Конструкционные материалы ПГАЭС

Основной материал – сталь
Выбор определяется условиями работы: давление, температура, механическая нагрузка, коррозионные процессы, свойства среды и т.д.
Требования к материалам:
высокие механические свойства при заданном режиме работы (прочность, пластичность, циклическая прочность)
высокая коррозионная и эрозионная устойчивость
высокий к-т теплопроводности и малый к-т термического расширения
высокая радиационная стойкость
высокая технологичность (обработка резанием, свариваемость)
низкая стоимость
Выбор материала

Стали в энергомашиностроении - углеродистые и легированные стали
Углеродистые – двухкомпонентные (железо и углерод)
Легированные стали – трёх- и более компонентные (железо, углерод и легирующие элементы):
низколегированные - содержат до 2.5% легирующих элементов;
среднелегированные: - содержат до 10% легирующих добавок, но содержание каждой не должно превышать 5%;
высоколегированные: содержат более 5% любого из легирующих элементов либо более 10% всех легирующих добавок в сумме.
Нержавеющие стали относятся к высоколегированным (содержат не менее 12% хрома). Устойчивость против эл/хим. коррозии - более 17% хрома.
Нержавеющие стали делятся на классы:
мартенситные,
ферритные,
аустенитные,
а также смежные (аустенитно-ферритные и т.д.).
Классификация сталей

Аустенитные стали обладают наилучшими свойствами (высокие жаростойкость, жаропрочность, пластичность, технологичность). Трубки поверхности теплообмена ПГВ-1000 из нержавеющей стали аустенитного класса 08Х18Н10Т.
Аустенитные стали содержат 17-23% Cr, 8-30% Ni и 0,02-0,25% C
Аустенит - это твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в γ-железе. Имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. Не магнитен. Устойчив при t > 723°С. При низких (комнатных) t переходит в перлит (смесь феррита и цементита).
Структура аустенита сохраняется при низких температурах при высоком содержании в стали легирующего элемента (никель или марганец) не менее 8%.
Стали с высоким содержанием Mn не нашли широкого применения в ПГ-строении.
В аустенитных сталях хром обеспечивает жаростойкость и коррозионную стойкость, никель стабилизирует аустенитную структуру и повышает жаропрочность, пластичность и технологичность. Причем своих свойств такие стали не меняют при нагревании и остывании.
Недостатками аустенитных сталей являются:
более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с углеродистыми сталями,
склонность к коррозионному растрескиванию в средах, содержащих хлориды, и в щелочных средах.
транскристаллитная коррозия под напряжением (корр. растрескивание под напряжением - КРН).
Аустенитные стали

Углеродистые стали обычного качества обозначают ст.2, ст.3 и т.д., что соответствует определенным мех. свойствам и хим. составу.
Высококачественные углеродистые трубные стали обозначают двумя цифрами (например: 10 и 20), что отражает среднее содержание углерода в них в сотых долях процента: например, сталь 20 содержит 0.17-0.25% углерода. Листовые стали аналогичного состава имеют букву К после цифры, например, сталь 15К.
Легированные стали обозначают буквами и цифрами, причём буквы соответствуют определённым элементам, а цифры за буквами - среднее содержание этих элементов, превышающих 1%. Если <1% - цифра не ставится, если 1-2% - после буквы ставят цифру 1.
Первые две цифры - среднее содержание углерода в сотых долях %
Х – хром, Н – никель, Т – титан, С – кремний, Р – бор, М – молибден, Г- марганец, К – кобальт, Д – медь, Б – ниобий, Ц – цирконий, Ф – ванадий, Ю – алюминий, П – фосфор, В – вольфрам
Примеры:
08Х18Н10Т: углерод<0.08%; Cr=17-19%; Ni=8-11%; Ti=0.7%.
12Х1МФ: С=0.10-0.15%, Cr=0.9-1.2%, Мо=0.25-0.35%, V=0.15-0.3%
10ГН2МФА: С=0.08-0.12%; Mn=0.8-1.1%; Ni=1,8-2,3%; Mo=0.4-0.7%; V=0.03-0.07%; (Cr<0.3%; Si=0.17-0.37%). А - высококачественная
Лучше смотреть справочник
Маркировка сталей

даже тысячная доля процента некоторых элементов заметно сказывается на свойствах стали
Постоянные примеси сталей, остающиеся после их выплавки:
углерод влияет на механические св-ва: ? прочность, но ? пластичность и свариваемость, ? хрупкость. При высоких t лучше малое содержание С.
кремний и марганец вводятся для раскисления, остаются после плавки до 0.8%. ? прочность и жаростойкость
сера и фосфор - вредные примеси, ? хладноломкость
водород придает стали хрупкость (не более 0.001%)
азот влияет на процесс деформационного старения, (< 0.01%)
кислород ? корр. стойкость и ? хрупкость. (< 0.01%), раскисление
Добавки к легированным сталям
хром ? жаростойкость (окалиностойкость)
никель - для получения аустенитной структуры (> 8-10%), ? прочность перлитных сталей, дорог
молибден ? длит. прочность и сопротивление ползучести, корр. стойкость,
вольфрам ? сопротивление ползучести, жаропрочность, дорог
ванадий ? жаропрочность, сопр. ползучести, макс. содержание 0,3%
ниобий ? жаропрочность, сопр. ползучести, длительную прочность, предупреждает развитие коррозии под напряжением (КРН) ауст. сталей,
титан ? жаропрочность, сопр. ползучести, предупреждает развитие КРН ауст. сталей
бор ? длительную прочность в сочетании с др. элементами
Влияние элементов на свойства сталей