工程材料-過(guò)控-7-黑色金屬及其選用

1、工程材料工程材料第第7 7章章 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容壓力容器用鋼壓力容器用鋼 工況分析及對(duì)材料性能的要求 壓力容器用鋼 高溫及低溫構(gòu)件用鋼高溫及低溫構(gòu)件用鋼 高溫用鋼、低溫用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼 腐蝕的工況特點(diǎn)、合金元素的影響 雜質(zhì)的影響、耐蝕鋼材零部件用鋼零部件用鋼 回轉(zhuǎn)件用鋼、支撐件用鋼有色金屬及其合金有色金屬及其合金 壓力管道工況分析 管道用鋼及鑄鐵3 過(guò)程裝備品種繁多，如換熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)設(shè)備及各種儲(chǔ)罐等。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼4 過(guò)程裝備使用（化工生產(chǎn)）的特點(diǎn)： 1）生產(chǎn)的連續(xù)性強(qiáng) 2）生產(chǎn)的條件苛刻 3）介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng) 4）介質(zhì)大

2、多易燃易爆有毒性 5）溫度和壓力變化大 6）安全至關(guān)重要 壓力容器用鋼壓力容器用鋼5 過(guò)程裝備的基本要求 安全安全可靠性要求可靠性要求 化工設(shè)備必須具有足夠的化工設(shè)備必須具有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度和和剛度剛度，良好的，良好的韌性韌性、耐腐蝕性耐腐蝕性和可靠的和可靠的密封性密封性。 工藝工藝條件要求條件要求 工藝性能工藝性能要求包括要求包括：反應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)速度、換熱設(shè)備：反應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)速度、換熱設(shè)備的傳熱量、塔設(shè)備的傳質(zhì)效率、儲(chǔ)存設(shè)備的儲(chǔ)存量等。的傳熱量、塔設(shè)備的傳質(zhì)效率、儲(chǔ)存設(shè)備的儲(chǔ)存量等。 經(jīng)濟(jì)合理性要求經(jīng)濟(jì)合理性要求 在滿足工藝要求和安全可靠運(yùn)行的前提下，要盡量做在滿足工藝要求和安全可靠運(yùn)行的前提

3、下，要盡量做到適用和經(jīng)濟(jì)合理。到適用和經(jīng)濟(jì)合理。 便于操作和維護(hù)便于操作和維護(hù) 環(huán)境保護(hù)要求環(huán)境保護(hù)要求 壓力容器用鋼壓力容器用鋼6 過(guò)程裝備設(shè)備的特點(diǎn) 功能原理多樣化功能原理多樣化 外殼多為外殼多為壓力容器壓力容器 化工化工機(jī)械機(jī)械電氣一體化電氣一體化 設(shè)備結(jié)構(gòu)大型化設(shè)備結(jié)構(gòu)大型化 壓力容器用鋼壓力容器用鋼7壓力容器須滿足三個(gè)條件：壓力容器須滿足三個(gè)條件： 所承受的壓力超過(guò)所承受的壓力超過(guò)0.1MP0.1MP。 容器直徑大于容器直徑大于0.150.15米且容積大于米且容積大于0.0250.025立方米。立方米。 所盛裝的介質(zhì)為氣體、液化氣體或最所盛裝的介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度超過(guò)其

4、沸點(diǎn)的液體。高工作溫度超過(guò)其沸點(diǎn)的液體。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼8 壓力容器的結(jié)構(gòu)壓力容器的結(jié)構(gòu)9 壓力容器的分類1、按設(shè)計(jì)壓力分類 低壓容器 0.1 MPap1.6 MPa。中壓容器 1.6 MPap10.0 MPa。高壓容器 10.0 MPap100 MPa。超高壓容器 p100 MPa。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼10 壓力容器的分類壓力容器的分類113 3、按工作溫度分、按工作溫度分類類 低溫容器低溫容器 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度溫度-20-20。 。常溫容器常溫容器 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度溫度-20-20200 200 。 。中溫容器中溫容器 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度溫度200200450 450 。 。高溫容器高溫

5、容器 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度溫度450 450 壓力容器的分類壓力容器的分類124 4、按壁厚分類、按壁厚分類 薄壁容器薄壁容器 K=DK=D0 0/D/Di i1.21.2厚壁容器厚壁容器 K=DK=D0 0/D/Di i 1.21.2 壓力容器的分類壓力容器的分類135 5、按、按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程分類分類 壓力容器的分類壓力容器的分類14 壓力容器的分類壓力容器的分類15 力學(xué)性能因素引起的壓力容器失效： 1）韌性斷裂 內(nèi)部壓力超載，均勻腐蝕、高溫氧化、磨損等造成壁厚減薄。 2）脆性斷裂 氫脆、堿脆、相脆化、碳化物析出脆化、低溫脆化、輻照脆化等。 3）疲勞脆斷強(qiáng) 流體

6、產(chǎn)生振動(dòng)、周期性溫度變化，多為低周高應(yīng)力疲勞。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼16 壓力容器對(duì)材料性能的要求： 1）壓力容器大都為低碳鋼 2）良好的冶金質(zhì)量 3）優(yōu)良的綜合力學(xué)性能 強(qiáng)度、塑性和韌性合理配合；屈強(qiáng)比大于0.7時(shí)在設(shè)計(jì)制造中予以重視，大于0.80.85時(shí)特殊對(duì)待。 4）良好的材料組織和組織穩(wěn)定性 5）良好的加工工藝性能和焊接性能 壓力容器用鋼壓力容器用鋼17 壓力容器用鋼 制造壓力容器用鋼主要有碳素鋼、低合金高強(qiáng)鋼、低溫鋼，中溫抗氫鋼、不銹鋼、耐熱鋼，復(fù)合鋼板；受壓元件用鋼材品種有鋼板、鋼管、鍛鋼、棒鋼、鑄鋼等。低碳鋼 用于低壓薄壁容器，有一定的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性和加工工藝性，焊接

7、性能良好。Q235-AF、Q235-A，提供拉伸試驗(yàn)的b、s和值；Q235-B做常溫沖擊試驗(yàn)；Q235-C做0沖擊試驗(yàn)。20R 容器專用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼板，對(duì)沖擊韌性有較嚴(yán)格的要求 壓力容器用鋼壓力容器用鋼18碳鋼的品種及規(guī)格碳鋼的品種及規(guī)格品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼（1）鋼板（壓力容器用熱扎厚鋼板）4mm6mm厚度間隔為0.5mm6mm30mm厚度間隔為 lmm30mm60mm厚度間隔為2mm碳素鋼板材有Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼19壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表鋼板鋼板牌號(hào)牌號(hào) 使用溫度

8、使用溫度 設(shè)計(jì)壓設(shè)計(jì)壓力力MPa 殼體鋼板殼體鋼板厚度厚度mm 其它限制其它限制 Q235-B 0350 1.6 20 不得用于毒性不得用于毒性程度為高度或程度為高度或極度危害介質(zhì)極度危害介質(zhì)的壓力容器的壓力容器 Q235-C 0400 2.5 30 壓力容器用鋼壓力容器用鋼20（2 2）鋼管）鋼管無(wú)縫鋼管和有縫鋼管。 無(wú)縫鋼管有冷軋和熱軋。普通無(wú)縫鋼管常用材料有10、15、20等；有專門用途的無(wú)縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無(wú)縫管、鍋爐用無(wú)縫管等。有縫管分鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。（3 3）型鋼）型鋼有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊與不等邊）、工字鋼和槽鋼。圓鋼與方鋼主要用來(lái)

