20#锅炉管力学性能

①抗拉强度(σb)

试样在拉伸过程中，在拉断时所承受的最大力(Fb)，出以试样原横截面积(So)所得的应力(σ)，称为抗拉强度(σb)，单位为N/mm2(MPa)。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为:

式中:Fb--试样拉断时所承受的最大力，N(牛顿); So--试样原始横截面积，mm2。

②屈服点(σs)

具有屈服现象的金属材料，试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力，称屈服点。若力发生下降时，则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2(MPa)。

上屈服点(σsu):试样发生屈服而力首次下降前的最大应力; 下屈服点(σsl):当不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力。

屈服点的计算公式为:

式中:Fs--试样拉伸过程中屈服力(恒定)，N(牛顿)So--试样原始横截面积，mm2。

③断后伸长率(σ)

在拉伸试验中，试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比，称为伸长率。以σ表示，单位为%。计算公式为:

式中:L1--试样拉断后的标距长度，mm; L0--试样原始标距长度，mm。

④断面收缩率(ψ)

在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。以ψ表示，单位为%。计算公式如下:

式中:S0--试样原始横截面积，mm2; S1--试样拉断后缩径处的最少横截面积，mm2。

⑤硬度指标

金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。

A、布氏硬度(HB)

用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力(F)压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径(L)。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS(钢球)表示，单位为N/mm2(MPa)。

钢管的分类:钢管分无缝钢管和焊接钢管(有缝管)两大类。按断面形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形钢管。 对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验来检验其耐压能力和质量，在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格，有些钢管还要根据标准或需方要求进行卷边试验、扩口试验、压扁试验等。

1、概述

(1)生产制造方法:

①一般锅炉钢管使用温度在350℃以下，国产管主要用10号、20号碳结钢热轧管或冷拔管制造。

②高压锅炉钢管使用时经常处于高温和高压条件，管子在高温烟气和水蒸气的作用下，会发生氧化和腐蚀。要求钢管具有高的持久强度，高的抗氧化腐蚀性能，并有良好的组织稳定性。

(2)用途:

①一般锅炉管主要用来制造水冷壁管、沸水管、过热蒸汽管、机车锅炉用的过热蒸汽管，大、小烟管及拱砖管等。

②高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

2.种类

锅炉钢管按所承受的高温性能分为一般锅炉管和高压锅炉管。无论一般锅炉管或高压锅炉管按其用途要求不同又可分为各种钢管。

3.规格及外观质量

(1)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》规定。各种结构锅炉用钢管规格，外径10~426mm，共计43种。壁厚1.5~26mm共计29种。但机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管的外径和壁厚另有规定。

(2)GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》热轧管的外径22~530mm，壁厚20~70mm不等。冷拔(冷轧)管外径10~108mm，壁厚2.0~13.0mm不等。

(3)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》和GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》的规定。外观质量:钢管内外表面不允许有裂缝、折叠、轧折、结疤、离层和发纹。这些缺陷应完全清除掉。清除深度不得超过公称壁厚的负偏差，其清理处实际壁厚不得小于壁厚所允许的最小值。

4.化学成分检验

(1)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(2)GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及《钢铁及合金化学分析方法》、GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(3)进口锅炉钢管的化学成分检验按合同规定的有关标准进行。

5.锅炉钢管采用钢号

(1)优质碳素结构钢钢号有20G、20MnG、25MnG。

(2)合金结构钢钢号15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB等。

(3)有锈耐热钢常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb锅炉管除保证化学成分和机械性能外，要逐根做水压试验，要作扩口、压扁试验。钢管以热处理状态交货。

此外，对成品钢管显微组织、晶粒度、脱碳层也有一定要求。

6.物理性能检验

(1)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》规定。拉力试验按GB/T228-87，水压试验按GB/T241-90，压扁试验按GB/T246-97，扩口试验按GB/T242-97，冷弯试验按GB244-97。

(2)GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》规定。拉力试验、水压试验和压扁试验与GB3087-82规定相同;冲击试验按GB229-94，扩口试验按GB/T242-97，晶粒度试验按YB/T5148-93;显微组织检验按GB13298-91，脱碳层检验按GB224-87，超声波检验按GB/T5777-96。

(3)进口锅炉管的物理性能检验及指标按合同规定的有关标准进行。

7.主要进出口情况

(1)锅炉钢管主要进口国家是日本、德国。经常进口的规格有15914.2mm;2734.0mm;219.110.0mm;41975mm;406.460mm等。最小的规格是31.84.5mm，长度一般为5~8m不等。

(2)在进口索赔案例中，德国曼内斯曼钢管厂进口的ST45无缝锅炉管，经超声波探伤普查，发现少部分钢管的内部缺陷超过该厂规定及德国钢铁协会标准。

(3)从德国进口的合金钢管，钢号主要有34CrMo4和12CrMoV等。这种钢管高温性能好，常用来作为高温锅炉用钢管。

(4)日本进口的合金管较多，规格有426.012mm5~8m;152.48.0mm12m;89.110.0mm6m;101.610.0mm12m;114.38.0mm6m;127.08.0mm9m等。执行日本工业标准JISG3458钢号为STPA25。这种钢管常用来作配套用高温合金管。

①一般锅炉管主要用来制造水冷壁管、沸水管、过热蒸汽管、机车锅炉用的过热蒸汽管，大、小烟管及拱砖管等。

②高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

2.种类

锅炉管按所承受的高温性能分为一般锅炉管和高压锅炉管。无论一般锅炉管或高压锅炉管按其用途要求不同又可分为各种钢管。

3.规格及外观质量

(1)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》规定。各种结构锅炉用钢管规格，外径10~426mm，共计43种。壁厚1.5~26mm共计29种。但机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管的外径和壁厚另有规定。

