基础上，即在金属材料各种高温形变过程中温度和时间是互为补偿的因素。在相同的试验应力下，用提高温度的办法，在不太长的时间内对金属材料造成的损伤，与较低温度下长时间的作用结果相当。

温度和时间的相互关系，可找到某一参数P的数学表达式来表示。它是这一过程联系温度和时间的函数，参数P本身又是应力的函数，即PP。只要金属材料所承受的应力不变，对于温度

T和时间t的各种组合，参数P始终保持不变，即PP常数。参数式可以写成如下的一般形

式

PPfT,t

具体的参数关系式很多（约有几十种），它们都是由经验得到的，只是对它们的物理意义作了一些理论解释。其中应用最普遍的为拉逊－密勒参数法（简称LM法）。

拉逊(F.R.Larson)和密勒(J.Miller)分析了金属材料的蠕变过程，认为可以把它看成是热激活过程，其蠕变速度可用下述表达式来描述。

Aexp式中 A——常数；

R——气体常数； T——绝对温度；

QRT Q——蠕变激活能。

又因为蠕变断裂时间t反比于稳定蠕变速度，则得

QtAexp

RT两边取对数得

lgtlgAQ

2.3RT拉逊和密勒假定A是与材料性能有关的常数，而Q是外加应力的函数。上式可改写成

TClgtP

这就是拉逊—密勒参数式。

式中ClgA是与材料种类有关的常数，称为拉逊－密勒常数，材料的C值列于表2-2-3。对于许多钢种均可取C20，这样产生的误差在20%之内。

P称为热强参数，也称为拉逊—密勒参数，由于它是应力的函数，因而，当应力保持某一定

值时，此参数为一常数。即

TClgt常数

根据这个道理，对于某一种材料，在给定的应力下，与试验温度T1、T2和T3相对应的断裂时间t1、t2和t3。三者之间应存在如下的关系

T1Clgt1T2Clgt2T3Clgt3

由上式可算出常数C的值，并可推得实际工作温度下的使用寿命；或一定使用寿命下允许的工作温度。

在不同的应力i下进行实验，根据实验结果按下式可算得相应(应力i时的)的拉逊·密勒常数Ci

Ci然后，再算出其平均值

Ti1lgti1Ti2lgti2

Ti2Ti1CCi/n

1n这就是材料的平均C值，表2-2-3中，各种材料的C值就是这样获得的。

表2-2-3 一些材料的拉逊－密勒常数C值材料种类低碳钢低碳钼钢 2 1/4Cr-Mo钢 Cr-Mo-Ti-B钢 18-8不锈钢 18-8钼不锈钢 25Cr-20Ni不锈钢高铬铁素体不锈钢 C值(当时间t以小时计算时) 18 19 23 22 18 17 15 24～25 求出常数Ci后，便可计算出一系列相应的热强参数P(i)值，继而推算出对应于不同断裂时间ti

的温度。用计算结果就可绘制出该材料的高温持久强度参数图。图2-2-9为12Cr1MoV钢的高温持久强度参数图。按此图可查出在工作应力和规定年限时的允许使用温度。

图2-2-9 12Cr1MoV钢高温持久强度参数图

利用拉逊—密勒参数法，可以方便地推算出超温运行对高温承压元件使用寿命的影响。例如，取C＝20，当温度由510℃提高到520℃时可得

51027320lgt152027320lgt2

t2t1 1.8由此可知，工作温度升高10℃，使元件的使用寿命几乎下降一倍。因而，对高温下工作的承压元件，要严格控制其温度的变化。

图2-2-10 应力与热强参数P()的关系(18CrMnMoB)(1－LM；2－KD法)

参数方程都是经验公式，只有通过大量的实验证明它们确实可靠以后才可以推广应用。大量的实验证明，在当量温度与实验温度相差<50℃，持久强度实验的持续时间为104h，用拉逊－密勒法外推至105h，能得到很满意的结果。如果当量温度与实验温度相差在±50℃以内，则外推的持久强度的误差为±10%。有些手册中列出了许多金属材料的持久强度参数图。在一般情况下，用这些参数图进行计算，能够得到较准确的数据。

必须指出，拉逊—密勒常数C并不是一个不变的常数，而是与应力有关。当金属材料断裂时间与应力之间的关系呈幂函数关系(tA为:

B)和指数函数关系tAexpQ时， C与应力的关系RTCabln

式中a、b—与材料性能有关的常数。

只有当该材料的b0时，C才有可能是常数。用拉逊—密勒参数式外推持久强度时，必须考虑上述关系，否则就不能保证计算的准确性。

近年来，有人想用包含全部变量、T和t的方程来计算持久强度特性，这些方程是相当复杂的函数组合，并包含许多常数。相比较而言，参数法比较简明，能快速确定外推值。

举例：上海石化股份有限公司热电厂10CrMo910（西德产21/4Cr-1Mo钢）主蒸汽管道，运行21年后对材料损伤进行试验研究，持久强度试验温度为550℃，见表2-2-4。

表中拉伸应力为115MPa的试样的断裂时间为4千多小时，偏离了预料的位置，从保守角度考虑，建议拟合时将它排除在外，不作考虑。这样，拟合数据点为6点。

将表中的数据绘到双对数坐标图中，如图2-2-11黑小方块为数据点，空心圆点表示应力为115MPa，断裂时间为4877小时的数据点。实线为按等温线法绘制的拟合曲线，采用双对数表示的拟合方程为：lgσ＝－0.132lgt＋2.46

或表示为： σ＝291.49t

－0.132

表2-2-4 高温持久强度试验结果

应力值（MPa）断裂时间（h）延伸率(%) 断面收缩率(%) 95 >6001 尚未断尚未断 100 2844 48 84 104 2391 30 77 108 972 40 73 115 4877 37 83 130 802 43 90 160 97.5 44 87 1000.0应力 σ（MPa）100.0σ = 291.49t-0.13210.0101001000时间 t （h）10000图2-2-11 以等温线法表示的持久强度曲线

作为持久强度的外推方法，除等温线法外，目前普遍采用的还有时间－温度参数法。其中最常用的有L－M公式：

P（σ）＝T×10-3（C＋lgt）

式中，P（σ）――应力函数

T――以热力学温度表示的试验温度（K） C――常数（对10CrMo910，C＝20） t――断裂时间（h）

按L-M公式用两种拟合方式拟合试验数据，其整理绘制的曲线分别见图2-2-12和2-2-13，曲线方程分别为：

P（σ）＝4×105σ2－0.0295σ＋21.907

和 P（σ）＝－0.5193（lg(σ)）2－3.6102（lg(σ)）＋28.631

1000.0P＝ 4×105σ2 - 0.0295σ + 21.907应力σ（MPa）100.010.017.518.018.519.019.520.0P＝T（20＋lg(t)）×10－3图2-2-12 以L－M法LMP～σ方式拟合的持久强度曲线

2.3P = -0.5193（lg(σ)）2 - 3.6102（lg(σ)） + 28.6312.2lg(σ)2.121.917.51818.51919.520P＝T（lg(t)＋20）×10－3图2-2-13 以L－M法LMP～lg(σ)方式拟合的持久强度曲线

表2-2-5中列出了三种方法外推所得持久强度值。另外，作为参考，表中同时列出了在540℃（实际操作温度）下根据L－M公式外推所得持久强度值。

这些数据说明材料母材部分在使用21年后仍有较好的抗高温断裂性能，按不同外推方法估计旧管材料105小时的持久强度仍有65MPa左右。其中用等温线法求得的持久强度值最低，为105＝63.77MPa，据资料介绍，10CrMo910钢在540℃和550℃下的持久强度极限分别为105＝78.48MPa和105＝65.66MPa，故本次割管进行试验研究的主蒸汽管道的持久强度值并没有明显下降。

550540550表2-2-5 旧管母材外推持久强度值（MPa）外推方法等温线法 550℃, L－M法1 550℃, L－M法2 540℃, L－M法1 540℃, L－M法2 t104t2104t5104t105 86.42 88.43 87.73 94.92 94.36 78.86 83.14 81.77 88.32 87.60 69.88 78.32 75.08 81.72 80.01 63.77 76.33 70.80 78.34 75.12 注：L－M法1指P－σ法，L－M法2指lgσ法。

持久强度外推还有许多其它方法，在此就不一一介绍。图2-2-14和2-2-15为一运行了近8万小时的转化炉炉管(材料为HK40)的持久强度试验结果，可以看出用等温线拟合将会导致偏危险的剩余寿命预测结果，因为3万小时持久试验强度值开始偏移拟合直线。

100 100σ=107.5 t σ/ MPa σ= -13.235P+314.9 -0.22703 σ/ MPa 1010100100010000101920212223t / h P=T×10-3(15+lg(t)) 图2-2-14 等温线拟合转化炉炉管持久强度图2-2-15 L－M公式拟合转化炉炉管持久强度 2.3.3 持久强度的工程应用及温度波动的影响

在工程实践中应当考虑计算持久强度，计算时许用应力[σ]按下式确定:

[σ]≤σ

式中σ

D/nD

D为工作温度下的持久强度；nD=1.65（或

1.85、2.0）为安全系数。（一个炉号，二个炉号，

三个炉号确定）

温度波动对材料的高温力学性能有明显的影响。温度波动→加速材料的蠕变→降低持久强度例：12Cr1Mo钢在工作温度下温度波动15-20 ℃，则持久强度降低20-25%。

15CrMo钢的工作温度波动于485-535 ℃时，其蠕变速率要比恒定于510 ℃时增加 3-4倍。因而设备设计中，动力设备零件允许温度误差为20-25℃。

2.3.4 钢的持久塑性

持久塑性是材料在高温条件下工作的重要指标之一。过低的持久塑性，会使材料发生脆性破坏，降低其使用寿命。

几种低合金热强钢的持久塑性与试验时间的关系，如图2-2-16所示。各种钢的持久塑性都有个最低值。钢种不同，出现最低值的时间不同。对同一种钢来说，试验温度不同，出现最低值的时间也不同。图2-2-16为0.5Mo钢在不同温度时的持久塑性。比较各曲线可知，试验温度越低，最低持久塑性值出现得越迟，而且比高温时为小。对于0.5Mo钢，在480℃时，最低持久塑性值出现在104h后，其值约为2％。在550℃时，最低持久塑性值出现在103h后，其值约为4％。经观察得知，最低持久塑性值的出现是由于细小Mo2C在晶内沉淀析出，提高了晶内强度，相对地削弱了晶界强度，形成低塑性的晶间断裂所致。

由图2-2-17可知，Cr-Mo钢的持久塑性比Mo钢和Mo-V钢高，而其下降趋势相似，最低持久塑性值均出现在较长的时间。这说明，Cr-Mo钢和Mo-V钢的高温组织稳定性比Mo钢好。20Cr1MoV0.8钢是电站汽轮机、锅炉设备的螺栓材料。这种钢在570℃时，蠕变脆性很大，其最低持久塑性值出现在500h时，其值约为1％。这是由于该钢的成份采用了高的钒碳比(