9、制造各類軸件；扁鋼常用作各種槳葉；工字鋼、槽鋼、角鋼廣泛用于工業(yè)建筑和金屬結(jié)構(gòu)。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼21（4 4）鑄鋼和鍛鋼）鑄鋼和鍛鋼鑄鋼用鑄鋼用 ZGZG表示，表示， ZG25ZG25、 ZG35ZG35等，用于制造各種等，用于制造各種承受重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。承受重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。鍛鋼有鍛鋼有0808、1010、1515、5050等牌號(hào)，壓力容器用等牌號(hào)，壓力容器用2020、2525等制作管板、法蘭、頂蓋等。等制作管板、法蘭、頂蓋等。 壓力容器用鋼壓力容器用鋼22低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼 鋼板為鋼板為16MnR16MnR、15MnVR

10、15MnVR、15MnNbR15MnNbR、18MnMoNbR18MnMoNbR、13MnNiMoNbR13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR07MnCrMoVR及及16MnDR16MnDR等低溫用低合金鋼。鋼管為等低溫用低合金鋼。鋼管為16Mn16Mn、15MnV15MnV。常見(jiàn)的有：。常見(jiàn)的有： 16MnR16MnR、15MnVR15MnVR。鋼板鋼板牌號(hào)牌號(hào) 使用溫度使用溫度 殼體鋼板厚殼體鋼板厚度度mm 說(shuō)明說(shuō)明 20R-20475 6100 嚴(yán)于碳素結(jié)構(gòu)鋼嚴(yán)于碳素結(jié)構(gòu)鋼16MnR-204756120加入適量加入適量Mn元素強(qiáng)元素強(qiáng)度顯著提高度顯著提高 壓力容器用鋼壓力容器用鋼2

11、316MnR 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度350MPa350MPa的低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜的低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性。合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性。 中國(guó)壓力容器專用鋼板中使用量最大的一個(gè)鋼號(hào)，用中國(guó)壓力容器專用鋼板中使用量最大的一個(gè)鋼號(hào)，用于于-20475-20475的中低壓壓力容器殼體及承壓構(gòu)件、液的中低壓壓力容器殼體及承壓構(gòu)件、液化石油氣瓶及中小型球罐?；蜌馄考爸行⌒颓蚬?。 缺口敏感性比低碳鋼大、疲勞強(qiáng)度低、焊接時(shí)易產(chǎn)生缺口敏感性比低碳鋼大、疲勞強(qiáng)度低、焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。裂紋。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2416MnR，Mn

12、Mn的作用：的作用： 溶于鐵素體產(chǎn)生較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用；溶于鐵素體產(chǎn)生較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用； 降低奧氏體分解溫度，細(xì)化鐵素體晶粒，使珠光體量降低奧氏體分解溫度，細(xì)化鐵素體晶粒，使珠光體量增加、晶片變細(xì)，消除晶界上的粗大片狀碳化物，提增加、晶片變細(xì)，消除晶界上的粗大片狀碳化物，提高強(qiáng)度和韌性；高強(qiáng)度和韌性； 降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使鋼具有較好的低溫韌性。降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使鋼具有較好的低溫韌性。 含量超過(guò)含量超過(guò)1.5%1.5%，因貝氏體的出現(xiàn)，使鋼的塑性、韌性，因貝氏體的出現(xiàn)，使鋼的塑性、韌性下降，焊接性能變壞，容易產(chǎn)生裂紋。下降，焊接性能變壞，容易產(chǎn)生裂紋。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2515M

13、nNbR 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度370MPa370MPa，顯微組織為鐵素體，顯微組織為鐵素體+ +珠光體。珠光體。 強(qiáng)度、韌性高于強(qiáng)度、韌性高于16MnR16MnR，焊接性能和抗硫化氫性能與，焊接性能和抗硫化氫性能與其相似。其相似。 主要取代進(jìn)口鋼板，用于液化石油氣大型儲(chǔ)罐，可明主要取代進(jìn)口鋼板，用于液化石油氣大型儲(chǔ)罐，可明顯降低鋼板厚度、加工費(fèi)用，保證加工質(zhì)量。顯降低鋼板厚度、加工費(fèi)用，保證加工質(zhì)量。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2615MnVR、18MnMoNbR 屈服強(qiáng)度分別為屈服強(qiáng)度分別為390MPa390MPa、440MPa440MPa，強(qiáng)度較高，但，強(qiáng)度較高，但塑性、韌性都較塑性、韌性都

14、較C-MnC-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性鋼低，且有較高的缺口敏感性和時(shí)效敏感性。和時(shí)效敏感性。 15MnVR15MnVR主要用于制造承受較高壓力的大型儲(chǔ)罐、高主要用于制造承受較高壓力的大型儲(chǔ)罐、高壓容器內(nèi)筒及層板、鍋爐汽包等。壓容器內(nèi)筒及層板、鍋爐汽包等。 18MnMoNbR18MnMoNbR用于制造高壓容器承壓殼體，如氨合成用于制造高壓容器承壓殼體，如氨合成塔和尿素合成塔等。塔和尿素合成塔等。 這兩種鋼板大量使用后，發(fā)現(xiàn)焊接接頭有裂紋，目前這兩種鋼板大量使用后，發(fā)現(xiàn)焊接接頭有裂紋，目前已較少使用制造新設(shè)備。已較少使用制造新設(shè)備。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2713MnNiMoNbR 目

15、前國(guó)內(nèi)單層卷焊厚壁壓力容器的一個(gè)綜合力學(xué)性能目前國(guó)內(nèi)單層卷焊厚壁壓力容器的一個(gè)綜合力學(xué)性能較理想的鋼號(hào)。較理想的鋼號(hào)。 利用固溶強(qiáng)化提高鋼材的熱強(qiáng)性，利用固溶強(qiáng)化提高鋼材的熱強(qiáng)性，400400屈服強(qiáng)度仍屈服強(qiáng)度仍可達(dá)可達(dá)300MPa300MPa； 加入加入NbNb元素并控制軋制，呈現(xiàn)微合金化組織；元素并控制軋制，呈現(xiàn)微合金化組織； S S、P P含量盡量降低，含量盡量降低，0.025%0.025%。 鋼板的韌性、塑性高，低溫下也有高的沖擊吸收功。鋼板的韌性、塑性高，低溫下也有高的沖擊吸收功。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2807MnCrMoVR 用于高參數(shù)球形容器的一個(gè)力學(xué)性能和焊接性能均相用

16、于高參數(shù)球形容器的一個(gè)力學(xué)性能和焊接性能均相當(dāng)理想的鋼號(hào)，高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良焊接性能。當(dāng)理想的鋼號(hào)，高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良焊接性能。 推薦使用溫度推薦使用溫度-20350-20350。 低的焊接裂紋敏感性，控制碳當(dāng)量低的焊接裂紋敏感性，控制碳當(dāng)量0.42%0.42%，焊接冷，焊接冷裂紋敏感性組成裂紋敏感性組成0.2%0.2%，厚度，厚度50mm50mm厚板可以不厚板可以不預(yù)熱或稍加預(yù)熱。預(yù)熱或稍加預(yù)熱。 已已建造建造公稱容積公稱容積502000m502000m3 3的氧氣、氮?dú)狻錃?、的氧氣、氮?dú)狻錃?、液化石油氣、乙烯、丙烯等常溫及低溫球罐液化石油氣、乙烯、丙烯等常溫及低溫球?040余臺(tái)。

