特種設(shè)備無損檢測(cè)人員培訓(xùn)

1、特種設(shè)備無損檢測(cè)人員培訓(xùn)（2013年07月）授課教師：田學(xué)軍管道檢驗(yàn)三所 所長(zhǎng)） 河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院第一章 金屬材料及熱處理基本知識(shí)金屬材料（金屬及合金）的性能包括：力學(xué)性能（也稱為機(jī)械性能）、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。合金：是由兩種或者兩種以上的金屬或者金屬與非金屬元素相互熔合而成的。1.1金屬材料力學(xué)基本知識(shí)一、金屬材料力學(xué)性能概述金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)表征金屬抵抗各種損傷作用的能力大小，是金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性。它是判定金屬材料力學(xué)性能的依據(jù)，評(píng)定金屬材料質(zhì)量的判據(jù)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)選材和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。金屬材料的力學(xué)性能包括：

2、常溫下的強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等，例如屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度S（0.2）、抗拉強(qiáng)度b、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊韌性Ak等；特定條件下的力學(xué)性能，例如高溫強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、疲勞極限、斷裂力學(xué)性能等。應(yīng)當(dāng)注意新的力學(xué)性能指標(biāo)表示方法：抗拉強(qiáng)度Rm上屈服強(qiáng)度（ReH）下屈服強(qiáng)度（ReL）規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2斷后伸長(zhǎng)率A斷面收縮率Z沖擊吸收功（AK）時(shí)效沖擊功室溫夏比沖擊吸收功Akv脆性轉(zhuǎn)變溫度FATT（50脆性斷口）二、鋼材的性能（一）、鋼材的物理性能鋼材的物理性能一般包括：密度，比熱容Cp，熱導(dǎo)率，線膨脹系數(shù)a，彈性模量E，電阻率R等。（二）、鋼材的化學(xué)性能耐腐蝕性：鋼材抵抗周圍介質(zhì)腐蝕

3、作用的能力。不銹鋼具有相對(duì)優(yōu)良的耐腐蝕性能。抗氧化性：鋼材在一定溫度條件和外力作用下抵抗氧化的能力。耐熱鋼具有相對(duì)良好的抗氧化性，不銹鋼的抗氧化性更好。（三）、鋼材的力學(xué)性能鋼材在一定的溫度條件和外力作用下抵抗變形和斷裂的能力，稱為力學(xué)性能。1.常規(guī)力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性、硬度和韌性等。2.高溫性能，如抗蠕變性能、持久強(qiáng)度、瞬時(shí)強(qiáng)度和熱疲勞性等。3.低溫性能，如低溫沖擊韌性、脆性轉(zhuǎn)變溫度等。（四）、鋼材的工藝性能1.鑄造性能2.切削加工性能3.壓力加工性能4.焊接性能1.1.1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的作用力。 = F/S0 (單位: N/m2 or Pascal (Pa)應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的

4、變化量，用來描述塑性變形和彈性變形程度。 = L / L0 （無單位） 圖1.1.1-1 退火低碳鋼的拉伸曲線通過拉伸試驗(yàn)可以測(cè)得材料的彈性、強(qiáng)度、延伸率、加工硬化和韌性等重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是材料的基本力學(xué)性能。1.1.2強(qiáng)度金屬材料強(qiáng)度指標(biāo)：（1）屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度（GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法）定義：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。又區(qū)分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。（1）上屈服強(qiáng)度（ReH），試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力；（2）下屈服強(qiáng)度（ReL），在屈服期間，不計(jì)初始瞬間效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。材料在拉伸過程中，當(dāng)載荷達(dá)到某一

5、值時(shí)，載荷不變而試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象，稱為屈服。材料開始發(fā)生屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服點(diǎn)（又稱屈服強(qiáng)度或屈服極限），用Re （ReH 、ReL）表示。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Re取鋼材的下屈服點(diǎn)值（ReL）。（2）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度（GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法）定義：相應(yīng)最大力的應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度（Rm）。而最大力(Fm)是指試樣在屈服階段之后所能抵抗的最大力；對(duì)于無明顯屈服（連續(xù)屈服）的金屬材料，為試驗(yàn)期間的最大力。應(yīng)力是指試驗(yàn)期間任一時(shí)刻的力除以試樣原始橫截面積之商。 試樣拉伸時(shí)，在拉斷前所承受的最大載荷與試樣原始截面之比，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用Rm（）表示。（3）持久極限持久極

6、限又稱為持久強(qiáng)度，是指材料在規(guī)定溫度下，達(dá)到規(guī)定時(shí)間而不斷裂的最大應(yīng)力。常用符號(hào)為帶有一個(gè)或兩個(gè)指數(shù)來表示。例如，表示在試驗(yàn)溫度為700時(shí)，持久時(shí)間為1000h的應(yīng)力，即所謂高溫持久極限。（4）蠕變極限蠕變極限又稱蠕變強(qiáng)度，是指在規(guī)定溫度下，引起試樣在一定時(shí)間內(nèi)蠕變總伸長(zhǎng)率或恒定蠕變速率不超過規(guī)定值的最大應(yīng)力。1.1.3塑性金屬材料塑性指標(biāo)（1）斷后伸長(zhǎng)率（延伸率） 斷后伸長(zhǎng)率（GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法）定義：試樣拉斷后標(biāo)距的殘余伸長(zhǎng)（LuLo）與原始標(biāo)距（Lo）之比的百分率為斷后伸長(zhǎng)率（A）。其中，（Lu）為斷后標(biāo)距。A（LuLo）/ Lo (1.1.3-1)（2）斷

7、面收縮率 斷面收縮率（GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法）定義：斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量（SoSu）與原始橫截面積（So）之比的百分率為斷面收縮率（Z）。其中，（Su）為斷后最小橫截面積。Z（SoSu）/ So (1.1.3-3) （3）冷彎性能金屬材料在常溫下承受彎曲而不破裂的能力，稱為冷彎性能。冷彎試驗(yàn)用以考核材料彎曲變形的能力并且能使存在的缺陷顯示出來，在一定程度上模擬了壓力容器制造時(shí)卷板機(jī)的工藝情況，是鍋爐壓力容器用鋼材與焊接接頭力學(xué)性能考核的重要指標(biāo)。出現(xiàn)裂紋前能承受的彎曲程度愈大，則材料的冷彎性能愈好。彎曲程度一般用彎曲角度或彎芯直徑d對(duì)材料厚度a的比值來表示。

