关于锅炉钢结构的选材问题.pdf

第 3期 2 0 1 0年 5月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG No ． 3 Ma v ． 2 01 0 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 0 0 3 0 0 1 1 0 3 关 于锅炉钢 结构 的选材 问题 袁 奋 哈尔滨锅炉厂有限责任公 司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 本 文通 过对锅炉钢结构 中不 同类型 的钢材 的化学 成分 的分 析及力学性 能 的介 绍 ， 并 与锅炉 钢结构实 际运用知识相结合， 综合阐述了有关锅炉钢结构设计中的选材问题 ， 使设计达到安全、 经济、 可靠的效果。 关键词 钢结构 ； 材料 ； 选 用 中图分类号 T K 2 2 8 文献标识码 B Qu e s t i o n A b o u t Ho w t o C h o o s e Ma t e r i a l o f Bo i l e r S t e e l S t r u c t u r e I ／ n a n Fe n H a r b i n B o i l e r C o ．L t d ． ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e ma i n l y i n t r o d u c e s t h e c h e mi c a l c o mp o n e n t a n d t he me c h a n i c a l c a p a b i l i t y o f d i f f e r e n t t y pe o f s t e e l ma t e r i a l i n s t e e l s t r u c t u r e o f b o i l e r ． Co mb i n i n g wi t h t he t h e o r y a n d p r a c t i c e， t h e a r t i c l e d i s c u s s e d t h e q u e s t i o n o f ho w t o c ho o s e s t e e l ma t e ria l t o ma ke a s a f e， e c o n o mi c a l a n d de p e n d a b l e e f f e c t i n t h e d e s i g n o f s t e e l s t ru c t ur e o f bo i l e r ． Ke y wo r ds s t e e l s t r uc t u r e；ma t e r i a l ；c h o i c e 0 引 言 锅炉钢结构的设计人员在选材的过程中需要 考虑到钢材的强度 、 伸长率 、 冷弯性能和冲击韧性 等性能。在一些特殊的环境下使用 的钢材 ， 还要 考虑到它的抗腐蚀 、 耐高 温和防磨性能。挑选合 适的钢材来设计锅炉钢结构 的部件 ， 对 于整个锅 炉的安全性 、 可靠性 和经济性 都是至关重要 的。 现在将锅炉钢结构 的材料选用 问题分类进行介 绍 。 1 材料设计指标 所有锅炉钢结构用的钢材和焊材都应符合我 国现行标准的规定 ， 主要承重结构 的钢材应具有 抗拉强度、 伸长率、 屈服强度、 冷弯试验、 和硫、 磷 含量的合格保证书 ， 对焊接 结构 尚应具有碳含量 的合格保证。对于需要验算疲劳的焊接结构 的钢 材 ， 应具有常温冲击韧性的合格保证 B级 。 1 ． 1 低合金高强度结构钢 低合 金 高 强 度 结 构 钢 是 指 碳 含 量 小 于 0 ． 2 0 ％ ， 合金元素一般在 2 ％ 以下 的钢类。在承 重结构钢中经常采用掺加合金元素的低合金钢 ， 其强度高于碳素结构钢 ， 强度 的增加不是靠增加 含碳量 ， 而是靠加入合金元素 的程度 ， 所 以， 其韧 性并不降低。锅炉钢结构的设计中， 低合金钢材 料 Q 3 4 5一B因其强度大、 硬度高 、 防腐蚀性强 、 性 收稿 日期 2 0 0 91 01 5 作者简 介 袁奋 1 9 8 1一 ， 男， 2 0 0 5年毕业于哈尔滨工程大学建筑学院工程力学专业， 助理 工程 师， 从 事锅 炉钢结构设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 锅炉制造 总第 2 2 1 期 价 比高及采购方便等众多优点已得到了广泛的使 用， 也是现行标准中质量等级最齐全的钢材之一。 在使用 Q 3 4 5一B钢时， 其质量标准应符合我 国现 行标准 低合金高强度结构钢 G B 1 5 9 1 的规定。 从表 1的化学成分中可以看到 ， 3 4 5一B材料 加入 了微量的 V、 N b和 T i 细化 晶粒元素 ， 从而使 钢的内部组织更加严密紧凑 ， 大大改善 了钢的性 能 ， 强度和硬度都得到明显提高， 较 Q 2 3 5钢节省 钢材 1 5～ 2 5 ％。 Q 3 4 5一B钢普遍应用 于各种承重 的零部件 中， 用它制造 的构件 的强度 、 挠度、 稳定性三个 主 要控制指标能均衡地得 以发挥 ， 如大到跨度长 3 0 米 、 承受荷载达 4 0 0 0吨高达 4米大板梁 ， 承受将 近 2 0 0 0吨轴 向力的柱 ， 还有各种承重梁 、 垂直支 撑 、 柱底板 ， 小到用于连接柱、 梁和支撑 的连接板 ， 选用 的钢材均为 Q 3 4 5一B 。 