(2)GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》热轧管的外径22~530mm，壁厚20~70mm不等。冷拔(冷轧)管外径10~108mm，壁厚2.0~13.0mm不等。

(3)GB3087-2008《低中压锅炉用无缝钢管》和GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》的规定。外观质量:钢管内外表面不允许有裂缝、折叠、轧折、结疤、离层和发纹。这些缺陷应完全清除掉。清除深度不得超过公称壁厚的负偏差，其清理处实际壁厚不得小于壁厚所允许的最小值。

4.化学成分检验

(1)GB3087-2008《低中压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(2)GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及《钢铁及合金化学分析方法》、GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(3)进口锅炉钢管的化学成分检验按合同规定的有关标准进行。

5.锅炉管采用钢号

(1)优质碳素结构钢钢号有20G、20MnG、25MnG。

(2)合金结构钢钢号15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB等。

(3)有锈耐热钢常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb锅炉管除保证化学成分和机械性能外，要逐根做水压试验，要作扩口、压扁试验。钢管以热处理状态交货。

20#高压锅炉管 是属于优质碳素结构钢(GB/T699-1999)， 优质碳素结构钢是依靠调整含碳(C)量来改善钢的力学性能，因此，根据含碳量的高低，此类钢又可分为:

低碳钢--含碳量一般小于0.25%，如10、20钢等;

中碳钢--含碳量一般在0.25~0.60%之间，如35、45钢等;

高碳钢--含碳量一般大于0.60%。此类钢一般不用于制造钢管。

实际上，他们之间的含碳量并没有明显的界限。

此类钢产量较大，用途较广，一般多轧(锻)制成圆、方、扁等型材、板材和无缝钢管。主要用于制造一般结构及机械结构零、部件以及建筑结构件和输送流体用管道。根据使用要求，有时需热处理(正火或调质)后使用。

高压锅炉用无缝钢管(GB5310-1995)是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。

高压锅炉管是锅炉管的一种。制造方法与无缝管相同，但对制造钢管所用的钢种有严格的要求。高压锅炉管使用时经常处于高温和高压条件，管子在高温烟气和水蒸气的作用下，会发生氧化和腐蚀。要求钢管具有高的持久强度，高的抗氧化腐蚀性能，并有良好的组织稳定性。高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、导气管、主蒸汽管等。

低中压锅炉管GB3087-1999、高压锅炉管GB5310-1999是用于制造各种结构低高压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔(轧)无缝钢管。结构用无缝钢管(GB/T8162-1999)是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。

规格及外观质量:GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》热轧管的外径22~530mm，壁厚20~70mm不等。冷拔(冷轧)管外径10~108mm，壁厚2.0~13.0mm不等。

异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管(代号为D)、不等壁厚异型无缝钢管(代号为BD)、变直径异型无缝钢管(代号为BJ)。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比，异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材。

我国管材及制管工业的发展趋势

我国管材及制管工业正处于快速发展的大好时期，是朝阳工业。在当前的大好形势下，我们必须以市场为导向，既看到近期的需求，更要看到远期，避免盲目性，把资金、技术力量用在 " 刀刃上 " ，决不能一哄而上。

我国的管道工业在近十年必定处于快速发展的时期，这是由以下三个因素决定的:

1 、我国国民经济将会继续保持快速发展的势头，这是国内、外绝大多数经济专家所预测的;

2 、在经济快速发展的进程中，就像所有的发达国家一样，我国必定会经历一场能源结构的改变，即以煤为主逐步转向以石油、天然气为主，而后者均是由管道运输的;

3 、成品油运输方式的转变。我国早期成品油几乎全部用火车运输，除军用的 " 格拉 " 管线外，成品油管线几乎为零。从安全考虑及经济效益的趋动，相信未来十年管道输送将全部代替火车运送成品油。经济发达国家在七十年代已逐步取消火车运送成品油，在这些国家的油管道中，就长度而言，成品油管道远远超过原油管道。

在管道的建设投资中，钢管大致可占到 30-40 %左右，由此看出在管材和制管行业的投资有可能获得较高的效益。但由另一方面看，由于人们愈来愈深的对 HSE 的关切，所以对管材和制管的质量要求愈来愈高，亦即对管道用钢管的可靠性要求越来越高。再者由于在一定范围的提高输送压力可节省投资、降低运输费用，所以输送压力，尤其对输气管线有逐渐提高的趋势，从而对管材的强度、冲击韧性等一系列指标的要求有所提高。此外由于油气田逐渐向高寒地区、海上以及高含硫等资源进展，这些也给管道钢管及管材提出了更高要求。

由此看出，管材和制管行业机遇与挑战并存。我国冶金及制管业为我国管道工业的发展已做出了很大的贡献，但要充分满足未来的要求还需付出更大的努力，本文仅就此做进一步阐述。

在我国未来管道工业的发展中，预计天然气管道所用的钢管重量约占油、气管道总钢管用量的 70 %以上，故在以下的论述中重点偏重在输气管线上。

化学成分检验

(1)GB3087-82《低中压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(2)GB5310-95《高压锅炉用无缝钢管》规定。化学成分试验方法按GB222-84及《钢铁及合金化学分析方法》、GB223《钢铁及合金化学分析方法》中的有关部分。

(3)进口锅炉钢管的化学成分检验按合同规定的有关标准进行。