8、1.1.4硬度硬度是材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。硬度與強(qiáng)度有一定的關(guān)系。一般情況下，硬度較高的材料其強(qiáng)度也較高，所以可以通過測(cè)試材料的硬度值來估算材料的強(qiáng)度。此外，硬度較高的材料，其耐磨性也較好。工程上常用的硬度試驗(yàn)方法有：布氏硬度 HB、洛氏硬度 HR、維氏硬度HV、肖氏硬度HS和里氏硬度HL。檢驗(yàn)中硬度檢測(cè)的應(yīng)用材料硬度值與其強(qiáng)度存在著一定的比例關(guān)系，對(duì)鋼鐵材料來說，其抗拉強(qiáng)度近似等于3.55倍的布氏硬度值；材料化學(xué)成分中，大多數(shù)合金元素都會(huì)使材料的硬度升高，其中碳對(duì)材料硬度的影響最直接，材料中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度試驗(yàn)有時(shí)用來判斷材料強(qiáng)度等級(jí)或鑒別材質(zhì)；材料中不同金

9、相組織具有不同硬度，一般來說，馬氏體硬度高于珠光體，珠光體的硬度高于鐵素體，鐵素體的硬度高于奧氏體，故通過硬度值可大致了解材料的金相組織、以及材料在加工過程中的組織變化和熱處理效果。加工殘余應(yīng)力與焊接殘應(yīng)力的存在對(duì)材料的硬度也會(huì)產(chǎn)生影響，加工殘余應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力值越大，硬度越高。正因?yàn)橛绊懖牧嫌捕鹊囊蛩剌^多，工程上硬度檢測(cè)的應(yīng)用也較多，鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)中硬度檢測(cè)的應(yīng)用概括如下：（1）對(duì)于一般的碳素鋼、低合金鋼制壓力容器，當(dāng)材質(zhì)不清或有疑問時(shí)，可通過測(cè)定硬度，并根據(jù)硬度與強(qiáng)度的關(guān)系，近似求出材料的強(qiáng)度值。常用的一個(gè)換算公式：Re=3.28HV-221（適用于母材）；另一公式為Rm3

10、.55HB（適用于HB175的材料）（2）鍋爐、壓力容器、壓力管道焊接性試驗(yàn)中檢測(cè)焊接接頭斷面的母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，據(jù)此判斷材料的焊接性和工藝的適用性的方法稱最高硬度試驗(yàn)法。例如用最高硬度法評(píng)價(jià)材料的焊接性和工藝的適用性時(shí)，要求16MnR的HV390；15MnVR的HV400（3）現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常通過檢測(cè)母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，判斷焊接工藝執(zhí)行情況和焊接接頭質(zhì)量。（4）鍋爐、壓力容器、壓力管道進(jìn)行局部或整體熱處理后，可通過對(duì)焊縫金屬、熱影響區(qū)及母材進(jìn)行硬度測(cè)定，檢查熱處理效果，判斷焊縫接頭的消除應(yīng)力情況。例如現(xiàn)場(chǎng)組焊的壓力容器，整體熱處理后焊縫金屬和熱影響區(qū)的硬度值要求不大于母材的120%

11、（碳素鋼）或125%（合金鋼）。（5）低合金鋼制壓力容器焊接返修時(shí)，對(duì)返修部位進(jìn)行硬度測(cè)定，檢查返修補(bǔ)焊工藝的可行性及焊接質(zhì)量。（6）壓力容器使用過程中，由于壓力、溫度、介質(zhì)等工況條件的影響，會(huì)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。在用檢驗(yàn)中，當(dāng)懷疑有脫碳時(shí)，應(yīng)對(duì)可疑部位進(jìn)行硬度測(cè)定。（7）鍋爐、壓力容器、壓力管道在高溫下長(zhǎng)期使用后，有可能引起滲碳、滲氮、硫化、釩化及石墨化等現(xiàn)象。使材料的硬度改變。在用檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)部位進(jìn)行硬度測(cè)定。（8）高強(qiáng)度鋼壓力容器在用檢驗(yàn)中，應(yīng)進(jìn)行硬度檢測(cè)，了解焊接接頭是否有淬硬組織。（9）在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中使用的壓力容器，在制造或在用檢驗(yàn)中應(yīng)進(jìn)行硬度檢測(cè)，以判斷應(yīng)力腐蝕傾向。例如，要求濕

12、硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境中的碳鋼HB200；合金鋼HB235；液氨儲(chǔ)罐材料臨界硬度為HV210。（10）鍋爐、壓力容器、壓力管道的主要附件，例如螺栓、螺母等，當(dāng)材質(zhì)不清或熱處理狀態(tài)不明時(shí)，可通過測(cè)定硬度加以判斷。1.1.5沖擊韌度(沖擊韌性)沖擊吸收功（AK） 沖擊吸收功是指材料在受到外加沖擊載荷的作用下，斷裂時(shí)所消耗能量大小的特性，即沖擊試樣所吸收的功，其單位為焦耳（J）。 沖擊韌度（）沖擊韌度很大程度上反映鋼的冶金質(zhì)量和成品熱處理的質(zhì)量，是材料強(qiáng)度（Re、Rm ）與塑性（A、Z）的綜合反映。沖擊韌度通常是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定的。擺錘沖斷帶有缺口的試樣所消耗的功（即試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折

13、斷時(shí)所吸收的功）稱為沖擊吸收功，用Ak表示；沖擊試樣缺口底部單位橫截面上的沖擊吸收功稱為沖擊韌度。若試樣斷口處橫截面積為SN，則沖擊韌度Ak/SN，單位為J/cm2。Ak或ak的值越大，材料的韌性越好。沖擊吸收功與試樣的尺寸和缺口的形狀有關(guān)。由于不同的沖擊試樣在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力狀況各不相同，在破壞時(shí)所消耗的能量也不一樣，因此沖擊吸收功值也不同。試樣的缺口形式有夏比U形和夏比V形兩種，其沖擊韌度分別用Aku和Akv表示。我國(guó)鍋爐壓力容器用鋼規(guī)定采用夏比V型缺口沖擊試樣，其沖擊吸收功為Akv。而以前多用U型缺口，其沖擊吸收功為Aku。兩者的數(shù)值不能換算。對(duì)鍋爐壓力容器用鋼來說，沖擊吸收功是衡量其裂紋擴(kuò)展

14、阻力的重要指標(biāo)之一。 鍋爐壓力容器材料的脆化用于制作鍋爐壓力容器受壓元件所用的鋼材在常溫靜載條件下一般都有較好的塑性和韌性，工程上習(xí)慣稱之為塑性材料。但實(shí)際上，塑性很好的材料在一些不利的條件或環(huán)境下使用也會(huì)出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象，即發(fā)生脆化。不了解和不注意塑性材料使用不當(dāng)時(shí)可能會(huì)發(fā)生脆性破壞，這對(duì)壓力容器的安全是極為不利的。由于材料的脆化單靠外觀檢查和無損檢測(cè)不能有效地發(fā)現(xiàn)，因此由脆性斷裂引起的事故往往具有突發(fā)性。脆性斷裂具有快速擴(kuò)展特點(diǎn)，所以是最危險(xiǎn)的失效形式。鋼的冷脆性和低溫沖擊韌性鋼的冷脆是鍋爐壓力容器材料脆化最重要的類型。所謂冷脆性是指金屬材料在低溫下呈現(xiàn)韌性降低，脆性增大的現(xiàn)象。對(duì)