17、余臺(tái)。成為我國(guó)建造大型球罐的主要鋼種。成為我國(guó)建造大型球罐的主要鋼種。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼2907MnCrMoVR 含碳量低（含碳量低（0.09%），高強(qiáng)度（），高強(qiáng)度（s490MPa，b為為610740MPa）。）。 采用最佳的微合金化處理，添加采用最佳的微合金化處理，添加Ni、Cr、Mo、V、B等；等； 合理的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，形成高密度位錯(cuò)的強(qiáng)韌化組合理的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，形成高密度位錯(cuò)的強(qiáng)韌化組織結(jié)構(gòu)；織結(jié)構(gòu)； 先進(jìn)的脫硫設(shè)備和真空處理手段，降低先進(jìn)的脫硫設(shè)備和真空處理手段，降低S、P含量、提含量、提高潔凈度。高潔凈度。 低合金鋼強(qiáng)度鋼低合金鋼強(qiáng)度鋼30 壓力容器用鋼壓力容器用鋼

18、31高溫用鋼高溫用鋼 “高溫高溫”常指高于常指高于450450的工作溫度；的工作溫度；“耐熱耐熱”指材指材料在高溫下有熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性。料在高溫下有熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性。 碳鋼使用溫度一般在碳鋼使用溫度一般在450450以下，高于以下，高于450450推薦使推薦使用耐熱鋼，高于用耐熱鋼，高于800800常用其他高溫材料。常用其他高溫材料。 在高溫工作條件下用鋼的特點(diǎn)：在高溫工作條件下用鋼的特點(diǎn)： 產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象 力學(xué)性能隨溫度及載荷持續(xù)時(shí)間而變化力學(xué)性能隨溫度及載荷持續(xù)時(shí)間而變化 組織結(jié)構(gòu)常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變組織結(jié)構(gòu)常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變 高溫及低溫構(gòu)件用鋼高溫及低溫構(gòu)件用鋼32蠕變曲線蠕變曲線 高溫用鋼

19、高溫用鋼 理想的材料，蠕變曲線具有很小的起始蠕變和低的蠕理想的材料，蠕變曲線具有很小的起始蠕變和低的蠕變速率，明顯的加速階段。變速率，明顯的加速階段。33蠕變機(jī)制蠕變機(jī)制 高溫用鋼高溫用鋼 溫度較高時(shí)原子的活動(dòng)能力提高，使得位錯(cuò)滑移更為溫度較高時(shí)原子的活動(dòng)能力提高，使得位錯(cuò)滑移更為容易，低于屈服極限的應(yīng)力造成材料塑性變形，加工容易，低于屈服極限的應(yīng)力造成材料塑性變形，加工硬化亦隨之產(chǎn)生，材料開(kāi)始強(qiáng)化，變形抗力加大。硬化亦隨之產(chǎn)生，材料開(kāi)始強(qiáng)化，變形抗力加大。 變形速率隨時(shí)間而下降；變形速率隨時(shí)間而下降； 加工硬化和回復(fù)、再結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行加工硬化和回復(fù)、再結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行，變形速率基本保持恒定。，變形

20、速率基本保持恒定。 大的塑性變形在晶界形成微孔和裂大的塑性變形在晶界形成微孔和裂紋，試件開(kāi)始產(chǎn)生縮頸，塑性變形紋，試件開(kāi)始產(chǎn)生縮頸，塑性變形速率加快，最后導(dǎo)致試件斷裂。速率加快，最后導(dǎo)致試件斷裂。34蠕變導(dǎo)致的失效蠕變導(dǎo)致的失效 高溫用鋼高溫用鋼 過(guò)量變形失效過(guò)量變形失效 梁的彎曲，桿件、容器殼體的失穩(wěn)，梁的彎曲，桿件、容器殼體的失穩(wěn)，汽缸蠕脹而泄露等，可用汽缸蠕脹而泄露等，可用蠕變抗力指標(biāo)蠕變抗力指標(biāo)作為判據(jù)。作為判據(jù)。 蠕變斷裂蠕變斷裂 構(gòu)件發(fā)生斷裂或容器發(fā)生破裂，用構(gòu)件發(fā)生斷裂或容器發(fā)生破裂，用蠕變斷蠕變斷裂指標(biāo)裂指標(biāo)作為判據(jù)。作為判據(jù)。 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛 總變形不變，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低

21、的現(xiàn)象總變形不變，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低的現(xiàn)象。緊固件，如壓緊螺栓、鉚釘?shù)?。在金屬?gòu)件總形變。緊固件，如壓緊螺栓、鉚釘?shù)?。在金屬?gòu)件總形變恒定的條件下，由于彈性形變不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，恒定的條件下，由于彈性形變不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，從而使?yīng)力不斷減小。從而使應(yīng)力不斷減小。35高溫組織結(jié)構(gòu)變化高溫組織結(jié)構(gòu)變化 高溫用鋼高溫用鋼 石墨化石墨化 鋼材在高溫作用下滲碳體自行分解的一種現(xiàn)鋼材在高溫作用下滲碳體自行分解的一種現(xiàn)象，也稱析墨現(xiàn)象。石墨使材料脆化、強(qiáng)度與塑性降象，也稱析墨現(xiàn)象。石墨使材料脆化、強(qiáng)度與塑性降低，顆粒聚集成鏈狀，會(huì)導(dǎo)致材料斷裂。低，顆粒聚集成鏈狀，會(huì)導(dǎo)致材料斷裂。 球化球化 低合金珠光體

22、耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期作用下，珠光低合金珠光體耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期作用下，珠光體組織中片狀滲碳體鑄件轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙顫B碳體，并逐漸體組織中片狀滲碳體鑄件轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙顫B碳體，并逐漸聚集長(zhǎng)大。降低鋼材強(qiáng)度尤其是高溫強(qiáng)度；中等球化聚集長(zhǎng)大。降低鋼材強(qiáng)度尤其是高溫強(qiáng)度；中等球化使低碳鋼和低碳鉬鋼常溫強(qiáng)度降低使低碳鋼和低碳鉬鋼常溫強(qiáng)度降低1015%1015%，嚴(yán)重球，嚴(yán)重球化降低化降低2030%2030%，而高溫強(qiáng)度會(huì)下降到，而高溫強(qiáng)度會(huì)下降到50%50%。36高溫組織結(jié)構(gòu)變化高溫組織結(jié)構(gòu)變化 高溫用鋼高溫用鋼 合金元素的再分配合金元素的再分配 高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作，合金元素在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作，合金元素在固溶體和碳化物之間重

23、新分配，鉻、鉬、釩等強(qiáng)化元固溶體和碳化物之間重新分配，鉻、鉬、釩等強(qiáng)化元素的原子由固溶體向碳化物轉(zhuǎn)移。固溶強(qiáng)化作用顯著素的原子由固溶體向碳化物轉(zhuǎn)移。固溶強(qiáng)化作用顯著降低，導(dǎo)致耐熱鋼的高溫強(qiáng)度下降。降低，導(dǎo)致耐熱鋼的高溫強(qiáng)度下降。 新相的形成新相的形成 碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量和分布的變化，碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量和分布的變化，趨向形成穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物。趨向形成穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物。37高溫腐蝕高溫腐蝕 高溫用鋼高溫用鋼 高溫環(huán)境往往是含氧、硫、氫、氮等的高溫氣體，發(fā)高溫環(huán)境往往是含氧、硫、氫、氮等的高溫氣體，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，損耗金屬，大多會(huì)在其表面上生成氧化生化學(xué)反應(yīng)，損耗金屬，大多會(huì)在其表面上生成氧化物、