V4)，在热处理后，晶内有大C量细小的碳化钒(VC)沉淀析出，强化了晶粒，使晶内强度高于晶界强度，持久塑性降低很多。所以在电厂设备运行中，常发生螺栓的脆性断裂事故。

图2-2-16 在不同温度下，图2-2-17 低合金热强钢的持久塑性

0.5Mo钢的持久塑性 1－碳素钢(550℃)；2－铬钼钢(550℃)；3－钼钒钢(550℃)；

4－钼钢(550℃)；5－12Cr1Mo1V0.8钢(570℃)

影响钢的持久塑性的因素很多，主要有以下几方面： (1) 合金元素的影响

合金元素对热强钢的持久塑性有着明显的影响。凡是钢中加入能强烈形成碳化物的元素，就会在晶内沉淀析出的碳化物，使持久塑性降低。例如在低合金热强钢中加入钒；奥氏体钢中加入铌，由于稳定的VC、NbC析出，引起持久塑性的降低。

在钢中加入能改善晶界强度的元素，则有利于提高持久塑性。钢中含有一定量的铬，对提低合金热强钢的持久塑性有良好的作用。例如，在0.2％C、1%Mo和0.75%V钢中，随着铬的增加，钢的持久塑性提高，而持久强度降低。经电子显微镜观察表明，加入铬使基体上碳化物的沉淀析出发生变化，

在含铬低时，钢中主要析出V4C3或VC，使晶内强度大大增加，导致持久塑性降低；当钢中含铬高时，则析出部分Cr7C3，由于Cr7C3呈较大的椭圆形颗粒，使晶内强度降低，从而改善钢的持久塑性。

此外，在低合金热强钢中加入微量的硼或复合加入钛和硼、锆和硼、铌和硼等，对改善钢的持久塑性也有显著效果，图2-2-18说明了20Cr1MoV钢中加入微量的硼、钛和锆后对持久塑性的影响。

关于这些微量元素所以能改善热强钢的持久塑性，一般认为是由于改善了晶界状态和阻止了碳化物沿晶界的析出，从而增加了晶界范围内的蠕变抗力，减小了晶界与晶内强度之间的差异。

图2-2-18 微量元素对20Cr1MoV钢565℃持久塑性的影响

再者，一些微量有害元素，如硫、锌、锡、砷、铅、锑和铋等，能显著地降低热强钢!的持久塑性。例如：若将2Cr1Mo钢焊接件中的锑降低到4mg／kg砷，锡和磷降低到70～90mg/kg，则持久塑性可显著提高。高纯度的Cr-Mo-V钢的持久塑性，比工业用的这种钢的持久塑性高3倍，而断裂寿命高2倍。这种影响的机理是在晶界附近2nm的范围内可偏析几十倍的微量有害元素，使晶界表面能降低，从而影响到持久塑性。

(2) 金相组织的影响

在低合金铬钼钢和铬钼钒钢中，贝氏体组织的持久塑性最低；而珠光体—铁素体组织具有较高的持久塑性；马氏体组织的持久塑性介于两者之间。

此外，钢在高温长期应力的作用下，组织结构的稳定性对持久塑性也有影响，特别是碳化物在晶内或晶界析出对热强钢的持久塑性有着显著的影响。

图2-2-19 淬火温度对30Cr1Mo1V0.25钢持久塑性的影响

(3) 热处理的影响

试验表明，奥氏体化温度，回火温度等热处理参量，对低合金热强钢的持久塑性有一定的影响。

一般随着奥氏体化温度的提高，低合金热强钢的持久塑性降低。图2-2-19表示30Cr1Mo1V0.25钢随淬火温度的提高，持久塑性降低的情况。持久塑性降低的原因，是由于提高奥氏体化温度会引起低合金铬钼钒钢中细小的V4C3在晶内沉淀析出，使晶内强化，相对减弱了晶界强度，导致晶间裂纹的产生，降低了持久塑性。

随着回火温度的提高，低合金铬钼钒钢的持久塑性增加。其原因可能是随着回火温度的提高，晶内碳化物颗料的尺寸增大，减小了碳化物对晶内的强化作用，从而改善了钢的持久塑性。

总的讲来，关于材料高温持久塑性的研究还很不充分．特别是由于长期持久塑性值很难用短时试验数据外推求得，而需要通过高温长期试验来获得，从而为持久塑性的研究增加了许多困难。

俄罗斯一些学者根据状态方程法，提出了用以计算高温长期断裂时持久塑性的方程。

KDKexp并整理出计算15CrMo钢持久塑性的方程

ad TKe12.9exp1244450

T图2-2-20表示出在不同温度时按上式的计算值和试验值，可以看出两者吻合较好，而且计算结果也符合持久塑性随断裂时间变化的规律。

图2-2-20 15CrMo钢持久塑性与断裂的关系

×－计算值；○、△、□－试验值

2.3.5 影响材料高温强度性能的因素

材料的高温强度是一个十分敏感的性能指标，它受化学成分、冶炼工艺、组织结构、热处理制度等各因素的影响程度远大于对室温机械性能的影响。有些室温机械性能大致相同的材料，在高温强度方面却相差很大。另外，各因素之间往往相互有联系，这更增加了其复杂性。但是，由前面对材料的蠕变变形和断裂机理的分析，可以知道，提高材料高温强度的关键有两方面。一是使在蠕变变形过程中受到阻碍而塞积的位错不容易由滑移和攀移而得到重新开动；另一是要大力强化晶界，以尽量避免晶间开裂。因此，各因素的影口向均大致上可以从这两方面来加以说明。

2.3.5.1 化学成分

材料的化学成分是影响高温强度的一个重要因素。但其影响是十分复杂的，因为除了各元素对材料的影响外，还存在着各元素之间相互的影响。因而，在研究时，必须注意材料种类、元素的含量以及温度条件等具体情况。

(1) 碳的影响

碳对钢的高温强度的影响随钢所处的温度，所承受的应力、持续时间以及钢中存在的其它合金元素的不同而异。对于碳素钢来说，碳的质量分数在<0.4%时，其高温强度随碳的质量分数的增加而增加，但这种影响随着温度的升高而减弱，温度达500℃时已无明显作用了。

对于0.5Mo钢，在一定的温度和应力条件下，存在着一个提高高温强度的最佳碳的质量分数。例如，在550℃、140MPa条件下，最佳碳的质量分数约为0.25％；而在600℃、62MPa时，则为0.20％。这表明在较低温度、较高应力时，碳的质量分数适当高一些对0.5Mo钢的高温强度有利；而在较高温度，较低应力时，碳的质量分数宜适当低一些。

对于铬钼钢和铬钼钒钢也有同样的结果。因此，在高温下使用的低合金钢宜取偏低的碳的质量分数，一般为0.18％～0.25％，有的甚至低达0.10％左右。

(2) 其它合金元素的影响

图2-2-21列出了一些常用合金元素在426℃时，对珠光体钢蠕变强度的影响(此处只指各合金元素单独加入钢中的效应)。由图2-2-21可知，提高珠光体钢高温强度最有效的元素是钼，其次是铬，再次是锰和硅。这些元素在钢中往往形成合金固溶体，提高了固溶体的强度，而且还有利于提高位错交滑移和攀移的阻力，从而提高了高温强度。

图2-2-21 合金元素对珠光体钢(426℃)的蠕变强度的影响(最小蠕变速度21%/10h) 钒、铌、钛是强烈形成碳化物的元素，在钢中形成弥散分布的沉淀相，它对位错的滑移和攀移起到明显的阻碍作用，因而具有良好的强化效果。但它们对材料高温强度的作用，往往存在着一个最佳

5质量分数区，由图2-2-22可知，12MoCr钢的最佳钒的质量分数约为0.3％。我国大部分热强钢都含有0.3％左右的钒，就是这个道理。铌的有效加入量比较小，一般≤0.2％，否则效果反而不好。

图2-2-22 钒对12MoCr钢的蠕变速度的影响

1－550℃,=78.5MPa；2－600℃,=58MPa；3－630℃,=39.2MPa；

在钢中加入微量的硼能产生明显的晶界强化作用。在铬钼钢中加入0.005％～0.01％的硼就能提高其热强性。

当几种合金元素同时存在于钢中时，它们对高温强度的影响比较复杂，必须针对具体材料进行研究，不可泛泛而论。

一般来说，合金元素对材料高温强度的影响可大致上归纳为：

① 每种合金元素的作用均与其质量分数不成正比。而且往往存在着一定的最佳质量分数区，其最佳质量分数需根据钢中存在的其它合金元素以及温度、应力等状况来定；

② 每种合金元素的质量分数愈高，则其单位质量分数所起的作用愈小。因而多元素、少质量分数的钢种往往具有良好的高温性能。 2.3.5.2 冶炼方法

冶炼方法的影响主要表现为钢中气体量、晶界处存在的偏析物、杂质、显微孔穴等缺陷的影响。钢中气体量、杂质量愈多，显微缺陷愈多，则钢的高温性能愈差。因而，从冶炼方法来看，电炉冶炼优于平炉冶炼；小炉冶炼优于大炉冶炼；镇静钢优于沸腾钢。

表2-2-6列出了一些低合金热强钢采用不同冶炼方法时的持久强度值。

冶炼时，应尽量减少钢中有害元素(硫、磷、砷、锡、锑等)的含量，这能明显提高钢的持久强度和持久塑性。试验研究表明，21Cr1Mo钢焊接件中的锑降低到4mg／kg，砷、锡和磷降低到70～

490mg／kg时，钢的持久塑性可显著提高。高纯度铬钼钒钢的持久塑性比工业用的该种钢持久塑性提高3倍，而断裂寿命高2倍。这种影响是由于在晶界附近20×10

—10

m的范围内可偏析几十倍的微量

有害元素，使晶界表面能降低，从而降低了持久塑性。因此，为了进一步改善锅炉热强钢的冶金质量，目前采用电炉炼钢加炉外精炼，电渣重熔或真空冶炼等技术，以提高钢材的纯净度。

表2-2-6 冶炼方法对一些低合金热强钢持久强度的影响

钢种冶炼方法 0.5t电炉 12MoVWBiXt 5t碱性电炉 75t碱性电炉 20Cr1MoVNbTiB 50kg高频感应炉 10t碱性电炉 20Cr1MoVTiB 50kg高频感应炉 10t碱性电炉 12CrMoWVTiB 3t碱性电炉 30t碱性平炉 2.3.5.3 金属材料的组织结构

钢材中碳化物的形状及分布情况，对热强性有较大的影响。珠光体钢中的碳化物(Fe3C)以片状存在，热强性较高；若在高温长期工作后，片状碳化物变成球状(珠光体球化现象)，特别是聚积成大块碳化物，会使其热强性显示下降，见表2-2-7。因此，对于可能发生珠光体球化的高温钢材，必须在运行过程中加强监督。