15、于在低溫條件下工作的受壓元件，考慮鋼材冷脆性是選用鋼材種類的基本要求。對(duì)于高溫條件下工作的受壓設(shè)備，例如鍋筒、集箱、高溫反應(yīng)容器、換熱器、超高壓反應(yīng)釜等，所用的材料雖然在運(yùn)行狀態(tài)下塑性性能較好，但在室溫下進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)仍有可能引起脆性破壞，這也屬于冷脆問題。為了避免發(fā)生破壞，在水壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)不同材料規(guī)定了不同的最低水溫值?？赏ㄟ^斷口形貌法來確定材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度：由于溫度下降時(shí)，試樣斷口上結(jié)晶區(qū)面積增大，纖維區(qū)面積減小，根據(jù)兩者相對(duì)面積的變化來確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。通常在脆性斷面率-溫度曲線中規(guī)定脆性斷面率（n）所對(duì)應(yīng)的溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，用FATTn表示。例如脆性斷面率為50所對(duì)應(yīng)的溫度記為FAT

16、T50。脆性轉(zhuǎn)變溫度FATT（50脆性斷口）：在整個(gè)斷口面積中，呈韌性斷口和脆性斷口特征面積各占50%所對(duì)應(yīng)的溫度，即材料在低于該溫度以下時(shí)會(huì)發(fā)生脆裂。蠕變金屬材料在一定的高溫環(huán)境下，即使應(yīng)力低于屈服極限，材料也能發(fā)生緩慢的塑性變形。即：金屬材料長(zhǎng)期處在一定的高溫環(huán)境下，隨著時(shí)間的增加，雖然力不增加但變形不斷增加的現(xiàn)象。這種塑性變形經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累，最終會(huì)導(dǎo)致材料破壞蠕變破壞。碳素鋼和普通低合金鋼的蠕變溫度界限為350-450。蠕變破壞一般都有明顯的塑性變形，其變形量的大小取決于材料的塑性。圖1.2.1-1 三種典型晶胞示意圖a)體心立方晶胞 (b)面心立方晶胞 (c)密排六方晶胞1.2金屬學(xué)

17、與熱處理基本知識(shí)1.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)是由原子構(gòu)成的。根據(jù)原子在物質(zhì)內(nèi)部的排列方式不同，可將物質(zhì)分為晶體和非晶體兩大類。由基本單元按一定間隔重復(fù)，按規(guī)則的排列方式構(gòu)成的材料稱為晶體。而內(nèi)部原子呈不規(guī)則排列的物質(zhì)稱為非晶體，所有固態(tài)金屬都是晶體。在固態(tài)金屬中，晶體內(nèi)部原子的排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。常見的晶體結(jié)構(gòu)有：1. 體心立方晶格，其晶胞是一個(gè)立方體，原子排列于立方體的各節(jié)點(diǎn)上和立方體的中心。屬于此類的金屬有鐵（純鐵在溫度降至910以下時(shí)），鐵（純鐵從液態(tài)開始凝固，在溫度降至15341390時(shí)），Cr，Mo、W、V，Ti（型鈦合金）等。2. 面心立方晶格，其晶胞也是一個(gè)立方體，除各節(jié)點(diǎn)處排

18、列著原子外，在立方體每個(gè)面的中心也排列著原子。屬于此類的金屬有鐵（鐵在9101390時(shí)），Al，Cu，Ni、鉛、金、銀等。3. 密排六方晶格，屬于此類的金屬有Mg，Zn，Ti等。不同晶體結(jié)構(gòu)的材料具有不同特性:體心立方晶格的金屬均具有較低的強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)，而塑性、韌性很好，且具有冷脆性；面心立方晶格的金屬具有較好的塑性、韌性，沒有冷脆性。密排六方晶格強(qiáng)度低且塑性韌性差，一般不用作結(jié)構(gòu)材料。 實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，由于種種原因使晶體的許多部位的原子排列受到破壞，從而產(chǎn)生各種各樣的缺陷。金屬主體原子中存在的另類原子稱為雜質(zhì)，雜質(zhì)和晶體中的原子排列錯(cuò)誤統(tǒng)稱為“缺陷”，包括點(diǎn)缺陷、線缺陷、

19、面缺陷、體缺陷四類。常見的晶格缺陷有空位、間隙原子、置代原子、位錯(cuò)等。1.2.2金屬?gòu)?qiáng)度的本質(zhì)與金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制金屬的強(qiáng)度指標(biāo)Re（）、Rm（）是代表金屬在一定變形過程中對(duì)塑性變形的抵抗能力。金屬對(duì)塑性變形的抗力越大，表明金屬的強(qiáng)度越高。因此，一切提高金屬變形抗力的因素均能提高金屬的強(qiáng)度。金屬及合金的基本強(qiáng)化方式：（1）固溶強(qiáng)化（2）應(yīng)變強(qiáng)化（3）晶粒細(xì)化（4）沉淀強(qiáng)化1.2.3金屬結(jié)晶高溫的液態(tài)金屬冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的過程是一個(gè)結(jié)晶過程，即原子由不規(guī)則狀態(tài)（液態(tài)）過渡到規(guī)則狀態(tài)（固態(tài)）的過程。圖1.2.3-1 金屬的結(jié)晶過程示意圖過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。每一種金屬都有一定的結(jié)晶溫度，例如

20、鐵的結(jié)晶溫度為1535，銅的結(jié)晶溫度為1083，這種結(jié)晶溫度稱為理論結(jié)晶溫度或平衡結(jié)晶溫度，用表示，但實(shí)際上液態(tài)金屬只有冷卻到低于以下才開始結(jié)晶，也就是說，實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，兩者之差稱為過冷度，用表示，即。過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度愈快，過冷度愈大。當(dāng)冷卻加快時(shí)，實(shí)際結(jié)晶溫度下降，過冷度增大，并使晶粒細(xì)化。由于細(xì)晶粒組織具有良好的機(jī)械性能，通?？偸窍Ｍ玫郊?xì)晶粒組織，這可以通過熱處理的方法來達(dá)到。結(jié)晶過程總是從晶核開始，晶核通常依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)微粒雜質(zhì)而形成。液體中的原子不斷產(chǎn)生新的晶核，并不斷長(zhǎng)大，直到所有的晶粒長(zhǎng)大到相互接觸，結(jié)晶即告結(jié)束（圖1.2.3-1）

