钢材性能,钢的特性

在以往的工程中，超高压125 MW及200 MW机组的主蒸汽管道选用 10 CrMo910 钢；20世纪70年代末到80年代，引进了亚临界300 MW及600 MW机组，其主蒸汽管道选用 A335P22 钢，这两种钢材性能相当，它们都属于珠光体耐热钢，最高工作温度为580～590 ℃，温度再高时只能选用奥氏体耐热钢，奥氏体钢最高工作温度达700 ℃，但这种钢的热膨胀性较高，对应力腐蚀敏感，异种钢接头寿命短，不适合用于高温、高压汽水管道。P91钢是为了填补珠光体耐热钢和奥氏体耐热钢之间600～650 ℃温度区域使用的新汽水管道用钢，属于马氏体耐热钢, 其最高使用温度为650 ℃，实际上在原9Cr-1Mo钢基础上加进V，Nb，N等强化元素，形成一种变质新钢种。 P91, P92钢的室温力学性能见表2所示。（见表2）从表2可以看出，P91钢的室温屈服极限是P22钢的2倍，抗拉强度比P22钢高41%。 P91, P92钢的许用应力及蠕变强度见表3所示。（见表3）从表3可以看出，P91 钢在650 ℃以下时，所有温度的许用应力均比 P22 钢高。在管道设计中，许用应力的大小直接影响到管壁厚度的选择，正是因为以 P91 钢代替 P22 钢作主蒸汽管道的管材，其壁厚几乎可减少一半，从而使采用P91钢的主蒸汽管道系统具有以下优点：管道系统柔度增加，减少了膨胀力；支吊架的载荷减少；端点推力和力矩降低；允许机组负荷变化较快，起动时间缩短；投资成本降低。在火力发电厂中，为了保证主蒸汽管道的安全运行，对介质温度为500 ℃及以上的每条主汽管道都要进行蠕变监控。影响蠕变的主要因素包括温度、应力和钢材本身，温度越高，应力越大，蠕变速度也越快。根据厂家的试验数据，在105 h及550 ℃下时，P91 钢的蠕变强度几乎为 P22 钢的两倍。 P91, P22钢的线膨胀系数和导热率见表4所示。（见表4）从表4可知，P91 钢的线膨胀系数和导热率与 P22 钢较接近，这一特性可避免 P91 钢与珠光体钢相接时在运行中产生蠕变疲劳裂纹，这种裂纹正是影响奥氏体耐热钢与珠光体耐热钢相接时异种钢接头寿命短的主要原因。由于 P91 钢的线膨胀系数比 P22 钢略低，又可降低管道的端点推力和力矩。 P91 钢可按现有方法进行电弧焊接，包括可用氩弧焊接（TIG）方法进行焊接。焊条和焊剂的选择，应当尽量使焊缝和母材的化学成分一致或接近，使焊接金属具有与母材相同或更好的蠕变和持久强度。由于该钢对热裂纹不敏感，施焊前预热到150～200 ℃时也不会出现裂纹，并可与各种钢，如P22钢（珠光体耐热钢）、X20CrMoV121（马氏体耐热钢）和TP304H（奥氏体耐热钢）等钢焊接，以下介绍P91钢的焊接情况：a) P91 钢和 P91 钢焊接时，可选用9Cr-1Mo(T9)或改进的9Cr-1Mo(T91)焊条，壁厚大于25 mm 的管道采用后者，预热温度为200 ℃，焊接后缓慢冷却到室温，然后在730 ℃以上温度回火；b) P91 钢与 10CrMo910 焊接时，焊接材料要与 10CrMo910 相匹配， 730 ℃时应力释放后应在空气中冷却2 h，由于这两种材料焊接部位有一个脱碳区，若采用 10CrMo910 焊条焊接，要保证焊接金属的含碳量够高，以满足持久强度的要求；c) P91 钢与 P22 钢焊接时，焊条可选用 2.25Cr-1Mo 焊条，预热温度为200 ℃，焊接后缓慢冷却到室温，然后在700～725 ℃下回火，也可先在P91钢侧堆焊 5Cr1-1Mo 焊条,然后再与 P22 钢焊接；d) P91 钢与 X20CrMoV121 焊接时，要用两者相匹配的焊接材料，如 P91 钢焊条，预热温度为250 ℃，焊后缓慢冷却到80～100 ℃，在750 ℃以上温度回火；e) P91 钢与 TP304H 焊接时，用 Inconel 182Ni 基合金焊条，预热温度为200 ℃，焊后冷却到室温，在700～730 ℃回火。以上焊后的热处理温度取决管子壁厚，小直径管道处理0.5 h，大直径管道以壁厚每25 mm处理1 h。由于 P91 蠕变强度高，在同样条件下，管道壁厚比采用 P22 钢要薄，焊缝填充金属量相对要少，但 P91 钢对焊缝 IV 型裂纹敏感，因此，要尽量减少 P91 钢材中的系统应力，对壁厚大于12.5 mm的管道，要求在焊后冷到100 ℃以上即回火。

钢结构密封性能好
由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等。
钢结构耐热不耐火
当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150℃左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。
钢结构耐腐蚀性差
特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构，需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。
低碳、节能、绿色环保，可重复利用
钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾，钢材可以回收再利用。

钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 来源：中国钢材网

如下元素是不同钢种都有的化学元素。
1、碳（C）：
钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，
当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过
0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，
碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和
抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的
低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强
度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%
的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低
塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在
锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于
0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通
常称易切削钢。
当然，不同的钢种还有其他元素对钢材的性能影响大。如不锈钢，镍（Ni),铬（Cr）对性能影响也很大。

钢材的性能分为抗拉强度、弹性模量、塑性、冲击韧性、冷脆性、硬度、冷弯性能、可焊性、热处理以及冷加工与时效。 在钢材质量检测中，包括钢材构件品质检测有很多种项目，包括拉伸测试、弯曲疲劳测试、抗压/折测试、耐腐蚀测试。材料及相关制品在研发及生产过程实时掌握产品质量性能，可避免因质量退货、原材料浪费等。 扩展资料为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。按其合金元素的总含量，可分为： 1、低合金钢--合金元素的总含量≤5%。 2、中合金钢--合金元素的总含量5%～10%。 3、高合金钢--合金元素的总含量>10%。 根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。 参考资料来源：百度百科-钢材 参考资料来源：百度百科-钢 （钢材）

钢材的性能主要有三个方面，即力学性能、化学性能和物理性能。
常规力学性能主要是指强度、硬度、塑性、韧性等；化学性能是指抗氧化能力、耐腐蚀能力等；物理性能是有导电性、导热性、密度、熔点等。
钢材的性能是根据使用要求来确定的，一般钢材主要要求力学性能；如果用于耐腐蚀场合就要考虑化学性能；再如果是用于制作导电、或导热的零件，就还要考虑物理性能了。