表2-2-7 0.5Mo钢的蠕变极限(MPa)

金相组织片状珠光体碳化物呈球状碳化物聚集成大块细晶粒 482℃ 97.1 70.6 60.8 538℃ 52.0 23.5 21.6 482℃ 95.2 68.7 57.9 粗晶粒 538℃ 74.6 30.4 20.6 1050℃油冷 680℃回火 1050℃油冷 700℃回火 1030℃正火 770℃回火 570 热处理工艺试验温度(℃) t持久强度105(MPa) 1000℃正火 770℃回火 130 580 130～174 140 240 237 570 216 275 620 69.5～126 147 金属材料的晶粒度对热强性也有影响。在常温条件下，晶粒愈高，强度愈高，因而在常温或亚高温条件下工作的元件，都希望采用细晶粒组织。但在高温条件下，情况有所不同，较粗的晶粒组织具有较高的抗蠕变能力。当然，过粗晶粒的钢材也是不能用的，因为晶粒太粗，会使钢材变脆，持久塑性及冲击值下降。通常晶粒度>3级的钢材就不宜应用了。总之，应根据元件的工作温度来确定钢材最适宜的晶粒度。图2-2-23为不同温度下最佳晶粒度的示意图。

一般希望在高温下工作的锅炉及压力容器用钢的晶粒度为3~7级，而在亚高温条件下工作的低碳钢的晶粒度希望为4～8级。

有些试验表明，对低合金热强钢的热强性的影响，关键不是在于晶粒度的大小，而是在于材料中晶粒大小的不均匀性，晶粒大小差别愈大，则其高温强度愈低。这是由于在大小晶粒交界处出现应力集中，裂纹容易在这里产生，引起过早的断裂。因此，为了保证钢材的高温性能，一般要求在高温高

压条件下工作的材料的晶粒度级别差不超过3个等级。

图2-2-23 不同温度下最佳晶粒度示意图(晶粒度A2.3.5.4 热处理方法

为了使在室温条件下工作的元件获得较高的强度，所采用的热处理方法往往使钢材的组织结构处于不稳定或亚稳定状态。由于在室温下，一般不会引起材料组织结构的变化，因而这种热处理方法是可行的。但是，在高温条件下，不稳定的组织结构将发生变化，使高温性能变坏。

图2-2-24 铬钼钢中各种组织的蠕变断裂应力与温度的关系

对于珠光体钢，在采用正火+回火的热处理方法时，回火温度应比元件的工作温度高100℃以上，使元件在工作温度下，保持材料组织的稳定性。我国所用的锅炉和压力容器用热强钢(珠光体型)一般都是采用这种热处理方法。

对于奥氏体热强钢，常采用固溶处理的热处理方法。将奥氏体钢加热到1050～1150℃以后在水中或空气中快速冷却，使碳化物及其他化合物溶于奥氏体，得到单一的奥氏体组织，使之具有较高的热

强性。

图2-2-24表示出铬钼钢的各种组织的蠕变断裂应力与温度之间的关系。由图可知，随着温度的升高，各种组织的蠕变强度逐渐接近。而在温度不太高时，贝氏体组织具有良好的高温性能。 2.3.5.5 温度波动对钢材高温强度的影响

温度波动对钢材高温强度的影响，主要是由两方面引起的。一是温度的波动使实际温度高于规定温度，从而影响材料的高温性能；二是温度波动所产生的附加热应力对材料高温强度的影响。如果温度变化较慢，而且波动幅度不大，不超过20~40C，所产生的附加热应力很小，可以忽略不计。此时，主要是前者对高温性能的影响。

试验表明，在温度波动条件下材料的高温强度(蠕变强度及持久强度)相当于在温度波动幅度上限时材料的高温强度，即低于在平均温度时的高温强度。因此，在设计高温元件时应考虑到这个问题，运行时应尽量控制温度的波动。 2.4 金属材料的松弛 2.4.1 金属材料的松弛特性

金属材料在高温和应力状态下，如果维持总变形量不变，随着时间的延长，应力逐渐降低的现象称为应力松弛。可用下列条件来表示松弛

ope常数 T常数，常数

式中0——松弛过程开始时，金属材料所具有的总应变；

p——塑性应变； e——弹性应变； T——工作温度； ——材料所承受的应力。

在松弛过程中，虽然总变形不变，但弹性变形将逐渐转变为塑性变形(参看2-2-25)，从而使材料中的应力随时间而降低。因此，金属材料的松弛过程，实际上就是金属材料在高温下弹性变形转变为塑性变形的过程。

将松弛实验的结果绘制在应力—时间坐标上，可得到图2-2-26所示的曲线，称为应力松弛原始曲线。

应力松弛过程可以分为两个阶段。第一阶段应力随时间急剧降低；第二阶段应力下降逐渐缓慢并趋向恒定。这个恒定的应力值r称为材料的松弛极限。由于大多数金属材料的松弛极限值很小，因此通常并不用松弛极限来评定材料的抗松弛性能，而用在预先选定的一定时间间隔内，材料中应力的降低值来表征材料的抗松弛性能。

图2-2-25 在松弛过程中弹性变形转变为塑性变形的示意图

图2-2-26 应力松弛原始曲线

一般认为，第一阶段松弛主要发生在晶界上，是由应力梯度的逐步均匀化造成的。第二阶段松弛主要发生在晶粒内部，由嵌镶块的转动所引起。在应力松弛的第二阶段，应力与时间的关系可用下述经验式来表示

exp/0 0——第二阶段假定初始应力(参看图2-2-27)，MPa；式中 ——剩余应力，MPa；0——与材料性能有关的系数。 ——松弛进行时间，h；0

图2-2-27 应力松弛曲线

由上式可知，在lg半对数坐标图上应力松弛的第二阶段是一条直线。因而，可以用来外推获得较长时间后的剩余应力。这种由lg－半对数坐标图上作出的曲线称为应力松弛曲线，如图2-2-27所示。

2.4.2 再紧固对松弛的影响

在动力装置上，常采用各种法兰螺栓联接，它们一般是在高温、高应力下工作，为了保证联接的严密性，在使用一定时间之后，必须对螺栓再次进行紧固。再紧固会使其松弛性能受到影响，图2-2-28表示13Cr钢经过一定时间的松弛试验之后，经过再紧固达到初应力后的松弛曲线与单纯松弛曲线的比较。由图可知，两条线在形状上十分相似，但再紧固松弛曲线的应力下降率比单纯松弛曲线小，即其剩余应力较大。特别是在长时间松弛后，两者的差别更大。关于多次再紧固对松弛性能的影响，由实验结果知道有这样的倾向：随着紧固次数的增加，塑性应变增大，一定时间后的剩余应力逐渐接近某一定值(参看图2-2-29，2-2-30)。

图2-2-28 单纯松弛和再紧固松弛的比较(13Cr钢，450℃)

1a－总应变0.335%，当总应变达0.23%时，进行再紧固；1b－总应变0.23%的单纯松弛； 2a－总应变0.154%，当总应变达0.10%时，进行再紧固；2b－总应变0.10%的单纯松弛；

图2-2-29 多次再紧固的松弛曲线

(13Cr钢，450℃，00.25%，e317.26MPa) 1－单纯松弛；2－一次再松弛；3－二次再紧固；4－三次再紧固

图2-2-30 多次再紧固松弛中的累积塑性应变和100h后的应力关系

(13Cr钢，450℃，0317.26MPa)

由图可知，多次再粟固可以提高剩余应力。但在工程实际中，一般很少应用。因为多次再紧固会对材料带来一定的损伤，因而在实际产生上通常只采用一次再紧固。 2.4.3 应力松弛与蠕变的关系

松弛和蠕变有差别也有联系。它们的差别在于：蠕变是在恒定应力下，塑性变形随时间的而不断增加的过程；松弛是在恒定总变形下，应力随时间的延长不断降低的过程，此时，塑性变形的增加是与弹性变形的减小等量同时产生的。它们的联系是：两者的本质是相似的，松弛可以看作是在应力不断降低时的多级蠕变。

研究松弛和蠕变的关系有着明显的现实意义。因为，材料的高温应力松弛试验和高温蠕变试验通常都要进行很长的时间，如果能以一种试验方法而能同时得到蠕变和松弛两方面的性能数据，则将为工程带来许多方便。但要提出一个精确的换算公式是十分困难的，也无法用一条单一的蠕变曲线(或松弛曲线)换算或用作图法绘制出一条松弛曲线(或蠕变曲线)来。不过某些研究表明，可由一组重复加载条件下的松弛曲线绘制出一条蠕变曲线，或由一族蠕变曲线作出该材料的松弛曲线。以下介绍由一族不同应力下的蠕变曲线绘制松弛曲线的方法。众所周知，在任何时间内，松弛试样内的剩余应力为

0Ep

式中0——初应力；

E——材料的弹性模量； p——松弛产生的塑性变形。

如图2-2-31所示，为一族相同温度、不同应力下的蠕变曲线，将蠕变试验时间分成若干区间，由此蠕变曲线族作出不同时间的蠕变变形与应力关系图，称为等时蠕变图。

图2-2-31 由一簇蠕变曲线绘制的等时蠕变图

为了作出初应力0时相应于时间t1的松弛曲线，可对应于0在等时蠕变图上求得变形1，并按上式算出此时试样中的剩余应力10E1。但由于在1时间间隔内，作用在试样上的应力是由

0逐步下降至1的，因而此段时间内试样承受的应力可近似地取0和1的平均值

101，对20E1。，应于此平均应力值，求出塑性变形1再利用上式算出此时试样内的剩余应力1然后，为初应力进行类似计算，得到时间2时的剩余应力2。以此类推，在再对时间区间1~2，以0应力－时间坐标上制出松弛曲线，如图2-2-32所示。

图2-2-33表示出25CrlM01V钢在500℃时，由等时蠕变图作出的松弛曲线，它与实际试验曲线吻合较好。

图2-2-32 由等时蠕变数据制作的松弛曲线图2-2-33 25Cr1MoV钢的松弛曲线

(虚线为计算曲线，实线为试验曲线)

第3章

3.1 耐热钢及其分类

耐热钢是指在高温下工作的钢材。由于使用的温度和所承受的应力不同，以及所出的环境差异，因此所采用的钢材种类也不同。

高温是一个相对的概念，随着时间的推移，高温所指的温度越来越高。相应的耐热钢的使用温度也越来越高，目前耐热钢的使用温度范围从200-800℃，工作压力从几到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛发展到硫化气氛，混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。

耐热钢也不断发展，从最早的低碳钢、低合金钢刀成分复杂、多金属化的高合金钢。三种主要分类方法，见表2-3-1。

表2-3-1 耐热钢主要分类方法

分类依据耐热钢低碳钢按钢中合金元素含量分低合金耐热钢定义不含其它金属元素 C≤0.2% 合金元素总量≤5% C≤0.2% 钼钢等铬镍奥氏体耐热钢高铬铁素体耐热钢低合金耐热钢 0Cr13、Cr17 含镍高于8%的铬镍奥氏体型耐热钢18-8等含铬为9-13%的铬钢加热炉件、燃烧室转子、叶片、锅炉、过热器举例 20 低合金铬钢、铬钼钢、铬镍耐热钢