21、。同素異晶轉(zhuǎn)變某些金屬，例如鐵、錳、錫等，凝固后在不同的溫度下，有著不同的晶格形式，這種由于由于溫度改變而晶格也改變的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶很相似。例如，轉(zhuǎn)變過程也包含晶核的生成與長(zhǎng)大；轉(zhuǎn)變時(shí)也放出潛熱，因而也是這恒溫下進(jìn)行的，也有過冷現(xiàn)象等。根據(jù)純鐵冷卻曲線，純鐵液體從1534開始凝固后所得到的是體心立方晶格的鐵，稱為Fe（15341390）。在1390時(shí)發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e轉(zhuǎn)變成面心立方晶格的Fe（鐵在1390910時(shí)）。當(dāng)溫度降至910時(shí)，面心立方晶格的Fe又轉(zhuǎn)變成體心立方晶格的Fe（910以下時(shí)）。需要注意的是，F(xiàn)e在768發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變：768以下的

22、鐵具有磁性，768以上的鐵無磁性。1.2.4鐵碳合金的基本組織 鐵碳合金狀態(tài)圖： 通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，這是因?yàn)殇摵丸T鐵的成份雖然復(fù)雜 ，但都是由鐵和碳兩種元素組成的。一般把含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合金稱為鋼；含碳量大于2.11%的稱為鑄鐵；含碳量為0.02180.04%的稱為工業(yè)純鐵；含碳量小于0.0218%的稱為純鐵。純鐵是很軟的金屬，有銀白色 HYPERLINK /view/546596.htm t _blank 金屬光澤。但當(dāng)純鐵中含有一定量的碳后，就變成了鋼。一般純鐵中含碳在0.02%至0.25%稱為低碳鋼，硬度較低，塑性很好；含碳量0.25%至0.6%的鋼叫中碳鋼

23、，其硬度中等；含碳量0.6%至2.11%的稱為高碳鋼，硬度很高，可制刀槍、模具等。低、中、高碳鋼合在一起就叫“ HYPERLINK /view/121543.htm t _blank 碳素鋼”。鐵中碳含量超過2.11%稱為鑄鐵（ HYPERLINK /view/100954.htm t _blank 生鐵）。圖1.2.4-1 （a） 鐵碳合金狀態(tài)圖碳含量對(duì)鋼鐵的性質(zhì)有決定性的影響。例如，鋼的含碳量低，其性質(zhì)是“強(qiáng)而韌”，而普通鑄鐵的含碳量高，其性質(zhì)是“脆而弱”。鋼的熔點(diǎn)高，鑄鐵的熔點(diǎn)低，等等。FeFe3C合金中的基本相結(jié)構(gòu)有：鐵素體、奧氏體、滲碳體。鐵素體鐵素體是碳溶于鐵或者鐵中的固溶體，用符

24、號(hào)“F”表示。鐵或者鐵都是體心立方晶格，前者是指溫度低于910的鐵，后者是溫度在13901534之間的鐵。所謂“固溶體”是指組成合金的兩種或兩種以上元素，相互溶解形成單一均勻的物質(zhì)。鐵素體的溶碳能力極差（0.008-0.022%），在727溶碳量最大時(shí)也僅有0.022%。鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，具有良好的塑性和韌性，在770（磁性轉(zhuǎn)變溫度）以下具有鐵磁性，超過770則喪失鐵磁性。2.奧氏體奧氏體是碳溶于鐵中的固溶體，用符號(hào)“A”表示。鐵是面心立方晶格，奧氏體溶碳能力較大，最大可達(dá)2.11%（1148），在727時(shí)溶碳量為0.77%。在鐵碳合金系中，奧氏體僅存在于727以上的高溫范圍內(nèi)。奧氏體不

25、具有鐵磁性。3.滲碳體滲碳體是鐵和碳的金屬化合物，又稱碳化鐵，其含碳量為6.67%，符號(hào)是“Fe3C”。 常溫下鐵碳合金中的碳大部分以滲碳體存在。滲碳體的硬度很高（約為700HB），而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。滲碳體的熔化溫度約為1600，滲碳體在217以下具有弱鐵磁性，高于217磁性消失。珠光體是層片狀鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混合物，珠光體的硬度和強(qiáng)度較高，塑性也較好。共析鋼:含碳量為0.77%的鐵碳合金只發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其組織是100%珠光體，稱為共析鋼。過共析鋼:含碳量大于0.77%的鐵碳合金稱為過共析鋼，其常溫組織是珠光體P+滲碳體Fe3C；過共析鋼的碳含量增加，組織中的滲碳體增多，

26、珠光體含量減少，塑性和韌性下降，但硬度卻隨之增加。亞共析鋼:含碳量小于0.77%的鐵碳合金稱為亞共析鋼，其常溫組織是鐵素體F+珠光體P。1.2.5熱處理一般過程熱處理是將固態(tài)金屬及合金按預(yù)定的要求進(jìn)行加熱，保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求性能的一種工藝過程。由于鋼是承壓類特種設(shè)備制造中使用最廣泛的金屬材料，因此本節(jié)只介紹鋼的熱處理。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，熱處理過程是比較復(fù)雜的，可以由多次加熱和冷卻過程組成，但其基本工藝是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段構(gòu)成的，溫度和時(shí)間是熱處理的主要因素。任何熱處理過程都可以用溫度時(shí)間曲線來說明，圖1.2.5-1即為基本熱處理工藝曲線圖。由鐵碳合金狀態(tài)圖可知

27、，隨著溫度的變化，鋼在固體狀態(tài)下能夠發(fā)生相變，圖1.2.5-2為鐵碳合金狀態(tài)圖中鋼的固態(tài)部分，與低碳鋼相關(guān)的固態(tài)相變溫度為GS線和PSK線，分別稱為A3 線和A1線。在實(shí)際加熱和冷卻時(shí)，由于存在過熱和過冷現(xiàn)象，加熱時(shí)鋼的相變溫度將高于A3線和A1線 ，所以在加熱時(shí)相變臨界點(diǎn)用Ac3線和Ac1線表示；冷卻時(shí)鋼的相變溫度將低于A3線和A1線，所以在冷卻時(shí)的相變臨界點(diǎn)用Ar3線和Ar1線 表示。鋼在熱處理過程中的組織變化，由兩個(gè)過程組成：一是加熱時(shí)，鋼的常溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；二是冷卻時(shí)奧氏體分解，隨著冷卻速度的不同，得到不同形態(tài)和組織的珠光體、鐵素體或馬氏體等轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。1.2.6承壓類特種設(shè)備用鋼常

28、見金相組織和性能（1）奧氏體A Fe r（C）奧氏體是碳在Fe中的間隙固溶體，在合金鋼中是碳和合金元素溶解在Fe中的固溶體。奧氏體塑性很高，具有韌性，耐磨性及加工硬化能力。其硬度和屈服點(diǎn)較低，布氏硬度值一般為170220HB。奧氏體溶碳能力較大，在1147時(shí)最大可溶解碳為2.11%。在727時(shí)可溶解碳為0.77%。是鋼中比容最小的組織。（2）鐵素體F Fe（C）鐵素體是碳與合金元素溶解在Fe中的固溶體。鐵素體性能接近純鐵，硬度低（約為80100HB），強(qiáng)度比較低（抗拉強(qiáng)度一般為245MPa左右）；塑性好（伸長(zhǎng)率可達(dá)50%，斷面收縮率可達(dá)80%）。固溶有合金元素的鐵素體能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。在7