24、硫化物、氮化物等固體表面膜。物、硫化物、氮化物等固體表面膜。 鋼鐵表面形成的固態(tài)氧化膜結(jié)構(gòu)與性能各不相同，保鋼鐵表面形成的固態(tài)氧化膜結(jié)構(gòu)與性能各不相同，保護(hù)性能的好壞取決于氧化物的高溫穩(wěn)定性，氧化膜的護(hù)性能的好壞取決于氧化物的高溫穩(wěn)定性，氧化膜的完整性、致密性、組織結(jié)構(gòu)和厚度、膜與金屬材料的完整性、致密性、組織結(jié)構(gòu)和厚度、膜與金屬材料的相對(duì)熱膨脹系數(shù)以及氧化膜的生長(zhǎng)應(yīng)力等因素；其中相對(duì)熱膨脹系數(shù)以及氧化膜的生長(zhǎng)應(yīng)力等因素；其中氧化膜的完整性和致密性是至關(guān)重要的。氧化膜的完整性和致密性是至關(guān)重要的。38高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求 高溫用鋼高溫用鋼 （1 1）高溫用鋼力學(xué)性能的考慮）高溫

25、用鋼力學(xué)性能的考慮39高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求 高溫用鋼高溫用鋼40高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求 高溫用鋼高溫用鋼 松弛穩(wěn)定性松弛穩(wěn)定性 指標(biāo)有多種，最常用的是以金屬在一定溫度和一定初指標(biāo)有多種，最常用的是以金屬在一定溫度和一定初應(yīng)力作用下，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后剩余應(yīng)力的大小來(lái)表示。應(yīng)力作用下，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后剩余應(yīng)力的大小來(lái)表示。41高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求 高溫用鋼高溫用鋼 （2 2）抗氧化性）抗氧化性 硫化、氮化、碳化、鹵化等類型的高溫腐蝕也是廣硫化、氮化、碳化、鹵化等類型的高溫腐蝕也是廣義的氧化。義的氧化。 金屬材料的抗氧化性的評(píng)價(jià)與其他腐蝕一樣，采用金屬材料的抗氧

26、化性的評(píng)價(jià)與其他腐蝕一樣，采用失重法、增重法測(cè)定，采用腐蝕速度或腐蝕速率表示失重法、增重法測(cè)定，采用腐蝕速度或腐蝕速率表示。鋼鐵材料的抗氧化性可分為五級(jí)。鋼鐵材料的抗氧化性可分為五級(jí)。 提高高溫強(qiáng)度的途徑提高高溫強(qiáng)度的途徑: 固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； 析出強(qiáng)化；析出強(qiáng)化； 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高溫合金中的高溫合金中的 析出相析出相高溫合金中的彎曲晶界高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物裂紋中止于晶界顆粒狀析出物 高溫用鋼高溫用鋼43高溫用鋼高溫用鋼 高溫用鋼高溫用鋼 珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼渦輪機(jī)機(jī)殼渦輪機(jī)機(jī)殼鋼制法蘭鋼制法蘭 常用鋼號(hào)為常用鋼

27、號(hào)為15CrMo、12Cr1MoV，是低合，是低合金鋼。金鋼。 合金元素作用：合金元素作用： Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性；Mo提高熱強(qiáng)性提高熱強(qiáng)性(T再再);V彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化。 熱處理：熱處理： 正火處理正火處理 組織組織: F+P 用途：用途：600以下的以下的鍋爐及管道鍋爐及管道,壓力容壓力容器器，熱交換器，汽熱交換器，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪機(jī)轉(zhuǎn)子等。等。 煙管式鍋爐煙管式鍋爐鍋爐管鍋爐管 珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼 常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為1Cr13、 1Cr11MoV、1Cr12WMoV；4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo 合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗

28、氧化性提高抗氧化性; Mo提高熱強(qiáng)性提高熱強(qiáng)性(T再再);V彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化。 熱處理：熱處理：調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)。 組織：組織： S回回。汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片 高溫用鋼高溫用鋼 用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽輪機(jī)葉以下汽輪機(jī)葉片，又稱片，又稱葉片鋼葉片鋼； 4Cr9Si2主要用于制造使用溫度低于主要用于制造使用溫度低于750的發(fā)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥，又稱機(jī)排氣閥，又稱氣閥鋼氣閥鋼。汽車閥門汽車閥門鍋爐安全泄壓閥鍋爐安全泄壓閥(2Cr13) 馬氏體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼過(guò)熱器過(guò)熱器鐵素體耐熱鋼鐵素體耐熱鋼 含含13%或或17%鉻的簡(jiǎn)單鐵素體鋼及在其基礎(chǔ)上加入鉻的簡(jiǎn)單鐵素體鋼及在

29、其基礎(chǔ)上加入Si、Al等合金元素以提高抗氧化性的鐵素體耐熱鋼。等合金元素以提高抗氧化性的鐵素體耐熱鋼。 抗氧化性強(qiáng)，但高溫強(qiáng)度低，焊接性能差，脆性大，抗氧化性強(qiáng)，但高溫強(qiáng)度低，焊接性能差，脆性大，多用于受力不大的加熱鍋爐構(gòu)件。多用于受力不大的加熱鍋爐構(gòu)件。 高溫用鋼高溫用鋼 常用鋼號(hào)有常用鋼號(hào)有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等。等。過(guò)熱器管排過(guò)熱器管排過(guò)熱器集箱過(guò)熱器集箱奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼 鉻鎳含量鉻鎳含量18-8及及25-20的簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單奧氏體鋼及在其基礎(chǔ)上加入奧氏體鋼及在其基礎(chǔ)上加入W、Mo、V、Ti、Nb、Al等等元素，強(qiáng)化奧氏體。元素，強(qiáng)化奧氏體。 Cr的

30、作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性； Ni的作用是獲得單相奧氏體的作用是獲得單相奧氏體; Ti的作用是彌散強(qiáng)化。的作用是彌散強(qiáng)化。 熱處理采用熱處理采用固溶處理固溶處理 組織為組織為單相單相A。 高溫用鋼高溫用鋼 常用鋼號(hào)有常用鋼號(hào)有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等等。 主要用于制造工作溫度在主要用于制造工作溫度在600850的高壓鍋爐過(guò)的高壓鍋爐過(guò)熱器、承壓反應(yīng)管、汽輪熱器、承壓反應(yīng)管、汽輪機(jī)葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)氣機(jī)葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥等。閥等。 奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼渦輪機(jī)機(jī)殼渦輪機(jī)機(jī)殼鋼制法蘭鋼制法蘭50高溫用鋼選材高溫用鋼選