高合金耐热钢合金元素总量可达30%，C含量低，复合合金化珠光体型耐热钢室温及工作温度下组织为珠光体室温及工作温度下组织为铁素体室温及工作温度下组织为奥氏体在室温下的组织为马氏体在高温下具有较好的抗氧化性在高温下强度好又抗气体腐蚀按钢的组织结构分铁素体型耐热钢奥氏体型耐热钢马氏体型耐热钢按钢的特性分抗氧化钢热强钢 3.2 耐热钢的主要成分及合金化

杂质元素： P、S等，控制；C: 0.1-0.2% (1) 合金元素对耐热钢抗高温氧化的影响

提高抗氧化性：铬（Cr）、铝（Al）、硅（Si）稀土元素

(a) 铬Cr：钢表面形成一层致密的Cr2O3膜，可阻止氧、硫、氮等腐蚀性气体向钢中扩散，也阻止金属离子向外扩散。

要求：常用的耐热钢的铬含量不低于12%（Cr13类型），一般Cr含量为18-22%。Cr达到22%时，可使钢在1000℃下有良好的抗氧化能力。乙烯裂解炉管Cr含量达35%

图2-3-1 钢中含铬量对其抗氧化性的影响

1-lg/(m2·h)；2-0.1g/(m2·h)

(b) 铝Al：钢表面形成Al2O3膜，抗氧化性能优于Cr2O3

膜，Al含量达6%时，可使钢在980℃下具有良好的抗氧化性能。当Al含量达到或超过8%时，却显著降低钢的塑性和焊接性能。耐热钢和耐热合金中的铝的含量一般不超过6%表面渗铝：提高钢的抗高温腐蚀的性能。

元素同时使用时，常有更为优异的抗氧化效果。图2-3-2 铁和铁铬合金中铝含量对其 (d) 稀土元素：微量稀土元素可显著改善钢的抗氧化性能。抗氧化性能的影响(1095℃,大气) (e) 其它元素：镍Ni、钴Co、钼Mo、钨W、钒V、锰Mn 等对钢的抗高温氧化性能无影响，对抗硫化的作用也不明显。

图2-3-3 稀土元素对1Cr18钢抗氧化性能的影响图2-3-4 Mn、Mo、Ni、Cu、Co、W、V

对铁的高温氧化性能的影响

（2）合金元素对耐热钢的热强性能的作用

(a) 铬Cr：铬的熔点高，抗蠕变性能优异，加入1%就能显著提高钢的抗蠕变性能。

(b) 钼Mo、钨W、钒V：都是难熔金属，又都是强碳化物形成元素，对提高钢的热强性都有较好的作用。

图2-3-5 铬对钢的力学性能的影响图2-3-6 铬含量对钼钨钒钢蠕变抗力的影响

图2-3-7 钼对钢蠕变强度的影响

抗蠕变性能的影响

1， 2－未加RE, 3－加0.07%RE，4－加0.12%RE

(c) 钛Ti、铌Nb：耐热钢与合金中钛的含量不多，主要用在奥氏体钢中。钛可形成细小而又弥散分布的碳化物和金属间化合物来实现强化，提高钢的热强性。铌用在高合金耐热钢及高温金属中，本身热强性好，析出铌的碳化物提高热强性。 (d) 镍Ni：加镍主要是为获得奥氏体组织，低合金钢中不含镍。 (e) 稀土元素和硼。

稀土元素可以消除钢中的有害杂质，改善钢中夹杂物的形状和分布状态，从而改善和提高钢的质

图2-3-8 稀土对0Cr25Al5合金在1000℃时

量和耐热性能。稀土元素能提高耐热钢的抗蠕变性能。

珠光体耐热钢中加入微量硼可能提高钢的高温强度，奥氏体耐热钢中加入0.025%的硼就可提高抗蠕变性能。但硼的含量不能高。 3.3 珠光体型低合金耐热钢

在化工、石油化工、火电等工业中大量使用的是珠光体低合金耐热钢和奥氏体型耐热钢。珠光体型低合金耐热钢使用温度一般为350-620℃，服役时间一般长达几万小时至几十万小时。一般在这类钢中含有少量的钒、钼、铬等合金元素，合金元素的总量不超过5%，退火状态下该类钢的组织为铁素体加珠光体。

(1) 国产低合金热强钢

常用国产锅炉和压力容器低合金热强钢的化学成分和机械性能如表2-3-2所示。

表2-3-2 蒸汽管道和锅炉受热面管子常用钢号化学成份

化学成份(%) 钢号 20G GB 5310-95 15MoG GB 5310-95 12CrMoG GB 5310-95 15CrMoG GB 5310-95 12Cr2MoG GB 5310-95 12CrMoV GB 3077-88 12CrMoVG GB 5310-95 15Cr1MoV YB 6-59 12MoVWB SiXt GB 5310-95 12Cr2MoWVTiB GB 5310-95 12Cr3MoVSiTiB GB 5310-95 1Cr9Mo1(X12CrMo91) C 0.17 ~ 0.24 0.12 ~ 0.20 0.08 ~ 0.15 0.12 ~ 0.18 0.08 ~ 0.15 0.08 ~ 0.15 0.08 ~ 0.15 0.08 ~ 0.15 0.08 ~ 0.15 0.08 ~ 0.15 0.09 ~ 0.15 ≤ 0.15 Mn 0.35 ~ 0.65 0.40 ~ 0.80 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.45 ~ 0.65 0.50 ~ 0.80 0.30 ~ 0.60 Si 0.17 ~ 0.37 0.17 ~ 0.37 0.17 ~ 0.37 0.17 ~ 0.37 ≤ 0.50 0.17 ~ 0.37 0.17 ~ 0.37 0.17 ~ 0.37 0.60 ~ 0.90 0.45 ~ 0.75 0.60 ~ 0.90 0.25 ~ 1.00 Cr 0.40 ~ 0.70 0.80 ~ 1.10 2.00 ~ 2.50 0.30 ~ 0.60 0.90 ~ 1.20 0.90 ~ 1.20 Mo 0.25 ~ 0.35 0.40 ~ 0.55 0.40 ~ 0.55 0.90 ~ 1.20 0.25 ~ 0.35 0.25 ~ 0.35 1.00 ~ 1.20 0.45 ~ 0.65 0.50 ~ 0.65 1.00 ~ 1.20 0.90 ~ 1.10 V 0.15 ~ 0.30 0.15 ~ 0.30 0.15 ~ 0.25 0.30 ~ 0.50 0.28 ~ 0.42 0.25 ~ 0.35 Ti 加入量 0.06 0.08 ~ 0.18 0.22 ~ 0.38 B 加入量电炉 0.008 平炉 0.010 0.002 ~ 0.008 0.005 ~ 0.011 W Ni Al Nb N S P 不大于 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.035 0.030 0.035 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.035 0.030 0.035 0.15 ~ 0.40 0.30 ~ 0.55 Xt加入量 0.15 0.040 0.040 1.60 ~ 2.10 2.50 ~ 3.00 8.00 ~ 10.0 ≤ 0.40 ≤ 0.04 0.06 ~ 0.10 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.03 ~ 0.030 0.07 10Cr9Mo1VNb GB 5310-95 1Cr18Ni9 GB 5310-95 1Cr19Ni9 GB 5310-95 0Cr17Ni12Mo2 (316) 0.08 ~ 0.12 ≤ 0.15 0.04 ~ 0.10 ≤ 0.08 0.30 0.20 ~ ~ 0.60 0.50 ≤ ≤ 2.00 1.00 ≤ ≤ 2.00 1.00 ≤ ≤ 2.00 1.00 ≤ ≤ 2.00 1.00 ≤ ≤ 2.00 1.00 ≤ 0Cr18Ni11Nb 0.08 (321) 0.04 ~ 1Cr19Ni11nb 0.10 GB 5310-95 8.00 ~ 9.50 17.0 ~ 19.0 18.0 ~ 20.0 16.0 ~ 18.0 17.0 ~ 19.0 0.85 ~ 1.05 2.00 ~ 3.00 0.18 ~ 0.25 8.00 ~ 10.0 8.00 ~ 11.0 10.0 ~ 14.0 9.00 ~ 13.0 9.00 ~ 13.0 0.010 0.020 0.030 0.035 0.030 0.035 0.030 0.035 0.030 0.035 17.0 ~ 20.0 ≥ 5×C% Nb+ta ≥80% ~ 1.00% 0.030 0.030

表2-3-3 蒸汽管道的锅炉受热面管子常用钢号力学性能

纵向力学性能屈服点伸长率 σS δ5 (MPa) (%) 不小于 245 24 240 22 275 20 270 22 220 22 205 235 280 225 255 350 314 345 440 440 490 392 390 21 21 20 22 21 18 18 18 16 19 17 18 20 横向力学性能伸长屈服点 σS 率δ5 (MPa) (%) 不小于 215 22 20 225 255 20 18 19 16 17 14 18 牌号热处理制度抗拉强度σb (MPa) 410~550 ≥415 ≥485 450~600 ≥415 410~560 440~0 450~600 440 470~0 550~700 540~687 540~730 610~805 610~780 690~840 539~735 590~740 冲击功 AKV (J) 25 35 35 35 35 35 35 35 αK 98J/cm2 35 αK 50J/cm2 35 35 55 20G 20MnG 25MnG 15MoG 20MoG 12CrMoG 15CrMoG 12Cr2MoG 12CrMoV 12Cr1MoVG 900~930℃正火 900~930℃正火 900~930℃正火 910~940℃正火 910~940℃正火 900~930℃正火 700~750℃回火 930~960℃正火 700~750℃回火 900~960℃正火 700~750℃回火 970℃正火705℃回火抗拉强度σb (MPa) 400 440 440 冲击功 AKV (J) 27 27 27 27 27 27 27 27 27 αK 40J/cm2 27 27 44 34 34 980~1020℃正火 720~760℃回火 1020~1050℃正火 15Cr1Mo1V 730~760℃回火 970~1010℃正火 12MoVWBSiXt 760~780℃回火3h 1000~1035℃正火 12Cr2MoVTiB 760~790℃回火 1040~1090℃正火 12Cr3MoVSiTiB 720~770℃回火 880~960℃正火 15NiCuMoNb5 580~680℃回火 1020~1070℃正火 X20CrMoV121 730~780℃回火1h 1080~1110℃正火 10Cr5MoVTiB 760~780℃回火3h 960~1000℃空冷或油1Cr9Mo1 冷730~780℃回火1h 1Cr9Mo2 10Cr9Mo1VNb 1Mn17Cr7MoVNbBZr 1Cr18Ni9 1Cr19Ni9 0Cr17Ni12Mo2 0Cr18Ni11Ti 1Cr19Ni11Nb 960~1000℃空冷或油冷730~780℃回火1h 1040~1060℃正火 770~790℃回火 1100±20℃40min水冷 ≥1040℃固溶快冷 ≥1040℃固溶快冷 1010~1150℃固溶快冷 920~1150℃固溶快冷热轧管≥1050℃固溶快冷冷拔管≥1095℃固溶快冷 510 585 686 520 520 520 520 520 294 415 235 205 206 206 206 205 25 20 30 30 35 40 40 35 35 20 27 图2-3-4 锅炉蒸汽管道和受热面钢管常用钢号、特征及其主要应用范围