29、27時(shí)，碳在鐵素體中溶解量為0.022%，在常溫下含碳量為0.008%。鐵素體仍然保持Fe的體心立方晶格，在金相組織中具有典型純金屬的多面體金相特征。（3）滲碳體 Fe3C滲碳體是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中的碳大部分以滲碳體存在。滲碳體在低溫下有弱磁性，高于217磁性消失。滲碳體的熔化溫度約為1600，含碳量為6.67%，硬度很高（約為700HB），脆性很大，塑性近乎于零。（4）珠光體 P 珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，是含碳量為0.77%的碳鋼共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織。珠光體的片間距取決于奧氏體分解時(shí)的過冷度，過冷度越大形成的珠光體片間距越

30、小，強(qiáng)度越高。按片間距的大小，又可分為珠光體、索氏體和屈氏體。由于它們沒有本質(zhì)上區(qū)別，統(tǒng)稱為珠光體。粗片狀球光體P：是奧氏體在650700高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為190230HB，用一般金相顯微鏡（500倍以下）能分辨Fe3C片。索氏體S：是奧氏體在600650高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為240320HB，用高倍顯微鏡放大1000倍才能分辨Fe3C片。屈氏體T：是奧氏體在550600高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為330400HB，用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨Fe3C片。珠光體在金相組織中，多為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織，片層一般稍彎曲。在一定熱處理?xiàng)l件下（球化退火或高溫回火），滲碳體以顆

31、粒狀分布于鐵素體基底之上，即球化組織，亦叫粒狀珠光體。（5）馬氏體 M 馬氏體是碳在Fe中的過飽和固溶體。當(dāng)鋼被高溫奧氏體化之后，若快速冷卻至馬氏體點(diǎn)以下時(shí)，由于Fe在低溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，便轉(zhuǎn)變?yōu)镕e。但因冷卻速度快，鋼中碳原子來不及擴(kuò)散，便保留了高溫時(shí)母相奧氏體的成分，因此馬氏體是鋼在奧氏體化后快速冷卻到馬氏體點(diǎn)之下發(fā)生無擴(kuò)散性相變的產(chǎn)物。馬氏體處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，由于碳在Fe中過飽和，使Fe的體心立方晶格發(fā)生了畸變，形成了體心正方晶格。馬氏體具有很高的硬度（約為640760HB），很脆，沖擊韌性低，斷面收縮率和延伸率幾乎近等于零。由于過飽和的碳使晶格發(fā)生畸變，因此馬氏體的比容較奧氏體大，鋼中馬氏

32、體形成時(shí)產(chǎn)生很大相變應(yīng)力。（6）貝氏體 B 貝氏體是過冷奧氏體在中溫區(qū)間（約250450）相變產(chǎn)生的過飽和的鐵素體和滲碳體混合物。貝氏體形成的溫度不同，組織特征也不相同。在接近珠光體形成溫度所生成的組織叫“上貝氏體”，其特征為由晶粒邊界開始向晶內(nèi)同一方向平行排列的Fe片，處理片間夾著滲碳體顆粒，在金相組織中呈羽毛可對(duì)稱或不對(duì)稱。在300附近形成的組織叫“下貝氏體”，在金相組織中呈黑針狀。上、下貝氏體只是形狀和碳化物分布不同，沒有質(zhì)的區(qū)別。上貝氏體的強(qiáng)度小于同一溫度形成的細(xì)片狀珠光體，脆性也較大。下貝氏體與相同溫度的回火馬氏體強(qiáng)度相近，下貝氏體的性能優(yōu)于上貝氏體，有時(shí)甚至優(yōu)于回火馬氏體。（7）魏

33、氏組織亞共析鋼因?yàn)檫^熱而形成的粗晶奧氏體，在較慢的冷卻速度下，除了在原來奧氏體晶粒邊界上析出塊狀Fe外，還有從晶界向晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)的片狀Fe。這些在晶粒中出現(xiàn)的互成一定角度或彼此平行的片狀Fe，即為通常所稱的亞共析鋼的魏氏組織。魏氏組織的產(chǎn)生與以下因素有關(guān)：奧氏體晶粒大?。ㄈQ于過熱程度）、鋼的含碳量、冷卻速度。魏氏組織嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鋼的沖擊韌性、斷面收縮率下降，使鋼變脆?？捎猛耆嘶鹗怪?.2.7承壓類特種設(shè)備常用熱處理工藝承壓類特種設(shè)備熱處理名詞1.臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)又稱為臨界溫度，是指鋼加熱或冷卻時(shí)發(fā)生相變的溫度。對(duì)鋼來說，常用的臨界點(diǎn)有：A1表示鋼加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變，冷卻時(shí)奧氏體向珠光

34、體轉(zhuǎn)變的溫度。A3表示亞共析鋼加熱時(shí)，先共析鐵素體完全溶入奧氏體的溫度，或冷卻時(shí)先共析鐵素體開始從奧氏體中析出的溫度。Acm表示過共析鋼加熱時(shí)，先共析滲碳體完全溶入奧氏體的溫度，或冷卻時(shí)先共析滲碳體開始從奧氏體中析出的溫度。Ac1為與平衡條件下的臨界點(diǎn)相區(qū)別，將在加熱時(shí)實(shí)際的A1溫度稱為Ac1。Ar1冷卻時(shí)實(shí)際的A1溫度稱為Ar1。Ac3為與平衡條件下的臨界點(diǎn)相區(qū)別，將在加熱時(shí)實(shí)際的A3溫度稱為Ac3。Ar3冷卻時(shí)實(shí)際的A3溫度稱為Ar3。2. 重結(jié)晶固態(tài)的金屬及合金，在加熱（或冷卻）通過臨界點(diǎn)時(shí)，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，稱為重結(jié)晶。3. 再結(jié)晶經(jīng)過冷塑性變形的金屬或合金，加

35、熱到再結(jié)晶溫度以上時(shí)，嚴(yán)重畸變的晶格通過形核及長(zhǎng)大成新的無畸變的晶格完整的等軸晶粒的過程，稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶時(shí)，金屬或合金沒有晶體結(jié)構(gòu)類型的變化。4. 過熱金屬或合金在熱加工時(shí)，由于溫度過高，晶粒長(zhǎng)得很大，致使性能顯著降低的現(xiàn)象，稱為過熱。過熱的材料可以通過熱處理的方法使其恢復(fù)。5. 過燒金屬或合金加熱溫度達(dá)到固相線附近時(shí)，發(fā)生晶界開始部分溶化或氧化的現(xiàn)象，稱為過燒。過燒的金屬或合金不能用熱處理及塑性變形加工的方法使其恢復(fù)。6. 時(shí)效合金經(jīng)固溶處理或冷變形后，性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象，稱為時(shí)效。由固溶處理所引起的時(shí)效稱為熱時(shí)效或淬火時(shí)效，而由冷變形所引起的時(shí)效則稱為應(yīng)變時(shí)效或機(jī)械時(shí)效。7. 沉淀