31、材 高溫用鋼高溫用鋼 制氫裝置廢熱鍋爐制氫裝置廢熱鍋爐 混合預(yù)熱二段混合預(yù)熱二段 介質(zhì)和煙氣溫度高，選用介質(zhì)和煙氣溫度高，選用18-818-8型奧氏型奧氏體耐熱鋼；體耐熱鋼； 原料預(yù)熱二段和混合預(yù)熱一段原料預(yù)熱二段和混合預(yù)熱一段 溫度條件不及混合二溫度條件不及混合二段苛刻，選用含段苛刻，選用含CrCr、MoMo、V V等合金元素的低合金耐熱等合金元素的低合金耐熱鋼，如鋼，如Cr5MoCr5Mo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15CrMo15CrMo； 原料預(yù)熱一段、省煤段、混合預(yù)熱一段、水保護(hù)段和原料預(yù)熱一段、省煤段、混合預(yù)熱一段、水保護(hù)段和蒸發(fā)段蒸發(fā)段 爐管的實(shí)際溫度不太高，用一般碳鋼或

32、低爐管的實(shí)際溫度不太高，用一般碳鋼或低CrCr、MoMo含量的珠光體低合金耐熱鋼，如含量的珠光體低合金耐熱鋼，如20R20R，12CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo等。等。51低溫用鋼低溫用鋼 一般用于一般用于0 0以下溫度的材料稱為以下溫度的材料稱為低溫材料低溫材料，金屬材，金屬材料使用低合金鋼、鎳鋼和鉻鎳奧氏體鋼，及鈦合金、料使用低合金鋼、鎳鋼和鉻鎳奧氏體鋼，及鈦合金、鋁合金等有色金屬。鋁合金等有色金屬。 生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用液化天然氣、液化石油氣、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用液化天然氣、液化石油氣、液氧、液氫、液氮、液氦、液體二氧化碳等液化氣體液氧、液氫、液氮、液氦、液體二氧化碳

33、等液化氣體的過(guò)程裝備及構(gòu)件，寒冷地區(qū)的過(guò)程裝備及構(gòu)件。的過(guò)程裝備及構(gòu)件，寒冷地區(qū)的過(guò)程裝備及構(gòu)件。 低溫下使用的壓力容器、管道、設(shè)備及其構(gòu)件脆性斷低溫下使用的壓力容器、管道、設(shè)備及其構(gòu)件脆性斷裂時(shí)有發(fā)生。裂時(shí)有發(fā)生。 高溫及低溫構(gòu)件用鋼高溫及低溫構(gòu)件用鋼52低溫用鋼的工況和特點(diǎn)低溫用鋼的工況和特點(diǎn) 低溫用鋼低溫用鋼 低溫脆斷的特點(diǎn)低溫脆斷的特點(diǎn) 名義應(yīng)力較低，低于屈服強(qiáng)度或名義應(yīng)力較低，低于屈服強(qiáng)度或設(shè)計(jì)應(yīng)力，也稱低應(yīng)力脆斷；設(shè)計(jì)應(yīng)力，也稱低應(yīng)力脆斷； 構(gòu)件低溫脆斷之前沒(méi)有明顯的塑構(gòu)件低溫脆斷之前沒(méi)有明顯的塑性變形或只有局部的少量塑性變性變形或只有局部的少量塑性變形，有脆性斷口特征；形，有脆性

34、斷口特征； 裂紋擴(kuò)展速度快；裂紋擴(kuò)展速度快； 原有韌性較低，低溫缺口敏感性原有韌性較低，低溫缺口敏感性和韌性更差。和韌性更差。53低溫用鋼的力學(xué)性能要求低溫用鋼的力學(xué)性能要求 低溫用鋼低溫用鋼 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 比值愈接近比值愈接近1 1，變脆的可能性愈大，變脆的可能性愈大 低溫沖擊韌性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度低溫沖擊韌性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度影響低溫韌性的因素影響低溫韌性的因素 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 化學(xué)成分化學(xué)成分 形成鐵素體的元素會(huì)降低韌性，影響明顯形成鐵素體的元素會(huì)降低韌性，影響明顯的元素有碳、錳、鎳、硅、鋁和微量有害元素。的元素有碳、錳、鎳、硅、鋁和微量有害元素。 晶粒尺寸晶粒尺寸 熱處理與顯微組織熱處理與顯

35、微組織 缺口效應(yīng)和應(yīng)力集中缺口效應(yīng)和應(yīng)力集中 其他影響因素其他影響因素 鋼板厚度、加工硬化、焊接缺陷及殘鋼板厚度、加工硬化、焊接缺陷及殘余應(yīng)力、加載速度、溫度變化、介質(zhì)化學(xué)作用。余應(yīng)力、加載速度、溫度變化、介質(zhì)化學(xué)作用。54低合金低溫用鋼低合金低溫用鋼 低溫用鋼低溫用鋼 以以MnMn作為主加元素，改善鋼的低溫韌性作為主加元素，改善鋼的低溫韌性16Mn16Mn 常用普通低合金鋼，常用普通低合金鋼，-40-40使用的鋼板使用的鋼板16MnDR16MnDR 硫、磷等雜質(zhì)含量比硫、磷等雜質(zhì)含量比16MnR16MnR低低09Mn2V09Mn2V 正火組織是細(xì)小的鐵素體和少量珠光體，塑性良好，正火組織是細(xì)

36、小的鐵素體和少量珠光體，塑性良好，結(jié)構(gòu)工藝性與低碳鋼相近。結(jié)構(gòu)工藝性與低碳鋼相近。 -70-70低溫下使用的鋼板低溫下使用的鋼板09Mn2VDR09Mn2VDR，鋼管及鍛鋼，鋼管及鍛鋼09Mn2VD09Mn2VD有良好的低溫韌性。有良好的低溫韌性。55鎳鋼鎳鋼 低溫用鋼低溫用鋼 低溫用鎳鋼中鎳的含量常有低溫用鎳鋼中鎳的含量常有2.25%2.25%、3.5%3.5%和和9.0%9.0%。2.25%Ni2.25%Ni -60-60時(shí)使用的最經(jīng)濟(jì)的鎳鋼，正火組織是珠光體時(shí)使用的最經(jīng)濟(jì)的鎳鋼，正火組織是珠光體+ +鐵鐵素體組織，珠光體數(shù)量有所增加，晶粒較細(xì)。素體組織，珠光體數(shù)量有所增加，晶粒較細(xì)。3.

37、5%Ni3.5%Ni -100-100時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)鋼種，常作低溫?zé)峤粨Q器的鋼管時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)鋼種，常作低溫?zé)峤粨Q器的鋼管，正火后進(jìn)行高溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力。，正火后進(jìn)行高溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力。9.0%Ni9.0%Ni -200-200低溫下使用，正火組織是馬氏體低溫下使用，正火組織是馬氏體+ +貝氏體，回貝氏體，回火過(guò)程中有奧氏體出現(xiàn)。奧氏體碳含量高，低溫下穩(wěn)火過(guò)程中有奧氏體出現(xiàn)。奧氏體碳含量高，低溫下穩(wěn)定而不易發(fā)生相變。定而不易發(fā)生相變。56高錳奧氏體鋼高錳奧氏體鋼 低溫用鋼低溫用鋼 降低高錳鋼中的碳含量；增加錳的含量和加入其他奧降低高錳鋼中的碳含量；增加錳的含量和加入其他奧氏體形成元素（如鋁、氮