钢号与技术条件 20(20G) GB 699-88 (GB 5310-95) 特征该钢具有良好的工艺性能，在530℃以下具有满意的抗氧化性能，但在470~480℃高温下长期运行过程中，会发生珠光体球化的石墨化，但HB=137~174时，相对加工性为65%。该钢无回火脆性。 15MoG (15Mo3、16Mo) GB 5310-95 是成分最简单的低合金热强钢，其热强性和腐蚀稳定性优于碳素钢，而工艺性能仍与碳素钢大致相同。存在的主要问题是：在500~550℃长期运行有产生珠光体球化和石墨化倾向，随其发展会导致钢管的脆性断裂。焊接性能良好，焊前需预热，焊后需热处理。 12CrMoG GB 5310-95 属低合金耐热钢，在480~540℃下具有足够的热强性和组织稳定性，综合性能较好，无热脆性现象壁温≤510℃的蒸汽管道；壁温≤540℃的受热管子 15CrMoG GB 5310-95 该钢正火后的组织为铁素体、贝氏体和部分马氏体，其冷加工性能和焊接性能良好，无石墨化倾向。在520℃以下，具有较高的持久强度和良好的抗氧化性能，但超过550℃以后，蠕变极限将显著降低，在长期500~550℃运行，会发生碳化物球化，强度下降 12Cr2MoG GB 5310-95 该钢正火后的组织为贝氏体加少量的马氏体，有时有少量铁素体。长期在高温下运行，将会出现碳化物从铁素体基体中析出并聚集长大现象。500℃的蠕变试验结果表明在蠕变第一阶段结束时，总伸长率约为1%~2%；钢的持久塑性比较好。 12CrMoV GB 3077-88 再铬钼钢中加入少量的钒，从而可阻拟钢在高温下长期使用过程中合金元素钼向碳化物中的转移，提高钢的组织稳定性和热强性。与12Cr1MoV钢相比，钢中的含铬量较低，这在550℃以下，对机械性能和热强性能影响不大，但在550℃时，其性能低于12Cr1MoV钢 12XMΦ(ГOCT4543) 15123.9(CSN) 14MoV63(DIN17175) 壁温≤580℃的过热器管、再热器管；壁温≤570℃的蒸汽管道，集箱 10CrMo910(BQB、DIN) STBA24、STPA24(JIS) T22、P22(ASME、ASTM) HT8(SANDVIK) 壁温≤510℃的蒸汽540℃的受热管子主要应用范围壁温≤425℃的蒸汽管道，集箱；壁温≤450℃的受热面管子及省煤器管等壁温≤500℃的蒸汽管道；壁温≤530℃的过热器管类似钢号 CT20(ГOCT)；S20C(JIS)； 1020(SAE，AISI)； C22、CK22(DIN)； XC18(NF);N2024(CSN) 16M STBA12、STPA12(JIS) A209-T1(ASTM) A335-P1(ASTM) 15Mo3(DIN) 12XM(ГOCT) T2、P2(ASME、ASTM) 12CrMo195(德国) 15CD2(法国) 正火、回火后的组织为铁素体、贝氏体和回火马氏体，管道，集箱；壁温≤15XM 13CrMo44(DIN) T12、P12(ASME、ASTM) STBA22、STPA22(JIS) 15121(CSN) 12Cr1MoVG GB 5310-95 该钢属珠光体热强钢。由于钢中加入了少量的钒，可以降低合金元素(如钼、铬)由铁素体向碳化物中转移的速度、弥散分布的钒的碳化物可以强化铁素体基体。该钢在580℃时仍具有高的热强性和抗氧化性能，并具有高的持久塑性。工艺性能和焊接性能较好，但对热处理规范的敏感性较大，常出现冲击韧性不均匀现象。在500~700℃回火时，具有回火脆性现象；长期在高温下运行，会出现珠光体球化以及合金元素向碳化物转移，使热强性能下降壁温≤570℃的受势面管于；壁温≤555℃的集箱和蒸汽管道等 12XMΦ(ГOCT)； 13CrMoV42(DIN)； 15225(CSN)； 12CrlMoV(曼内斯曼钢厂) 15Cr1Mo1V (15X1m1Φ) 前苏联钢号。与12CrlMoV钢相比，含钼量有所提高，壁温≤580℃的蒸故热强性能稍高，在450~550℃，其持久强度比12CrlMoV钢高19.6MPa，570℃时高9.8MPa，但持久塑性稍低于12CrlMoV钢。该钢在570℃以下长期使用组织稳定，且具有良好的抗氧化性能。焊接性能与12CrlMoV钢相当。存在的问题是有些炉号的冲击值低于标准要求，且钢中含有0.013％~0.08％的残铝对钢的热强性能会有不利影响气管道和集箱 A405-61T(ASTM) 12MoVWBSiXt (无铬8) GB 5310-85 属贝氏体无铬低合金热强钢，具有较高的热强性，580℃时的持久强度比12CrlMoV和欧美国家普遍采用的2.25％Cr~1％Mo钢高许多；抗氧化和热加工性苎良好；长期运行经验表明，钢的组织稳定性好。用于代替12CrlMoV钢壁温≤580℃的过热器管和再热器管 12Cr2MoWVTiB (钢102) GB 5310-95 属贝氏体低合金热强钢。经正火加回火处理后的组织为贝氏体，具有良好的综合机械性能、工艺性能和相当高的持久强度，抗氧化性能良好；组织稳定性好，于620℃经5000h时效后，机械性能无明显变化。用于代替高合金奥氏体铬镍钢壁温≤600℃的过热器管和再热器管 12X2MΦCP (TY14-460-75) 12Cr3MoVSiTiB (Ⅱ-11) GB 5310-95 属贝氏体热强钢。在600℃有足够持久强度和抗氧化性能，无热脆倾向，组织稳定性好。回火后冷却速度对钢的性能无明显影响，但回火温度超过710℃以后，持久强度将明显下降，为保证该钢有较好的高温性能，回火温度不宜过高。该钢工艺性能稍差壁温≤600℃的过热器管和再热器管 15NiCuMoNb5 (WB36) 15NiCuMoNb5(WB36)为德国梯生钢厂、曼内斯曼钢厂由于钢中含有Cu，因此提高了钢的抗腐蚀性能。该钢具有较高的强度，室温抗拉强度可达610MPa以上，屈服强度≥440MPa，比20钢高40％，用于锅炉给水管道，可使管壁厚度减薄，从而有利于加工、制造、安装和和运行。通常含Cu钢具有赤热脆性，但由于该钢中加入了较多的Ni，从而消除了赤热脆性。该钢的焊接性能良好，但不适合冷成形加工壁温≤500℃的大口用厚壁钢管、集箱、汽包、压力容器等和日本住友金属株式会社生产的Ni-Cu-Mo低合金钢。径(76~660mm)锅炉X20CrMoV121 (F12) DIN17175-79 属12%铬型马氏体热强钢，具有良好的耐热性能，在空气和蒸汽钟抗氧化能力可达700℃，但工艺性能较差，在锻造轧制和焊接时易产生裂纹。钢的热强性能低于钢102和Ⅱ-11 壁温540~560℃的集箱和蒸汽管道，以及壁温达610℃的过热器管和壁温达650℃的再热器管 HT9(SANDVIK) 1X12B2MΦ(ГOCT) 2X12MBΦBP(ГOCT) X20CrMoWV121(DIN) 10Cr5MoWVTiB (G106) 工厂标准 1Cr9Mo1 (X12CrMo91) 属中铬贝氏体钢。具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性和组织稳定性。热强性能较高，且工艺性能良好属马氏体型耐热钢。由于钢中含铬量较高，因此抗氧化和抗腐蚀性能优于低合金钢，但钢的热强性能低于2.25Cr—1Mo、12CrlMoV钢等。焊接性能差，且有空淬现象壁温为630~650℃的再热器管壁温≤650℃的再热器管 STBA25(JIS) T5、T5CC(ASME) T9、P9(ASME) STBA26、STPA26(JIS) X12CrMo91(德国) HT7(SANDVIK) 1Cr9Mo2 (HCM(M) 日本住友 HCM9M是9Cr-2Mo型铁索体钢，是日本三菱重工和住友金属株式会社联合研制的。该钢具有高的抗氧化和抗高温蒸汽腐蚀性能，并具有更高的热强性和组织稳定性。在高于550℃时，该钢的许用应力比2.25Cr-lMo钢高30％~57％，比9Cr-1Mo钢高50％~70％，但比奥氏体不锈钢低，约为TP304H钢的50％~85％。该钢焊接性能较好，可进行冷弯，但冷弯后需进行热处理壁温为620℃以下的亚临界、超临界锅炉过热器管、再热器管、集箱和导管 10Cr9Mo1VNb 是美国在9Cr-1Mo钢基础上添加微量V、Nb，调整Si、GB 5310-95 Ni和Al添加量后形成的超9Cr钢。该钢的高温强度优ASMESA213T91 异，在550℃以上，其设计许用应力为T9和2.25Ci-1MoASMESA335P91 钢的两倍。与1Crl9Ni9钢相比，其等强(持久强度)温度为625℃，抗氧化和抗蒸汽腐蚀性能与9Cr-lMo钢相当 1Mn17CrMoVNbBZr (17-7MoV) 工厂标准属锰铬型奥氏体热强钢，由于用钼、钒、硼、铌和锆进行综合强化，具有较高的热强性和抗氧化性；时效稳定性良好，与650℃时效8500h后的冲击韧性值仍保持在127.4J/cm2以上，在奥氏体基体上的碳化物颗粒呈均匀弥散分布，未出现σ相。该钢的焊接性能和工艺性能良好。钢中所含锆元素为我国稀有属各国通用的18-8型铬镍奥氏体不锈热强钢。钢的热强性能、耐腐蚀性能和焊接性能良好，冷变形能力非常高用于亚临界、超临界锅炉壁温达650℃的过热管和再热管，壁温为600℃以下的集箱和管道壁温≤680℃的过热器管、再热器管、蒸汽管道和集箱 X10CrmoVNb91(德国) TUZ1OCDNV92(法国) 大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许SUS抗氧化温度为705℃ 0Cr17Ni12Mo2 (316) ASTM A213- 83 TP316H 属各国通用的奥氏体不锈热强钢。由于2％~3％的钼元素，对各种无机酸、有机酸、碱、盐类的耐腐蚀性和耐点提高。在高温下具有较高的蠕变强度大型锅炉的再热器管，过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃ SUS304HTB(JIS)、 SUS304HTP(JIS) TP304H(ASME) 12X18H9(前苏联) 0Cr18Ni11Ti (321) 属用钛稳定的铬镍奥氏体不锈热强钢。与1Crl8Ni9Ti钢相比，由于含有较多的隙，因此，奥氏体组织较稳定，并具有较高的热强性能和持久断裂塑性大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃ SUS321HTB、 SUS321HTP(JIS) TP321H(ASME) 12X18H12T(ГOCT) 1Cr19Ni11nb (347) GB 5310-9 属用铌稳定的铬镍奥氏体不锈热强钢。该钢具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能。热强性能高于18-8型TP304H钢。在碱、海水和很多种酸中都有很好的耐腐蚀大型锅炉的再热器管、过热器管及蒸汽管道。用于锅炉管的允许抗氧化温度为705℃ SUS347HTB、 SUS347HTP(JIS) TP347H(ASME) 08X18H12 X10CrNiNb1(德国) 表2-3-5 钢板许用应力(摘自GB150-1998)