36、硬化處理采用物理方法使過飽和固溶體中析出彌散的碳化物或金屬間化合物等第二相而引起的硬化現(xiàn)象，稱為沉淀硬化處理。8. 固溶處理將合金加熱至高溫單相區(qū)，并經(jīng)過充分的保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的工藝，稱為固溶處理。固溶處理的目的，是為了改善金屬的塑性和韌性，并為進(jìn)一步進(jìn)行沉淀硬化處理準(zhǔn)備條件。9. 退火把鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac1或Ac3）或再結(jié)晶溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后緩慢冷卻，使組織達(dá)到接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝?？煞譃椋海?）完全退火（又稱重結(jié)晶退火，一般簡(jiǎn)稱退火），是加熱至Ac3以上2040保溫后緩冷的一種熱處理操作。作用：退火可以細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，改善

37、鋼的性能，主要用于亞共析成分的各種鋼材和熱軋型材。（2）消除應(yīng)力退火（又稱低溫退火或高溫回火）是將鋼加熱到500600（Ac1以下），然后保溫、緩冷的熱處理操作。作用：主要用來消除鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件等的殘余應(yīng)力。（3）再結(jié)晶退火是將經(jīng)過冷塑性變形的金屬，加熱到再結(jié)晶溫度以上的適當(dāng)溫度，保溫后以適應(yīng)方式冷卻的熱處理操作。作用：主要用來消除形變硬化和殘余應(yīng)力，以降低硬度，提高塑性。 10. 淬火將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上3050，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度快速冷卻，這種熱處理操作稱為淬火。作用：一般說來，淬火是為了得到馬氏體組織，使鋼得到強(qiáng)化。淬透性和

38、淬硬性：鋼在淬火后能獲得淬硬層深度的性質(zhì)叫做淬透性，又叫可淬性。鋼在正常淬火條件下所能達(dá)到的最高硬度，稱為淬硬性。11. 正火將鋼加熱到Ac3（或Acm）以上3050，保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體型組織的熱處理操作稱為正火。正火的冷卻速度比退火大，得到的組織比較細(xì)，機(jī)械性能也有所提高。所以正火主要用于碳鋼和低合金鋼，提高其機(jī)械性能、細(xì)化晶粒、改善組織（如消除魏氏組織、帶狀組織、大塊狀鐵素體和網(wǎng)狀碳化物）。12. 回火鋼淬火后為了消除殘余應(yīng)力、提高韌性，以及獲得所需要的組織和性能，把已淬火的鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后機(jī)械冷卻的熱處理工藝，稱為回火。通過調(diào)整回火溫度，可獲得不

39、同硬度、強(qiáng)度和韌性，以滿足所要求的力學(xué)性能。此外，回火還可穩(wěn)定零件尺寸，改善加工性能。按回火溫度的不同，可分為低溫回火（150250），中溫回火（350500）和高溫回火（500650）。當(dāng)要求鋼件有較高的硬度和較好的耐磨性時(shí)，淬火后常采用低溫回火；當(dāng)要求鋼件有足夠的硬度和較高的彈性強(qiáng)度并保持一定韌性時(shí)，淬火后常用中溫回火處理；當(dāng)要求鋼件既有較高強(qiáng)度和硬度又有較好的韌性時(shí)，在淬火后常用高溫回火處理。鋼回火處理時(shí)，要注意防止回火脆性。13. 調(diào)質(zhì)通常將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織，可使鋼件得到強(qiáng)度與韌性相配合的良好的綜合性能。承壓類特種設(shè)備常用

40、熱處理方法1. 正火處理（1）目的：主要為改善母材及焊縫的綜合機(jī)械性能，提高韌性和塑性，細(xì)化晶粒，均勻組織，降低應(yīng)力，消除冷作硬化，便于加工。（2）方法：正火即是把所要處理的工件，擺放在加熱設(shè)備里，根據(jù)不同的材料選擇相應(yīng)的加熱溫度，保溫時(shí)間按工件的有效厚度每亳米1.52.5分鐘計(jì)算。保溫結(jié)束后，出爐空冷、風(fēng)冷或者霧冷。（3）應(yīng)用：壓力容器常用鋼材，如16MnR、15MnVR、15 MnVNR等材料都需正火處理，而18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMo、12Cr1Mo等材料正火后還需補(bǔ)充回火，以改善鋼材的組織性能。正火溫度根據(jù)材料性能要求來確定。另外，采用電渣焊的壓力容器往往通

41、過正火處理改善焊縫組織，細(xì)化晶粒，同時(shí)為超聲波探傷提供條件。2. 調(diào)質(zhì)處理（1）目的：通過調(diào)質(zhì)處理使材料獲得一定的強(qiáng)度、硬度和良好的韌性。調(diào)質(zhì)后組織一般為回火索氏體。與正火相比，在相同硬度下，調(diào)質(zhì)處理后鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性較正火有明顯提高。（2）方法：調(diào)質(zhì)處理就是淬火加高溫回火。淬火即是把處理的工作擺放到加熱設(shè)備里，根據(jù)不同的材料選擇加熱溫度，保溫時(shí)間按工件有效厚度每亳米1.53分鐘計(jì)算。保溫結(jié)束后，在淬火介質(zhì)中冷卻。常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽水等等，淬火結(jié)束后需高溫回火，回火溫度根據(jù)材料性能要求來確定。（3）應(yīng)用：常用的如高壓主螺栓35CrMoA、25Cr2MoVA；主螺母40Mn、管板20

42、MnMo；封頭SA387Gr11C12等材料，由于正火處理性能達(dá)不到要求，需做調(diào)質(zhì)處理，以提高其綜合性能。但調(diào)質(zhì)處理也存在一些缺點(diǎn)，由于淬火時(shí)冷卻較劇烈，易造成工件變形甚至開裂，同時(shí)對(duì)熱處理設(shè)備要求也較高。3. 固溶處理（1）目的：加熱使碳化物充分溶入奧氏體，再以足夠快的速度冷卻將這些碳化物固定在奧氏體中。經(jīng)固溶處理后奧氏體不銹鋼，組織均勻，其強(qiáng)度、硬度較低，而塑性、韌性較好，具有優(yōu)良的耐蝕性和高溫性能。（2）方法：將工件擺放在加熱設(shè)備里，根據(jù)不同的材料將工件加熱到10001150（有的資料要求10501100）之間（在此溫度下，碳在奧氏體中固溶），保溫一定時(shí)間（保溫時(shí)間按其有效厚度每亳米23