38、、銅等），保證獲得奧氏體氏體形成元素（如鋁、氮、銅等），保證獲得奧氏體并使奧氏體在低溫下穩(wěn)定；加入強(qiáng)化元素使奧氏體固并使奧氏體在低溫下穩(wěn)定；加入強(qiáng)化元素使奧氏體固溶強(qiáng)化，并使晶粒細(xì)化。溶強(qiáng)化，并使晶粒細(xì)化。 用得較多的是用得較多的是20Mn23Al20Mn23Al和和15Mn26Al415Mn26Al4，分別在，分別在- -196196和和-253-253下使用，加工工藝性與下使用，加工工藝性與18-818-8型奧氏體型奧氏體不銹鋼相似。不銹鋼相似。57鉻鎳奧氏體不銹鋼鉻鎳奧氏體不銹鋼 低溫用鋼低溫用鋼 在在-200-200以下使用的低溫用鋼，常用的有以下使用的低溫用鋼，常用的有0Cr18Ni

39、90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9。 奧氏體不銹鋼在低溫下長(zhǎng)期使用，會(huì)發(fā)生奧氏體向馬奧氏體不銹鋼在低溫下長(zhǎng)期使用，會(huì)發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，使塑性和韌性有所降低。但有資料表明氏體的轉(zhuǎn)變，使塑性和韌性有所降低。但有資料表明，即使出現(xiàn)大量的相變，鋼的塑性和韌性仍能保持較，即使出現(xiàn)大量的相變，鋼的塑性和韌性仍能保持較高的水平。高的水平。 奧氏體不銹鋼還具有在液氫溫度（奧氏體不銹鋼還具有在液氫溫度（-253-253）下阻止應(yīng)）下阻止應(yīng)力應(yīng)力集中部位破裂的特性，在深冷條件下被廣泛采力應(yīng)力集中部位破裂的特性，在深冷條件下被廣泛采用。用。腐蝕的工況特點(diǎn)腐蝕的工況特點(diǎn) 過(guò)程裝備往往在腐蝕性

40、介質(zhì)中工作，過(guò)程裝備往往在腐蝕性介質(zhì)中工作，因?yàn)楦g或者腐蝕和其他力學(xué)性能、因?yàn)楦g或者腐蝕和其他力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)等因素共同作用引起失效。結(jié)構(gòu)等因素共同作用引起失效。 化工生產(chǎn)中的腐蝕危害居行業(yè)之首化工生產(chǎn)中的腐蝕危害居行業(yè)之首 腐蝕的經(jīng)濟(jì)損失最大腐蝕的經(jīng)濟(jì)損失最大 最易發(fā)生突發(fā)的惡性事故最易發(fā)生突發(fā)的惡性事故 造成的環(huán)境污染最嚴(yán)重造成的環(huán)境污染最嚴(yán)重 阻礙新工藝新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的概率最大阻礙新工藝新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的概率最大 消耗人類的資源最多消耗人類的資源最多 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響Cr：是提高耐蝕性的主要元素，：是提高耐蝕性的主要元素，是熱力學(xué)上

41、不穩(wěn)定，但易鈍化的金是熱力學(xué)上不穩(wěn)定，但易鈍化的金屬。鈍化環(huán)境（氧化性適中）有效。屬。鈍化環(huán)境（氧化性適中）有效。 形成穩(wěn)定致密的形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜. Cr含量含量大于大于13%時(shí)，形成單相時(shí)，形成單相鐵素體組織。鐵素體組織。 提高基體提高基體電極電位電極電位(n/8規(guī)律規(guī)律)Ni：電極電位較鐵正、鈍化。：電極電位較鐵正、鈍化。 和和Cr同時(shí)加入，擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，同時(shí)加入，擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，加工性和焊接性能好。加工性和焊接性能好。 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼Mo：鈍化、增加合金抗還原性介：鈍化、增加合金抗還原性介質(zhì)、氯離子腐蝕及耐點(diǎn)蝕能力。質(zhì)、氯離子腐蝕及耐點(diǎn)蝕能力。 Fe-

42、Cr-Ni合金，足夠的合金，足夠的Cr含量及同含量及同時(shí)加入時(shí)加入Mo，改善耐點(diǎn)蝕性能。，改善耐點(diǎn)蝕性能。Si：添加到不銹鋼、低合金鋼、鑄：添加到不銹鋼、低合金鋼、鑄鋼等合金中，提高耐蝕性，耐氯化鋼等合金中，提高耐蝕性，耐氯化物應(yīng)力腐蝕破裂、耐點(diǎn)蝕、耐熱濃物應(yīng)力腐蝕破裂、耐點(diǎn)蝕、耐熱濃硝酸腐蝕、抗氧化、耐海水腐蝕等。硝酸腐蝕、抗氧化、耐海水腐蝕等。 Si和和Mo同時(shí)加入到同時(shí)加入到Cr-Ni不銹鋼中，不銹鋼中，提高抗應(yīng)力腐蝕及點(diǎn)蝕性能。提高抗應(yīng)力腐蝕及點(diǎn)蝕性能。 大氣及在海水飛濺帶的耐蝕性。大氣及在海水飛濺帶的耐蝕性。 合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響Cu：含：含0.10.

43、2%Cu的碳鋼產(chǎn)生良的碳鋼產(chǎn)生良好的耐大氣腐蝕的性能。好的耐大氣腐蝕的性能。 添加添加Cu的不銹鋼具有良好的耐硫的不銹鋼具有良好的耐硫酸腐蝕性能。酸腐蝕性能。 提高不銹鋼在海水中的縫隙腐蝕。提高不銹鋼在海水中的縫隙腐蝕。Ti和和Nb：提高不銹鋼抗晶間腐蝕。：提高不銹鋼抗晶間腐蝕。N：提高奧氏體不銹鋼在氯化物環(huán)：提高奧氏體不銹鋼在氯化物環(huán)境中耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。境中耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。 以鋼中存在以鋼中存在Cr、Mo為前提。為前提。 雙相不銹鋼中有利于兩相控制。雙相不銹鋼中有利于兩相控制。 在酸中一般耐蝕性提高。在酸中一般耐蝕性提高。 合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響合金元素對(duì)金屬耐蝕性的影響雜質(zhì)

44、對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響雜質(zhì)對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響C：碳高，則降低耐蝕性。：碳高，則降低耐蝕性。 馬氏體不銹鋼中馬氏體不銹鋼中0.2%，沉淀硬，沉淀硬化不銹鋼中化不銹鋼中0.1%，馬氏體時(shí)效，馬氏體時(shí)效鋼中鋼中0.03%，才能保持耐蝕性。，才能保持耐蝕性。 增加奧氏體不銹鋼的點(diǎn)蝕傾向，增加奧氏體不銹鋼的點(diǎn)蝕傾向，鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕和晶間鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕敏感性。應(yīng)力腐蝕敏感性。 低碳、超低碳以及超純不銹鋼，低碳、超低碳以及超純不銹鋼，碳質(zhì)量降至碳質(zhì)量降至0.03%或或0.02%，C+N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.015%。 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼N 使鐵素體不銹鋼對(duì)晶間腐

45、蝕敏感。使鐵素體不銹鋼對(duì)晶間腐蝕敏感。 對(duì)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕也有害對(duì)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕也有害P 降低奧氏體不銹鋼在硝酸中的耐蝕性降低奧氏體不銹鋼在硝酸中的耐蝕性. 對(duì)低碳、超低碳不銹鋼晶間腐蝕有害。對(duì)低碳、超低碳不銹鋼晶間腐蝕有害。Si 0.81.0%范圍內(nèi)，降低鋼耐硝酸腐蝕范圍內(nèi)，降低鋼耐硝酸腐蝕性，增加晶間腐蝕敏感性。性，增加晶間腐蝕敏感性。 高高Si不銹鋼中含量不銹鋼中含量4%6%。 雜質(zhì)對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響雜質(zhì)對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響S 硫化物易溶于酸性氯化物溶液，使鋼硫化物易溶于酸性氯化物溶液，使鋼對(duì)點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕敏感。對(duì)點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕敏感。 Mn、S比值低時(shí)，耐點(diǎn)蝕比值低時(shí)