钢钢号板标准碳素钢钢板 Q235A·F Q235－A －A 3～4 B B Q235－B 4.5～16 4.5～16 >16~40 A 3～4 B Q235－C 4.5～16 >16~40 A 3～4 B 20R C 4.5～16 >16~40 6～16 >16～36 >36~60 >60~100 低合金钢钢板 16MnR C 6~16 >16~36 >36~60 >60~100 >100~120 15Mn VR C 6~8 6~16 >16~36 >36~60 15MnV NR C 6～16 >16~36 >36~60 18Mn MoNbR 13MnNi MoNbR 07MnCr MoVR 16MnDR C C 30～60 >16~100 30～100 >100~120 － 16～50 D 6~16 >16~36 >36~60 >60~100 170 163 157 153 150 183 177 170 163 190 183 177 197 190 190 190 203 163 157 150 150 170 163 157 153 150 183 177 170 163 190 183 177 197 190 190 190 203 163 157 150 147 170 170 156 144 134 125 93 163 159 147 134 125 119 93 157 150 138 125 116 109 93 150 141 128 116 109 103 93 147 138 125 113 106 100 93 183 183 183 172 159 147 － 177 177 177 172 159 147 － 170 170 170 163 150 138 － 163 163 163 153 141 131 － 190 190 190 190 175 163 － 183 183 183 181 169 156 － 177 177 177 172 159 147 － 66 66 66 66 66 －－－－－－－ 43 43 43 43 43 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 2 A 3～4 113 113 113 113 113 113 113 113 125 125 125 133 133 133 128 113 113 113 113 113 113 113 113 125 125 125 133 132 126 115 113 105 94 113 105 94 113 105 94 113 105 94 107 99 91 113 105 94 113 105 94 107 99 91 －－ 86 86 83 86 86 83 －－ 77 77 75 77 77 75 86 86 83 86 83 77 －－－－－－－－ 79 79 77 86 79 77 71 －－－－－－－－－－－ 83 78 75 68 －－－－－－－－－－－ 61 61 61 61 －－－－－－－－－－－ 41 41 41 41 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 1 1 1 1 1 1 1 1 厚度 mm ≤20 100 在下列温度（℃）下的许用应力，MPa 150 200 250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 注 125 116 104 95 125 116 104 95 119 110 101 92 126 116 104 95 119 110 101 92 110 103 92 84 132 123 110 101 92 197 197 197 197 197 197 197 177 117 － 190 190 190 190 190 190 190 177 117 － 190 190 190 190 190 190 － 190 190 190 190 190 188 － 203 203 203 203 203 － 163 156 144 131 122 － 156 147 134 122 113 － 147 138 125 113 106 － 138 128 116 106 100 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 07MnNiCrMoVDR 15MnNi DR － 16~50 D 6~16 >16~36 >36~60 D 6~16 >16~36 D 6~16 >16~36 >36~60 C 6~60 >60~100 － - 203 163 157 153 147 143 147 143 143 150 150 172 203 163 157 153 147 143 147 143 143 150 150 172 203 203 203 203 203 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 58 58 58 －－－－－－－－ 37 37 37 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 09Mn2V DR 09MnNi DR 147 147 147 147 － 143 143 143 138 128 － 143 141 134 128 119 － 15CrMoR 14Cr1 MoR 0Cr13A1 0Cr13 0Cr18Ni9 0Cr18Ni 10Ti 0Cr17Ni 12Mo2 0Cr18Ni 12Mo2Ti 0Cr19Ni 13Mo3 00Cr19Ni 10 00Cr17Ni 14Mo2 00Cr19Ni 13Mo3 00Cr18Ni5Mo3Si2 150 150 141 131 125 118 115 112 110 88 147 138 131 123 116 110 107 104 103 88 169 159 153 144 138 131 127 122 116 88 高合金钢钢板 E 2~15 E E E E E E E E E E 2~60 2~60 2~60 2~60 2~60 2~60 2~60 2~60 2~60 2~25 118 137 137 137 137 137 137 137 137 137 137 137 118 118 118 118 118 118 197 105 126 137 114 137 114 137 117 137 117 137 117 118 97 118 97 118 117 197 101 100 99 123 137 103 137 103 137 107 137 120 130 96 130 96 134 99 134 119 122 90 122 90 125 93 125 93 97 117 114 85 114 85 118 87 118 87 95 112 111 82 111 82 113 84 113 84 90 109 107 79 108 80 111 82 111 82 87 105 105 78 106 79 110 81 110 81 － 100 103 76 105 78 109 81 109 81 － 101 75 104 77 108 80 108 80 － 72 100 74 103 76 107 79 107 79 － 53 98 73 101 － 38 91 71 83 － 26 79 67 58 － 16 62 44 44 81 73 －－ 81 73 －－－－－－－ 3 3 3 3 3 4 3 3 75 74 58 106 105 96 78 78 76 －－－－－－ 107 99 137 134 125 118 113 111 107 99 93 87 84 82 118 110 103 98 94 91 87 87 81 80 76 74 93 73 70 87 69 90 67 84 67 86 82 － 117 108 100 95 110 109 108 107 106 105 96 81 81 80 79 78 78 76 －－－－－－ 66 85 63 81 －－ 84 62 81 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 118 118 118 118 113 111 107 99 190 173 167 163 － 110 109 － A：GB912；B：GB3274；C：6654；D：GB3531；E：GB4237； 1：所列许用应力，已乘质量系数0.9；2：该行许用应力仅适用于多层包扎压力容器的层板；3该行许用应力仅适用于允许产生微量永久变形之元件，对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。

表2-3-6 钢管许用应力(摘自GB150-1998)

钢号钢管标准在下列温度（℃）下的许用应力，MPa 壁厚 mm ≤20 100 150 200 250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 注碳素钢钢管 10 F ≤10 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 G ≤16 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 H ≤16 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 17~40 112 110 104 98 79 74 68 66 61 20 F ≤10 130 130 130 123 110 101 92 86 83 61 G ≤16 137 137 132 123 110 101 92 86 83 61 20G H ≤16 137 137 132 123 110 101 92 86 83 61 17~40 137 132 126 116 104 95 86 79 78 61 低合金钢钢管 16Mn H ≤16 163 163 163 159 147 135 126 119 93 66 17~40 163 163 163 153 111 129 119 116 93 66 15MnV H ≤16 170 170 170 170 166 153 141 129 －－ 17~40 170 170 170 170 159 147 135 126 －－ 09MnD 133 133 128 119 106 97 88 －－－－ ≤16 12CrMo G ≤16 128 113 108 101 95 83 77 75 74 H 17~40 122 110 104 98 92 86 79 74 72 71 15CrMo G ≤16 147 132 123 116 110 101 95 87 86 H ≤16 147 132 123 116 110 101 95 87 86 17~40 141 126 116 110 104 95 86 84 83 12Cr1MoI ≤16 147 144 135 126 119 110 104 98 96 95 VG 10MoMVH ≤16 157 157 157 156 153 147 141 135 130 126 Nb 17~40 157 157 156 150 147 141 135 129 124 119 12Cr2Mo H ≤16 150 150 150 147 144 141 138 134 131 128 17~40 150 150 147 141 138 134 131 128 126 123 1Cr5Mo H ≤16 122 110 104 101 98 95 92 87 86 17~40 116 104 98 95 92 86 83 81 79 高合金钢钢管 0Cr13 J ≤18 137 126 123 120 119 117 112 109 105 100 0Cr18Ni9 K ≤13 137 137 137 130 122 114 111 107 105 103 J ≤18 137 114 103 96 90 85 82 79 78 76 0Cr18Ni K ≤13 137 137 137 130 122 114 111 108 106 105 10Ti J ≤18 137 114 103 96 90 85 82 80 79 78 0Cr17Ni K ≤13 137 137 137 134 125 118 113 111 110 109 12Mo2 J ≤18 137 117 107 99 93 87 84 82 81 81 0Cr18Ni K ≤13 137 137 137 134 125 118 113 111 110 109 12Mo2Ti J ≤18 137 117 107 99 93 87 84 82 81 81 0Cr19Ni K ≤13 137 137 137 134 125 118 113 111 110 109 13Mo3 J ≤18 137 117 107 99 93 87 84 82 81 81 00Cr19 K ≤13 118 118 118 110 103 98 94 91 － Ni10 J ≤18 118 97 87 81 76 73 69 67 66 － 00Cr17Ni K ≤13 118 118 117 108 100 95 90 86 85 84 14Mo2 J ≤18 118 97 87 80 74 70 67 63 62 00Cr19Ni K ≤13 118 118 118 118 118 118 113 111 110 109 13Mo3 J ≤18 118 117 107 99 93 87 84 82 －－ F：GB8163；G：GB9948；H：GB79；I：GB5310；J：GB/T 14976；K：GB13296；注1：该行许用应力仅适用于允许产生微量永久变形之元件。 41 41 41 41 41 41 41 41 43 43 －－－ 72 69 81 81 81 92 121 111 119 119 83 78 101 75 104 77 108 80 108 80 108 80 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 71 68 83 83 79 97 97 62 62 72 100 74 103 76 107 79 107 79 107 79 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 50 50 58 58 58 82 －－ 61 61 46 46 53 98 73 101 75 106 78 －－ 106 78 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 37 37 37 57 －－ 46 46 35 35 38 91 71 83 74 105 78 －－ 105 76 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 35 －－ 37 37 26 26 26 79 67 58 58 96 76 －－ 96 73 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 18 18 16 52 44 44 81 73 －－ 81 65 －－－－－－ 1 1 1 1 1 1 1 1

表2-3-7 锻件许用应力(摘自GB150-1998)