43、分鐘）。保溫結(jié)束后，快速（下水）冷卻至427以下（要求從925至538冷卻時(shí)間小于3分鐘），以獲得均勻的奧氏體組織。簿壁的管子可以空冷。（3）應(yīng)用：壓力容器用鉻鎳奧氏體不銹鋼，如0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni2Mo2等板材、封頭都應(yīng)經(jīng)過固溶處理。固溶處理也是奧氏體不銹鋼最好的一種消應(yīng)力方法。4. 穩(wěn)定化處理（1）目的：在適當(dāng)溫度下使鉻碳化合物分解，使鉻充分?jǐn)U散到晶界附近貧鉻層。促使鈦、鈮等穩(wěn)定化元素與碳結(jié)合生成更穩(wěn)定的碳化鈦、碳化鈮化合物，避免奧氏體不銹鋼中鉻的損失（晶間貧鉻）。經(jīng)過處理的焊接接頭即使再加熱到敏化溫度（450-850），也不會(huì)導(dǎo)致晶間腐蝕。（2）方法：

44、將工件加熱到850900，保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，快速（下水）冷卻。（3）應(yīng)用：含穩(wěn)定化元素奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti，焊接后穩(wěn)定化處理，除了能提高焊接接頭耐蝕性外，還可使殘余應(yīng)力消除80%左右。5. 消除應(yīng)力熱處理（1）目的：主要是消除焊接、冷變形加工、鑄造、鍛造等加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力及冷作硬化；使焊縫中的氫完全擴(kuò)散，提高焊縫的抗裂性和韌性；改善焊縫及熱影響區(qū)的組織，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀。焊后熱處理（PWHT）是其中最重要的一種。（2）方法：焊后熱處理加熱溫度根據(jù)材料不同而不同。工件加熱方法多種多樣，可分整體焊后熱處理和局部焊后熱處理兩大類。整體焊后熱處理又可分爐內(nèi)

45、整體熱處理和內(nèi)部加熱整體熱處理，后者通常用于大型容器的現(xiàn)場(chǎng)熱處理。局部焊后熱處理常用的方法有爐內(nèi)分段熱處理和圓周帶狀加熱熱處理。（3）應(yīng)用：焊后熱處理（PWHT）用于一些低合金高強(qiáng)度容器焊接完工后的焊接應(yīng)力去除，是壓力容器制造中最重要的熱處理方法。對(duì)一些特殊材料和結(jié)構(gòu)，也有在成形階段和焊接中間階段安排消除應(yīng)力熱處理的。承壓類特種設(shè)備制造中的消除應(yīng)力處理承壓類特種設(shè)備制造中的消除應(yīng)力處理包括焊后熱處理（PWHT）和中間消除應(yīng)力處理。1. 焊后熱處理（PWHT）焊后消除應(yīng)力熱處理的作用：（1）消除焊接接頭中的氫，提高接頭的抗裂性和韌性。（2）降低焊接接頭中的殘余應(yīng)力，降低焊縫及熱影響區(qū)的硬度，提高

46、接頭抗脆斷和耐應(yīng)力腐蝕的能力。（3）改善焊縫及熱影響區(qū)的金相組織，使接頭中的淬硬組織經(jīng)受回火處理而提高接頭各區(qū)的塑性。（4）對(duì)于耐熱鋼，可穩(wěn)定焊縫及熱影響區(qū)的碳化物，提高接頭的高溫持久強(qiáng)度。（5）穩(wěn)定容器結(jié)構(gòu)的形狀尺寸，避免在以后加工和使用過程中發(fā)生畸變。2. 中間消除應(yīng)力處理在大型厚壁結(jié)構(gòu)中，為防止焊接裂紋的形成，對(duì)于下列焊縫要求作中間消除應(yīng)力處理，即在焊接結(jié)構(gòu)的一部分焊縫焊完后或焊縫焊接一部分后進(jìn)行消除應(yīng)力處理。（1）厚壁高拘束度接頭焊完后在靜置過程中有較大的冷裂危險(xiǎn)。（2）母材金屬或焊縫金屬的常溫脆性較高，整個(gè)結(jié)構(gòu)所有接頭一次性連續(xù)焊完后，可能產(chǎn)生自發(fā)的脆性斷裂。（3）焊件形狀復(fù)雜或焊縫

47、集中引起的附加應(yīng)力和塑性應(yīng)變，可能引起結(jié)構(gòu)部件的局部破壞。（4）復(fù)雜的、高拘束度交叉焊縫。中間消除應(yīng)力處理的溫度通常比最終消除應(yīng)力處理的溫度低2030，保溫時(shí)間可按實(shí)際已焊成的焊縫厚度計(jì)算。3. 焊后熱處理方法分類般按爐內(nèi)、局部和內(nèi)部加熱三種基本方式分類，如ASME，BS，ISO/DIN等標(biāo)準(zhǔn)均是按此分類的。4. 整體消除應(yīng)力熱處理對(duì)鍋爐壓力容器等承壓類特種設(shè)備整體消除應(yīng)力熱處理可以分為容器在加熱爐內(nèi)加熱和在容器內(nèi)部加熱兩種方法，熱源可以是電、油、煤氣等。兩種方法效果有差異，適用范圍也不盡相同。5. 局部消除應(yīng)力熱處理 在容器制造過程中，由于熱處理加熱設(shè)備的原因或出于制造過程中的考慮，可以采用

48、局部熱處理方法。B、C、D類焊接接頭、球形封頭與圓筒相連的A類焊接接頭以及缺陷修補(bǔ)部位，允許采用局部熱處理方法。所用設(shè)備一般為電阻絲陶瓷加熱片和控溫設(shè)備?？拷訜釁^(qū)部位應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不至影響材料的組織和性能。1.3承壓類特種設(shè)備常用材料壓力容器用材料的要求：1.為保證安全性和經(jīng)濟(jì)性，所用材料應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即較高的屈服極限和強(qiáng)度極限。2.為保證在承受外加載荷時(shí)不發(fā)生脆性破壞，所用材料應(yīng)有良好的韌性。根據(jù)使用狀態(tài)的不同，材料的韌性指標(biāo)包括常溫沖擊韌性，低溫沖擊韌性以及時(shí)效沖擊韌性等。3.所用材料應(yīng)有良好的加工工藝性能，包括冷熱加工成型性能和焊接性能。4.所用材料應(yīng)有良好的低倍組織和表

49、面質(zhì)量，分層，疏松，非金屬夾雜物，氣孔等缺陷應(yīng)盡可能少，不允許有裂紋和白點(diǎn)。5.用于制造高溫受壓元件的材料應(yīng)具有良好的高溫特性，包括足夠的蠕變強(qiáng)度，持久強(qiáng)度和持久塑性，良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性。6.與腐蝕介質(zhì)接觸的材料應(yīng)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。低碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼是制作壓力容器最常用的材料，為滿足不同規(guī)格尺寸、使用參數(shù)、介質(zhì)環(huán)境的要求，目前已開發(fā)了許多品種牌號(hào)的鍋爐壓力容器專用鋼材（例如GB713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板）。鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程相關(guān)條款： 2.1條 基本要求鍋爐受壓組件金屬材料、承載構(gòu)件材料及其焊接材料應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，受壓元件金屬材