46、，耐點(diǎn)蝕Mn 硫化錳降低耐蝕性硫化錳降低耐蝕性. 降低降低S含量，耐點(diǎn)蝕性能提高。含量，耐點(diǎn)蝕性能提高。 作為合金元素，加作為合金元素，加3%Mn，對(duì)鋼的耐，對(duì)鋼的耐蝕性影響不大。蝕性影響不大。 雜質(zhì)對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響雜質(zhì)對(duì)鋼鐵耐蝕性的影響碳鋼的耐蝕性碳鋼的耐蝕性 碳鋼在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、大氣、海水、碳鋼在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、大氣、海水、土壤中都不耐腐蝕，需采取保護(hù)。土壤中都不耐腐蝕，需采取保護(hù)。 在室溫的堿或堿性溶液中耐蝕。在室溫的堿或堿性溶液中耐蝕。 鹽酸、硫酸、硝酸中與濃度有關(guān)。鹽酸、硫酸、硝酸中與濃度有關(guān)。 溫度升高、腐蝕加快。溫度升高、腐蝕加快。化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 碳、磷、硫；錳、硅。碳

47、、磷、硫；錳、硅。組織的影響組織的影響 珠光體、索氏體、屈氏體、馬氏體珠光體、索氏體、屈氏體、馬氏體 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼耐大氣腐蝕的低合金鋼耐大氣腐蝕的低合金鋼 合金元素的作用主要是改變銹層的晶體結(jié)構(gòu)及降低缺合金元素的作用主要是改變銹層的晶體結(jié)構(gòu)及降低缺陷，提高銹層的致密度和對(duì)鋼的附著力。陷，提高銹層的致密度和對(duì)鋼的附著力。 Cu、P、Cr、Ni，在鋼表面富集并形成非晶態(tài)層。，在鋼表面富集并形成非晶態(tài)層。 Cu是最有效的元素，是最有效的元素，陽(yáng)極鈍化學(xué)說(shuō)及表面富集學(xué)說(shuō)陽(yáng)極鈍化學(xué)說(shuō)及表面富集學(xué)說(shuō)。 P、Cr一般與其他元素配合，一般與其他元素配合，Ni含量較多時(shí)有

48、效。含量較多時(shí)有效。 稀土元素可以提高低合金鋼的耐大氣腐蝕性能。稀土元素可以提高低合金鋼的耐大氣腐蝕性能。 碳鋼的耐蝕性碳鋼的耐蝕性抗氫、氮、氨腐蝕用低合金鋼抗氫、氮、氨腐蝕用低合金鋼 氫腐蝕與氮脆氫腐蝕與氮脆 低合金鋼耐氫、氮、氨腐蝕的機(jī)理低合金鋼耐氫、氮、氨腐蝕的機(jī)理n抗氫腐蝕抗氫腐蝕：降低鋼的含碳量；加入碳化物形成元素：降低鋼的含碳量；加入碳化物形成元素n抗氮化抗氮化：加入氮化物形成元素：加入氮化物形成元素 用鋼用鋼n使用溫度在使用溫度在220以下，可以不考慮氫腐蝕與氮化問(wèn)題，以下，可以不考慮氫腐蝕與氮化問(wèn)題，用碳素鋼或一般的高強(qiáng)度低合金鋼。用碳素鋼或一般的高強(qiáng)度低合金鋼。n在在350以

49、下，考慮氫腐蝕，用低鉻、鉬抗氫鋼。以下，考慮氫腐蝕，用低鉻、鉬抗氫鋼。n350以上，同時(shí)考慮，用鈦、釩、鈮及較高鉻、鉬。以上，同時(shí)考慮，用鈦、釩、鈮及較高鉻、鉬。 耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼耐濕耐濕H2S開(kāi)裂用低合金鋼開(kāi)裂用低合金鋼 硫化氫應(yīng)力腐蝕，氫脆斷裂硫化氫應(yīng)力腐蝕，氫脆斷裂 氫鼓泡、氫致開(kāi)裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫鼓泡、氫致開(kāi)裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂氫致開(kāi)裂n組織耐開(kāi)裂性能遞減：鐵素體組織耐開(kāi)裂性能遞減：鐵素體+均勻分布細(xì)微球狀碳化均勻分布細(xì)微球狀碳化物組織物組織完全淬火完全淬火+回火組織回火組織正火正火+回火組織回火組織正火正火組織組織網(wǎng)狀未回火的馬氏體組織網(wǎng)狀

50、未回火的馬氏體組織n化學(xué)成分中影響最重要的是鋼材的純凈度化學(xué)成分中影響最重要的是鋼材的純凈度n添加鈮、鈦、釩、鋁、硼和稀土元素較為有效，鉻、添加鈮、鈦、釩、鋁、硼和稀土元素較為有效，鉻、鉬同時(shí)加入效果較好。鉬同時(shí)加入效果較好。 耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼耐蝕高合金鋼耐蝕高合金鋼 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 主要是主要是Cr13型型不銹鋼，不銹鋼，碳量超過(guò)碳量超過(guò)0.1%，鋼號(hào)為，鋼號(hào)為1Cr134Cr13 隨隨含碳量提高含碳量提高，強(qiáng)度、，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下降硬度提高，耐蝕性下降. 1Cr13、2Cr13 熱處理熱處理: 淬火淬火+高溫回火高溫回火 使用狀態(tài)下的使

51、用狀態(tài)下的組織組織: S回回不銹鋼棒不銹鋼棒 1Cr13、2Cr13具有具有耐大氣耐大氣、蒸汽蒸汽腐蝕腐蝕能力及良好的綜合能力及良好的綜合力學(xué)性能。力學(xué)性能。用于要求用于要求塑韌性塑韌性較高的耐蝕件較高的耐蝕件，如汽輪機(jī)葉片等如汽輪機(jī)葉片等.汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片透平轉(zhuǎn)輪透平轉(zhuǎn)輪 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 3Cr13、4Cr13 熱處理熱處理：淬火淬火+低溫回火。低溫回火。 使用狀態(tài)下的使用狀態(tài)下的組織組織：M回回。 具有較高強(qiáng)度、硬度。具有較高強(qiáng)度、硬度。 用于要求耐蝕、耐磨件，用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械醫(yī)療器械不銹鋼刀不銹鋼刀 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼

52、1Cr17削片刀削片刀鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 典型鋼號(hào)如典型鋼號(hào)如0Cr13、1Cr17及及含鉻為含鉻為2530%的鋼等。的鋼等。 成分成分：高鉻低碳，：高鉻低碳，000Cr18Mo2、000Cr25Mo1 無(wú)無(wú)相變相變，不能，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。 組織組織：?jiǎn)蜗噼F素體：?jiǎn)蜗噼F素體 不銹鋼不銹鋼鋼中鋼中相相 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，塑性好。但有耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，塑性好。但有脆化傾向脆化傾向： 475脆化脆化：加熱到加熱到450550停留，產(chǎn)生脆化停留，產(chǎn)生脆化. 再加熱到再加熱到600快冷可消除?？炖淇上?。 相脆化相脆化： 在在600 800長(zhǎng)長(zhǎng)期加熱時(shí)