锻件标准公称壁厚 mm ≤100 ≤100 100~300 ≤300 ≤300 ≤300 >300~500 >500~700 ≤300 >300~500 ≤300 ≤200 ≤300 ≤300 在下列温度（℃）下的许用应力，MPa ≤20 123 166 159 150 157 177 170 163 207 203 150 140 140 170 177 170 163 200 203 147 143 207 203 147 143 170 167 197 137 137 137 137 137 137 137 117 117 117 117 197 100 150 200 250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 注钢号碳素钢锻件 20 L 35 L 低合金钢锻件 16Mn L 15MnV L 20MnMo L 119 147 144 150 157 177 170 163 207 203 150 140 140 170 177 170 163 200 203 147 143 207 203 144 141 170 167 197 126 137 114 137 114 137 117 117 97 117 97 197 113 104 95 86 79 141 129 116 108 98 138 126 113 104 95 147 157 177 170 163 207 203 147 － 140 170 135 156 177 170 163 207 203 135 － 140 170 129 147 177 170 163 207 203 129 － 134 170 116 135 177 169 163 207 203 116 － 128 169 110 126 171 163 159 207 203 110 － 119 163 74 92 104 113 163 153 150 207 203 －－－－ 72 85 85 93 － 156 147 144 207 203 －－－－－－－－－ 107 96 194 194 96 96 147 144 136 105 105 79 106 79 110 81 66 85 63 － 61 61 61 66 － 131 131 131 177 177 －－－－－－－－－ 104 95 150 150 95 95 144 141 107 100 103 78 105 78 109 81 －－ 84 62 － 41 41 41 43 － 84 84 84 117 117 －－－－－－－－－ 103 93 111 111 92 92 119 119 83 101 77 104 77 108 80 －－－－－－－－－－ 49 49 49 －－－－－－－－－－－ 88 88 79 79 62 72 100 76 103 76 107 79 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 58 58 50 50 82 82 61 61 46 53 98 75 101 75 106 78 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 37 37 －－ 57 57 46 46 35 38 91 74 83 74 105 78 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 35 35 37 37 26 26 79 58 58 58 96 76 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 18 16 44 44 44 81 73 －－－－－ 1 20MnMoNb 16MnD 09Mn2VD 09MnNiD 16Mn MoD 20Mn MoD 08MnNiCr MoVD 10Ni3MoVD 15CrMo 35CrMo 12Cr1 MoV 12Cr2Mo1 L M M M M M ≤300 >300~500 >500~700 M ≤300 M ≤300 L L L L ≤300 >300~500 ≤300 >300~500 ≤300 >300~500 ≤500 177 177 177 177 171 － 170 170 170 169 163 － 163 163 163 163 159 － 200 200 200 200 200 －－ 147 135 207 203 135 131 169 166 197 123 137 103 137 103 137 107 117 87 117 87 178 － 138 126 207 203 126 126 163 159 197 120 130 96 130 96 134 99 110 81 108 80 163 － 132 119 207 203 119 119 159 156 197 119 122 90 122 90 125 93 103 76 100 74 156 － 123 110 207 203 110 110 156 153 197 117 114 85 114 85 118 87 98 73 95 70 153 － 116 104 207 203 104 104 153 150 197 112 111 82 111 82 113 84 94 69 90 67 －－ 110 98 200 200 98 98 150 147 190 109 107 80 108 80 111 82 91 67 86 － 1 1Cr5Mo L 高合金锻件 0Cr13 N ≤100 0Cr18Ni9 N ≤200 0Cr18Ni 10Ti 0Cr17Ni 12Mo2 00Cr19Ni10 00Cr17Ni 14Mo2 00Cr18Ni5Mo3Si2 N ≤200 N ≤200 N ≤200 N ≤200 N ≤100 2 2 2 2 2 L：JB4726；M：JB4727；N：JB4728；注1：该锻件不得用于焊接结构；2：该行许用应力仅适用于允许产生微量永久变形之元件，对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。

表2-3-8 螺栓许用应力(摘自GB150-1998)

钢钢号材标准碳素钢螺栓 Q235-A 35 40MnB 40MnVB 40Cr 30CrMoA O P Q Q Q Q ≤M20 ≤M22 M24~M27 ≤M22 M24~M26 ≤M22 M24~M36 ≤M22 M24~M36 ≤M22 M24~M48 M52~M56 35CrMoA 35CrMo VA 25Cr2Mo VA Q Q Q Q ≤M22 M24~M48 M52~M80 M85~105 M52~105 ≤M22 M24~M48 M52~105 40CrNi MoA 1Cr5Mo 2Cr13 0Cr18Ni9 0Cr18Ni 10Ti 0Cr17Ni 12Mo2 Q M52~140 ≤M22 M24~M48 ≤M22 M24~M27 ≤M22 M24~M48 ≤M22 M24~M48 ≤M22 M24~M48 87 117 118 196 212 210 228 196 212 157 167 185 210 228 254 219 272 210 245 254 306 111 130 111 130 97 103 97 103 101 107 78 105 106 176 1 190 206 176 1 141 150 167 190 206 229 196 247 221 190 222 229 196 291 101 118 106 123 90 96 90 96 93 99 74 98 69 91 62 82 84 56 74 76 － 69 70 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 39 39 39 39 － 35 35 －－ 42 42 25 25 50 50 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 26 26 －－ 32 32 18 18 38 38 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 18 18 －－ 27 27 13 13 30 30 螺栓规格 mm ≤20 100 在下列温度（℃）下的许用应力，MPa 150 200 250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 100 92 171 165 162 154 143 126 － 183 180 176 167 154 137 － 185 179 176 168 157 140 － 199 196 193 183 170 154 － 171 165 162 157 148 134 － 183 180 176 170 160 147 － 137 134 131 129 124 116 111 107 103 79 79 79 79 79 79 －－ 145 142 140 137 132 123 118 113 108 79 161 157 156 152 146 137 131 126 111 185 179 176 174 165 154 147 140 111 199 196 193 1 180 170 162 150 111 221 218 214 210 200 1 180 150 111 1 185 181 178 171 160 153 145 111 240 232 229 225 218 207 201 － 214 210 207 203 196 1 183 －－－ M110~140 246 185 179 176 174 168 160 156 151 111 131 72 216 209 206 203 196 186 181 176 168 131 72 221 218 214 210 203 196 191 185 176 131 72 1 185 181 178 174 167 1 160 153 131 72 281 274 267 257 244 － 97 94 92 91 90 87 － 84 － 81 95 －－ 66 71 69 74 73 78 － 77 83 －－ 63 67 58 58 71 76 － 62 62 －－ 58 62 44 44 68 73 － 46 46 －－ 52 52 33 33 65 65 M110~140 219 113 109 108 106 105 101 98 103 100 97 91 －－－ 120 117 113 107 － 84 90 84 90 87 93 79 85 79 85 82 87 77 82 77 82 79 84 74 79 75 80 77 82 71 76 73 78 76 81 － 69 74 71 76 75 79 － 68 73 70 75 74 78 O：GB700；P：GB699；Q：GB3077；R：GB1221。

表2-3-9 钢板高温力学性能(摘自GB150-1998)

钢号碳素钢钢板 20R 6~16 >16~36 >36~60 >60~100 低合金钢钢板 16MnR 6~16 >16~36 >36~60 >60~100 15Mn VR 6~16 >16~36 >36~60 15Mn VNR 6~16 >16~36 >36~60 低合金钢钢板 18Mn MoNbR 13Mn NiMo NbR 16Mn DR 30~60 >60~100 30~100 440 410 390 380 370 360 350 335 315 285 410 385 370 360 350 340 330 315 295 270 390 370 360 355 350 345 335 305 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 265 176 － 265 176 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 87 87 87 91 －－－－－－－－－－－ 56 56 56 69 －－－－－－－－－－－－－－ 56 －－－－－－－－－－－－－－－ 345 315 295 275 250 230 215 200 190 325 295 275 255 235 215 200 190 180 305 280 260 240 220 200 185 175 165 285 260 240 225 205 185 175 165 155 390 355 335 315 295 275 255 235 220 －－－－－－ 187 140 187 140 187 140 187 140 187 140 －－－－－－－－－－－－ 99 99 99 99 99 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 245 220 210 196 176 162 147 137 127 235 210 200 186 167 153 139 129 121 225 200 191 178 161 147 133 123 116 205 184 176 1 147 135 123 113 106 －－－－ 170 127 170 127 170 127 170 127 91 91 91 91 61 61 61 61 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－厚度 mm 20 在下列温度（℃）下的σ0.2(σs)，MPa 在下列温度（℃）下10万小时的σD，MPa 100 150 200 250 300 350 400 450 500 400 425 450 475 500 525 550 575 600 >100~120 275 250 235 220 200 180 170 160 150 370 335 315 295 280 260 240 220 205 － 350 315 300 280 265 245 225 210 195 － 440 400 375 355 330 305 280 260 245 － 420 385 360 340 315 290 270 250 235 － 400 365 340 320 300 275 255 235 220 － >100~120 380 360 350 345 340 335 325 300 6~16 >16~36 >36~60 >60~100 315 290 270 250 230 210 195 295 270 250 235 215 195 180 275 250 235 220 200 180 170 255 235 220 205 185 170 160 300 280 270 260 250 235 220 280 260 250 240 230 220 205 260 245 235 225 215 205 190 －－－－－－－ 09Mn NiDR 6~16 >16~36 >36~60 6~60 >60~100 6~100 6~150 15Cr MoR 14Cr1 MoR 12Cr2 Mo1R 295 270 255 240 225 210 200 1 179 174 － 275 250 235 220 210 196 186 176 167 162 － 310 280 270 255 245 230 220 210 195 176 － 310 280 270 260 255 250 245 240 230 215 －

201 132 201 132 201 132 179 133 表2-3-10 钢板高温力学性能（续）(摘自GB150-1998)

钢号 20 高合金钢钢板 0Cr13 0Cr18Ni9 0Cr18 Ni10Ti 0Cr17Ni 12Mo2 0Cr18Ni12 Mo2Ti 0Cr19Ni 13Mo3 00Cr19 Ni10 00Cr17 Ni14Mo2 00Cr19Ni13 Mo3 00Cr18 Ni5Mo3Si2 205 205 205 205 205 205 177 177 177 390 1 171 171 175 175 175 145 145 175 315 184 155 155 161 161 161 131 130 161 285 180 144 144 149 149 149 122 120 149 260 178 135 135 139 139 139 114 111 139 250 175 127 127 131 131 131 109 105 131 245 168 123 123 126 126 126 104 100 126 － 163 119 120 123 123 123 101 96 123 － 150 114 117 121 121 121 98 93 121 － 133 111 114 119 119 119 －－－－ 108 106 111 117 117 117 －－－－ 410 520 520 520 530 520 480 480 480 590 － 440 455 465 465 465 405 415 415 －－ 420 435 455 455 455 375 395 395 －－ 405 430 450 450 450 365 385 385 －－ 400 425 445 445 445 360 380 380 －－ 400 425 445 445 445 360 380 380 －－ 400 425 445 445 445 355 380 380 －－ 395 425 445 445 445 350 375 375 －－ 385 420 435 435 435 340 370 370 －－ 365 410 420 420 420 －－－－－ 345 385 390 390 390 －－－－ 100 在下列温度（℃）下的σ0.2(σs)，MPa 150 200 250 300 350 400 450 500 550 20 100 150 在下列温度（℃）下的σD，MPa 200 250 300 350 400 450 500 550 注：高合金钢钢管、锻件和螺栓的高温力学性能，可参考本表相应钢号的数值。