Q 3 4 5一B钢在锅炉钢结构设计中主要以板材 的形式被使用 ， 通过对钢板 的拼接制造成各种各 样 的构件 ， 由于不 同的部件承载能力 的不一样 ， Q 3 4 5一B钢板的厚度选取范围 比较 大， 一般在 6 ～ 1 0 0 m m之间， 从表 2可 以看到 ， 随着厚度 的增 加 ， 强度会逐渐降低 ， 在重要 的受拉或受弯的焊接 结构构件中， 厚度 ≥3 6 m m的钢材应具有常温冲 击韧性的合格证。大板梁板厚大于 4 0 mm时 ， 要 求原材料以正火状态供货。 1 ． 2 碳素结构钢 其质量标准应符合我国现行标准 碳素结构 钢 G B 7 0 0 的规定 ， 锅炉钢结构常用的是 Q 2 3 5 钢 ， 其化学成分和力学 性能分 别见表 1及表 2 。 使用最多的是 Q 2 3 5一A和 Q 2 3 5一B， 由于 A级碳 素结构钢不保证碳含量 ， 焊接承重结构不能使用 Q 2 3 5一A钢。 表 1 各种钢材的化学成 分 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期 袁奋 关于锅炉钢结构的选材问题 1 3 与 Q 3 4 5一B相 比， Q 2 3 5的力学性能会低许 多 ， 但 由于它的硬度相对较低 ， 易于加工等特点 ， 被大量扎制加 工成不同种类的型钢 ， 如槽 钢、 角 钢、 工字钢等型钢。在锅炉钢结构中， 它不用作主 要的承重构件 ， 所以它的厚度选取范围也远没有 Q 3 4 5一B大 ， 一般在 3～3 0 m m之 间。 Q 2 3 5钢应用 于力学性能要求不高且需要不 同形状的构件 ， 如只受轴 向力的水平支撑杆件用 Q 2 3 5一A材料的槽钢制造 ， 埋在地下支撑地脚螺 栓的支架用 Q 2 3 5一A． F材料的槽钢制造 ， 用来行 人的平台楼梯和栅格板 、 平 台框架及其支 吊架等 用的是 Q 2 3 5一A． F材料的槽钢和角钢制造 。 1 ． 3 优质碳素结构钢 其质量标准应符合我国现行标准 优质碳素 结构钢 G B 6 9 9 的规定， 在锅炉钢结构中用量相 对较少 ， 主要用 于一些 特殊的零件 中， 常用 的有 2 0、 3 5 、 4 5钢 ， 从 表 2看 出， 钢号越 大 ， 含碳量 越 高 ， 强度也随之增高 ， 但塑性和韧性会降低。 由于 2 0钢 中加入适量 的 C r 、 N i 、 C u元素 ， 从 而使它具有很强的防腐蚀性能 ， 具有耐候钢的一 些性质 ， 且在强度方面它又稍微超 出一般的碳素 结构钢 ， 性价 比相对较高， 因此被用作环境 比较相 对复杂地脚螺栓 的材料。 3 5钢和 4 5钢经过正火、 淬火加 回火工艺后 ， 其洛式硬度能达到 3 5～ 4 5 HR C ， 因此被用作高强 度螺栓连接副的螺母和垫圈的材料 。 1 ． 4连接 材料 1 ． 4 ． 1 高强度螺栓 高强度螺栓连接是 目前钢结构最主要的连接 方法 ， 它便于安装 ， 能利用其连接处构件接触面的 摩擦可靠地承受剪力 ， 它作为紧 固件广泛地用 于 柱、 梁及支撑等的连接。 高强度螺栓可采用 4 5号钢或者 2 0 Mn T i B钢 制作 ， 并应符合现行 国家标准 钢结 构用高强度 大六角头螺栓 、 大 六角螺母 、 垫 圈 与技术 条件 G B ／ T 1 2 2 81 9 9 1～G B ／ T 1 2 3 11 9 9 1或 钢结构 用扭转型高强度螺栓连接副 G B ／ T 3 6 3 21 9 9 5～ G B ／ T 3 6 3 31 9 9 5的规定。 1 ． 4 ． 2 焊 接材 料 钢结构的焊接材料应与被连接构件所采用的 钢材料质相适应。将两种不同材料的钢材相连接 时， 可采用与低强度钢材相适应的连接材料 。 手工电弧 焊应 符合 现行 国家标 准 碳 钢焊 条 G B ／ T 5 1 1 71 9 9 5或 低 合 金 钢 焊 条G B ／ T 5 1 1 81 9 9 5规定的焊条 ， 为经济合理 ， 选择的焊 条型号应与构件钢材 的强度相适应。对 Q 2 3 5钢 宜采用 E 4 3型焊条， 对 Q 3 4 5钢 宜采用 E 5 0型焊 条 。 自动焊接或半 自动焊接采用的焊丝和相应的 焊剂应与主体金属强度相适应 ， 并应符合现行 国 家标准 熔化焊用钢丝和焊剂 的规定。 2 结束语 在锅炉钢结构设 计中， 设计者应熟悉掌握各 种常用钢材的力学性能和化学成分知识 ， 从工程 实际情况 出发， 满足结构构件在运输 、 安装和使用 过程中的强度 、 稳定性和刚度的要求 ， 对不 同的结 构和不同的使 用环境选用合 适 的材料来设计 构 件 ， 从而达到最优化 的设计效果 。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 72 0 0 3 [ S ] ． 钢结 构设计 规范． 中 国计 划 出 版社． 2 0 0 3 ． [ 2 ] G B ／ T 1 5 9 1 9 4[ S ] ． 低合金高强度结构钢． 国家技 术监督局． [ 3 ] G B ／ T 7 0 0 2 0 0 6 [ S ] ． 碳素结构钢． 中华人民共和国 国家质量监督检验检疫总局． [ 4 ] G B ／ T 6 9 91 9 9 9 [ S ] ． 优质碳素结构钢． 国家质量技 术监督局． [ 5 ] G B ／ T 3 0 7 71 9 9 9 [ S ] ． 合金结构钢． 国家质量技术 监督局． 一受 一 一 套 一 鼻 一 一套 一女 一 寞 一 一点 一鱼 一 一 鱼 一奠 一 生 一壹 炱 一鱼 一 壹 一寞 一 寞 一 一 史 一寞 一 壹 一垒 一 炱 一 一 安 一套 一 奠 一寞 一 寞 一 一 套 一 一 羹 一 套 一 羹 一 s 3 t , 一鱼 一寞 迤 广告信 息 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m