53、，析出期加熱時(shí)，析出硬而脆的硬而脆的 相。相。 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 用途用途 廣泛用于硝酸和氮肥工廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。業(yè)的耐蝕件。合成氨廠合成氨廠硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不鐵素體不銹鋼制品銹鋼制品 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。）型不銹鋼。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：具有良好的：具有良好的耐蝕性耐蝕性，冷熱加工性冷熱加工性及及 可焊性可焊性。高的。高的塑韌性塑韌性, 無(wú)磁性。無(wú)磁性。 熱處理熱處理：采用：采用固固溶處理溶處理。即加熱到。即加熱到1100使碳化物溶解使碳化物溶解后水冷；后水冷；穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處

54、理。組織為組織為單相奧氏體單相奧氏體。不銹鋼帶不銹鋼帶 不銹鋼不銹鋼 常用鋼種常用鋼種 為為1Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni13Mo3、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni10Nb等等 廣泛用于廣泛用于化工設(shè)備化工設(shè)備及及管道管道.反應(yīng)釜反應(yīng)釜(316L)大型化工儲(chǔ)罐大型化工儲(chǔ)罐(304)熱交換器熱交換器(316L) 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼奧氏體奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼鐵素體雙相不銹鋼 主要是主要是Cr22Ni5MoN，Cr25Ni7MoN。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：具有良好的：具有良好的耐蝕耐蝕性性，含鎳量低，強(qiáng)度高，耐，含鎳量低，強(qiáng)度高，耐點(diǎn)

55、蝕，抗應(yīng)力腐蝕。點(diǎn)蝕，抗應(yīng)力腐蝕。 鐵素體含鉻量高；加入鉬、鐵素體含鉻量高；加入鉬、氮等元素；鐵素體阻止裂紋氮等元素；鐵素體阻止裂紋擴(kuò)展。擴(kuò)展。 不銹鋼不銹鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕鑄鐵耐蝕鑄鐵 添加硅、鉻、鋁等合金元素，形成保護(hù)膜。添加硅、鉻、鋁等合金元素，形成保護(hù)膜。 添加硅、鉻、鉬、銅、鎳等，提高電極電位。添加硅、鉻、鉬、銅、鎳等，提高電極電位。 改變組織，如獲得奧氏體，石墨球化等。改變組織，如獲得奧氏體，石墨球化等。高硅鑄鐵高硅鑄鐵 硅含量為硅含量為14%16%。 在大多數(shù)腐蝕介質(zhì)中均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。在大多數(shù)腐蝕介質(zhì)中均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。 加入

56、加入2.5%4.0%的鉬能提高在鹽酸、氯氣中的耐蝕性。的鉬能提高在鹽酸、氯氣中的耐蝕性。 耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼其他耐蝕鑄鐵其他耐蝕鑄鐵 加入加入3.5%6.0%的鋁稱為的鋁稱為鋁鑄鐵鋁鑄鐵。 加入加入1436%的鉻后，稱為的鉻后，稱為高鉻鑄鐵高鉻鑄鐵。耐腐蝕性好，耐。耐腐蝕性好，耐熱性和耐磨性也很好。熱性和耐磨性也很好。 加入加入1236%的鎳稱為的鎳稱為高鎳鑄鐵高鎳鑄鐵。強(qiáng)度、塑性和韌性明。強(qiáng)度、塑性和韌性明顯提高，特別是在堿液中，耐蝕性能很好。顯提高，特別是在堿液中，耐蝕性能很好。 耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵 白口鑄鐵是一種良好的耐磨鑄鐵，

57、但脆性大。白口鑄鐵是一種良好的耐磨鑄鐵，但脆性大。 加入加入Cr、Mo、Co、V、B等，形成珠光體合金白口鑄等，形成珠光體合金白口鑄鐵，既有高硬度和高耐磨性，又具有一定的韌性。鐵，既有高硬度和高耐磨性，又具有一定的韌性。 加入加入Cr、Ni、B等提高淬透性元素，可以形成馬氏體等提高淬透性元素，可以形成馬氏體合金白口鑄鐵。合金白口鑄鐵。 鐵液注入放有冷鐵的金屬模成型，灰口鑄鐵鐵液注入放有冷鐵的金屬模成型，灰口鑄鐵+白口層。白口層。 減摩鑄鐵減摩鑄鐵，在軟基體上嵌有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。獲得細(xì)片，在軟基體上嵌有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。獲得細(xì)片狀珠光體；屈氏體和馬氏體基體；加入狀珠光體；屈氏體和馬氏體基體；加入Cu、

58、Mo、Mn等強(qiáng)化基體，少量等強(qiáng)化基體，少量P形成磷共晶，形成磷共晶，V、Ti等形成碳化物。等形成碳化物。 耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵 加熱爐爐底板、換熱器、廢氣管道等。加熱爐爐底板、換熱器、廢氣管道等。 鑄鐵在高溫下鑄鐵在高溫下“氧化氧化”和和“生長(zhǎng)生長(zhǎng)”。 加入加入Cr、Al、Si等元素形成氧化膜，得到單相鐵素體等元素形成氧化膜，得到單相鐵素體基體?；w。 Ni、Mn、Cu，得到單相奧氏體基體。，得到單相奧氏體基體。 Cr、V、Mo，穩(wěn)定碳化物。，穩(wěn)定碳化物。 石墨細(xì)化和球化。石墨細(xì)化和球化。 常用中硅球墨鑄鐵（含硅常用中硅球墨鑄鐵（含硅56%），高

59、鋁球墨鑄鐵（含），高鋁球墨鑄鐵（含鋁鋁2124%），高鉻耐熱鑄鐵（含鉻），高鉻耐熱鑄鐵（含鉻2630%）。）。 耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼鑄鋼鑄鋼 形狀復(fù)雜而承載能力與綜合性能要求較高的構(gòu)件，鑄形狀復(fù)雜而承載能力與綜合性能要求較高的構(gòu)件，鑄鐵難以滿足性能要求，鍛壓及其他壓力加工方法難于鐵難以滿足性能要求，鍛壓及其他壓力加工方法難于成形。成形。 與鑄鐵相比：流動(dòng)性差，凝固過(guò)程收縮率較大。與鑄鐵相比：流動(dòng)性差，凝固過(guò)程收縮率較大。 ZG200-400、ZG310-570。 加入加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等，制成特殊用途等，制成特殊用途的合金鑄鋼。的合金鑄鋼

60、。 耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼表表 幾種材料在不同溫度和濃度的酸、堿和鹽類介質(zhì)中的耐腐蝕性幾種材料在不同溫度和濃度的酸、堿和鹽類介質(zhì)中的耐腐蝕性耐耐耐耐沸沸104010355沸沸任任鈦鈦300氣氣20干燥干燥氣氣(110)(濃濃)50(20)75(96)鉛鉛(40)(10)3550(55)(27)20(20)60(80100)銅銅300氣氣1002010(30)60(8095)95鋁鋁100溶液溶液與與氣體氣體100250飽飽1009040(40)(80100)(10)沸沸(沸沸)4050(6080)9518-8型型不銹鋼不銹鋼(70)2008012026048035