表2-3-11 钢管高温力学性能值(摘自GB150-1998)

钢号碳素钢钢管 10 20 20G 低合金钢钢管 16Mn 15MnV 09MnD 12CrMo 15CrMo 12Cr1 MoV 10MoW VNb 12Cr2Mo 1Cr5Mo ≤16 17~40 ≤16 17~40 ≤16 ≤16 17~40 ≤16 17~40 ≤16 ≤16 17~40 ≤16 17~40 ≤16 17~40 20 35 ≤100 ≤100 320 310 350 340 240 205 195 235 225 255 295 285 280 270 195 185 215 265 295 285 325 315 215 181 176 210 200 230 270 260 255 245 176 167 191 235 275 265 305 295 205 172 167 196 186 215 260 250 245 235 167 157 181 225 255 245 285 275 190 162 157 186 176 200 250 240 235 225 162 152 167 205 235 225 265 255 170 152 147 176 162 191 245 235 230 220 157 147 152 186 215 205 245 235 155 142 137 162 152 176 235 225 225 215 152 142 137 172 200 191 225 215 140 132 127 152 142 167 225 215 220 210 147 137 127 157 191 186 205 200 － 123 118 142 137 157 215 205 215 205 142 132 118 147 181 176 196 191 － 118 113 137 132 152 200 191 205 197 137 127 113 137 －－－－－ 113 108 132 127 142 186 181 194 187 127 123 －－ 187 187 －－－－－－－－－－－－－－ 170 170 140 140 －－－－－－－－－－－－－－ 127 127 99 99 －－－－－－－－－－－－ 160 160 91 91 －－－－－ 201 201 －－－ 179 179 125 125 61 61 －－－－－ 111 111 132 132 170 145 145 133 133 93 93 －－－－－－－ 75 75 87 87 123 －－ 91 91 69 69 －－－－－－－－－ 56 56 85 －－ 69 69 53 53 －－－－－－－－－－－ 52 －－ 56 56 39 39 －－－－－－－－－－－－－－－ 27 27 －－ ≤16 17~40 ≤16 ≤16 17~40 205 195 245 245 235 181 176 220 220 210 172 167 210 210 200 162 157 196 196 186 147 142 176 176 167 133 128 162 162 153 123 118 147 147 139 113 109 137 137 129 108 103 127 127 123 －－－－－ 170 170 170 170 170 127 127 127 127 127 91 91 91 91 91 61 61 61 61 61 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－壁厚 mm 20 100 在下列温度（℃）下的σ0.2(σs)，MPa 150 200 250 300 350 400 450 500 400 425 在下列温度（℃）下的σD，MPa 450 475 500 525 550 575 600 碳素钢锻件 >100~300 16Mn 15MnV 20MnMo ≤300 ≤300 ≤300 >300~500 >500~700 20Mn MoNb 15CrMo ≤300 >300~500 ≤300 >300~500 35CrMo 12Cr1 MoV 12Cr2 Mo1 1Cr5Mo ≤300 >300~500 ≤300 >300~500 ≤300 >300~500 ≤500 255 275 315 370 355 340 470 460 275 255 440 430 255 245 310 300 390 230 245 285 340 325 315 435 430 250 230 400 395 230 225 280 275 355 220 235 265 320 305 300 420 415 235 215 380 380 215 210 270 265 340 200 215 250 305 290 285 405 405 220 200 370 370 200 200 260 255 330 181 205 235 295 280 275 395 395 210 190 360 360 190 190 255 250 325 167 186 215 285 270 265 385 385 196 176 350 350 176 176 250 245 320 152 176 200 275 260 255 370 370 186 167 335 335 167 167 245 240 315 142 167 181 260 245 240 355 355 176 157 320 320 157 157 240 235 305 132 162 172 240 225 220 335 335 167 152 295 295 152 152 230 225 285 －－－ 210 200 200 305 305 162 147 255 255 142 142 215 215 255 170 187 －－－－－－－－－－－－－－－ 127 140 －－－－－－－－－－－－－－－ 91 99 － 196 196 196 265 265 －－ 225 225 －－－－ 160 61 － 126 126 126 176 176 201 201 167 167 －－ 179 179 125 －－－ 74 74 74 －－ 132 132 118 118 170 170 133 133 93 －－－－－－－－ 87 87 75 75 123 123 91 91 69 －－－－－－－－ 56 56 －－ 85 85 69 69 53 －－－－－－－－－－－－ 52 52 56 56 39 －－－－－－－－－－－－－－ 27 低合金锻件

表2-3-12 螺栓高温力学性能值(摘自GB150-1998)

钢号螺栓规格 mm 在下列温度（℃）下的σ0.2(σs)，MPa 20 100 150 200 250 300 350 400 450 500 400 在下列温度（℃）下10万小时的σD，MPa 425 450 475 500 525 550 575 600 碳素钢螺柱 35 ≤M22 M22~27 40MnB 40Mn VB 40Cr 30Cr MoA 35Cr MoA ≤M22 M24~36 ≤M22 M24~36 ≤M22 M24~36 ≤M22 M24~56 ≤M22 M24~80 M85~105 35Cr MoVA 25Cr2 MoVA M52~105 M110~140 ≤M48 M52~105 M110~140 40CrNi MoA 1Cr5Mo M52~140 ≤M48 315 295 685 635 735 685 685 635 550 500 735 685 590 735 665 735 685 590 825 390 285 265 620 570 665 615 620 570 495 450 665 620 530 665 600 665 620 530 785 355 265 250 600 550 5 600 600 550 480 435 5 600 510 5 580 5 600 510 760 340 245 230 580 540 625 585 580 540 470 425 625 585 500 625 570 625 590 500 740 330 220 210 570 530 615 575 570 530 460 420 615 575 490 615 560 615 580 490 720 325 200 191 540 500 590 550 550 510 450 410 605 565 480 605 550 605 570 480 695 320 186 176 500 460 550 510 520 480 435 395 580 540 460 590 535 590 555 470 660 315 －－ 440 410 490 460 470 440 405 370 540 510 430 560 510 560 530 450 － 305 －－－－－－－－ 375 340 490 460 390 530 480 530 500 430 － 285 －－－－－－－－－－－－－－－ 480 450 390 － 255 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 225 225 225 225 225 －－－－－－ 160 －－－－－－－－ 167 167 167 167 167 －－－－－－ 125 －－－－－－－－ 118 118 118 118 118 －－ 196 196 196 － 93 －－－－－－－－－－－－－－－ 108 108 108 － 69 －－－－－－－－－－－－－－－ 59 59 59 － 53 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 39 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 27 低合金钢螺栓

表2-3-13 钢材弹性模量(摘自GB150-1998)

钢类 -196 碳素钢(C≤0.30%) 碳素钢(C>0.30%)、碳锰钢锰钼钢、低铬钼钢 (至Cr3Mo) 中铬钼钢（Cr5Mo~Cr9Mo）奥氏体钢 (至Cr25Ni20) 高铬钢(Cr13~Cr17) －－－ 203 201 198 195 191 187 181 175 165 156 153 －－－－－ 210 207 205 199 195 191 187 184 181 177 173 169 1 162 160 155 151 147 143 －－－ 191 1 187 185 182 180 176 173 169 165 163 161 156 150 －－－－－ 208 206 203 200 198 194 190 186 180 174 170 165 153 138 －－－－ -150 －－ -100 －－ -20 194 208 20 192 206 100 191 203 在下列温度（℃）下的弹性模量103MPa 150 1 200 200 186 196 250 183 190 300 179 186 350 173 179 400 165 173 450 150 165 475 133 150 500 － 133 550 －－ 600 －－ 650 －－ 700 －－

表2-3-14 钢材平均线膨胀系数(摘自GB150-1998)

钢类 -196 碳素钢、碳锰钢、锰钼钢、低铬钼钢中铬钼钢（Cr5Mo~ Cr9Mo）奥氏体钢(至Cr25Ni20) 高铬钢（Cr 13~Cr17) Cr25Ni20 14. 67 －－ 15. 08 －－ 15. 45 －－ 15.97 8. 95 － 16.28 9. 29 － 16.54 9. 59 － 16.84 9. 94 15.84 17.06 10.20 15.98 17.25 10.45 16.05 17.42 10.67 16.06 17.61 10.96 16.07 17.79 11.19 16.11 17.99 11. 41 16.13 18.19 11.61 16.17 18.34 11.81 16.33 18.58 11.97 16.56 18.71 12. 11 16.66 18.87 － 16.91 18.97 － 17.14 －－－ 9. 77 10.16 10.52 10.91 11.15 11.39 11.66 11.90 12.15 12.38 12.63 12.86 13.05 13.18 －－－ -150 － -100 9. -50 10. 39 在下列温度（℃）与20℃之间下的平均线膨胀系数α,10-6mm/mm·℃ 0 10. 76 50 11. 12 100 11.53 150 11.88 200 12.25 250 12.56 300 12.90 350 13.24 400 13.58 450 13.93 500 14.22 550 14.42 600 14.62 650 － 700 －

(2) 各国耐热钢管对照

表2-3-15 日本JIS、JPI钢管

标准名称高温配管用碳素钢钢管 JISG3456 配管用合金钢管JIS G3458 钢种 C C C Mo Cr.Mo 钢号 STPT38 STPT42 STPT49 STPA12 STPA20 STPA22 STPA23 STPA24 STPA25 STPA26 SUS 304TP SUS 304HTP SUS 304LTP 制造法 S.E S.E S S 适用范围主要用于温度超过 350℃的配管主要用于高温配管使用温度及压力 350～400℃ 350℃以下,10～30MPa 400～450℃ 450～500℃ 500～550℃ 550～600℃ 550～650℃ 600～650℃ 配管用不锈钢钢管JIS G3459 SUS 321TP SUS SUS 321HTP S.A.E SUS 316TP SUS 316HTP SUS 316LTP SUS 309STP SUS 310STP SUS 347TP SUS 347HTP SUS 329J1TP 耐腐蚀，耐热及高温配管用也可用于冰点以下的低温配管 650～850℃ 850～1200℃ 650～850℃ 注：(1). 第一位S表示钢； (2). TP表示管道用钢管；

(3). 制造法中S表示无缝钢管, E和A为电阻焊和电弧焊有缝钢管，B对接焊管； (4). STPG、STPL、STPT后两位数字表示抗拉强度值下限(kgf/mm2=9.8MPa); (5). STPA后两位数字表示钢种序号；

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