50、料及其焊接材料在使用條件下應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度、塑性、韌性以及良好的抗疲勞性能和抗腐蝕性能。2.2條 性能要求鍋爐受壓元件和受壓元件焊接的承載構(gòu)件鋼材應(yīng)當(dāng)是鎮(zhèn)靜鋼；鍋爐受壓元件用鋼材室溫夏比沖擊吸收能量（KV2）不低于27J；鍋爐受壓元件用鋼板的室溫?cái)嗪笊扉L(zhǎng)率（A）應(yīng)當(dāng)不小于18%。 2.3條 材料選用 鍋爐受壓元件用鋼板、鋼管、鍛件、鑄鋼件、鑄鐵件、緊固件及拉撐件和焊接材料應(yīng)當(dāng)按照本條規(guī)定選用。低碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼是制作承壓類特種設(shè)備常用的金屬材料。根據(jù)需要，也有采用其它材料制作承壓類特種設(shè)備的。例如：鑄鋼、鑄鐵、鋁和鋁合金、銅和銅合金、鈦和鈦合金、鎳和鎳合金、鐵素體不銹鋼、鐵素體奧

51、氏體雙相不銹鋼等。此外，承壓類特種設(shè)備鍛件和螺栓也有采用中碳鋼的。1.3.1鋼的分類和命名方法 金屬材料分類平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼鋼的分類冶煉方法化學(xué)成分用途品質(zhì)按爐別分按脫氧程度分碳素鋼合金鋼結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼特殊性能鋼普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼不銹鋼耐熱鋼低溫鋼磁鋼管線鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼一 按用途分類 按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。 結(jié)構(gòu)鋼：1.用作各種機(jī)器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動(dòng)軸承鋼。 2用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。 工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼

52、、模具鋼與量具鋼。 特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼?？煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。 二 按化學(xué)成分分類 按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。 碳素鋼按含碳量又可分：為低碳鋼（含碳量0.25%）；中碳鋼（0.25%含碳量0.6%）；高碳鋼（含碳量0.6%）。 合金鋼按合金元素含量又可分為：（1） 低合金鋼（合金元素總含量5%，或單一合金元素的含量3%）；（2） 中合金鋼（合金元素總含量=5%-10%，或單一合金元素的含量3%5%）；（3） 高合金鋼（合金元素總含量10%，或單一合金元素的含量5%）。此外，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦

53、鋼等。注意：GB713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板（由GB713-1997鍋爐用鋼板與GB6654-1996壓力容器用鋼板合并而來）中的鋼材牌號(hào)表示法已更改。1.3.2金屬材料的性能（金屬材料的性能詳見1.1節(jié)）金屬材料的性能一般分為：工藝性能和使用性能兩類。工藝性能：是指機(jī)械零件在加工制造過程中，金屬材料在規(guī)定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。使用性能：是指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括力學(xué)性能（或稱為機(jī)械性能

54、）、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。 1.3.3低碳鋼鍋爐壓力容器常用的碳素鋼牌號(hào)有Q235B，Q245R(由20g、20R合并而來)等，壓力管道常用的碳素鋼牌號(hào)如10、20等，它們都屬低碳鋼，一般以熱軋或正火狀態(tài)供貨，正常的金相組織為鐵素體F+珠光體P。低碳鋼供應(yīng)方便、價(jià)格便宜，具有良好的塑性和韌性，雖然強(qiáng)度較低，但仍能滿足一般容器的要求。低碳鋼加工工藝性能好，特別是焊接性好、焊后熱處理要求低。低碳鋼使用可靠性好，正常情況下不會(huì)脆性斷裂，應(yīng)力腐蝕傾向小。碳是碳素鋼中的主要合金元素，含碳量增加，鋼的強(qiáng)度將增大，但塑性和韌性降低，焊接性能變差，淬硬傾向

55、變大，因此制作焊接結(jié)構(gòu)的鍋爐、壓力容器所使用的碳素鋼，含碳量一般不超過0.25%。壓力管道所使用的碳素鋼，含碳量一般不超過0.30%。1.3.4低合金鋼壓力容器專用鋼板GB713-2008 鍋爐和壓力容器用鋼板GB3531-2008低溫壓力容器用低合金鋼鋼板GB19189-2003壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板GB24511-2009承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶鍋爐壓力容器用低合金高強(qiáng)度鋼牌號(hào)及特性鍋爐壓力容器使用低合金鋼材有四類：鋼板、鋼管、鍛件和螺柱，其中用量最大的是鋼板。國(guó)產(chǎn)鍋爐壓力容器用低合金高強(qiáng)度鋼板的標(biāo)準(zhǔn)和牌號(hào)如下：GB713-2008 鍋爐和壓力容器用鋼板Q245R、Q345R、Q370

56、R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、12Cr1MoVR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R。GB3531-2008低溫壓力容器用低合金鋼鋼板 16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR1.3.5壓力容器用不銹耐酸鋼牌號(hào)及特性不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸（蝕）鋼兩類鋼的統(tǒng)稱，通常是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他腐蝕介質(zhì)中，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的高合金鋼。一般均稱為不銹鋼。不銹鋼是指在大氣及弱腐蝕性介質(zhì)中耐腐蝕的鋼。耐酸鋼是指在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的鋼。不銹鋼一般不一定耐蝕，而耐酸鋼也不能無條件地完全抗各種酸、堿、鹽的腐蝕。根據(jù)不銹鋼金相組織的不同

57、，國(guó)標(biāo)中將不銹鋼劃分為5類：奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、高鉻鐵素體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相鋼、以及沉淀硬化不銹鋼。不銹鋼的種類主要有以鉻為主加元素的鐵素體不銹鋼（0Cr13、1Cr17等）和馬氏體不銹鋼（1Cr13、2Cr13等）；以鉻、鎳為主加元素的奧氏體不銹鋼（1Crl8Ni9、0Crl8Ni9、00Crl8Ni10等）。其中奧氏體不銹鋼在壓力容器中應(yīng)用較為廣泛。1.不銹鋼的分類：以鉻為主加元素的鐵素體不銹鋼（0Cr13、1Cr17等）和馬氏體不銹鋼（1Cr13、2Cr13等）；以鉻、鎳為主加入元素的奧氏體不銹鋼（0Cr18Ni9、00Cr18Ni10等）。2.奧氏體不銹鋼特點(diǎn)：奧氏體不

58、銹鋼的力學(xué)性能與鐵素體類相比較，其屈服強(qiáng)度低，但屈服后的加工硬化性高，塑性、韌性好，不會(huì)發(fā)生低溫脆性，可以作為低溫用鋼。同時(shí)奧氏體不銹鋼還具有較好的高溫性能，也可作為耐熱鋼。奧氏體不銹鋼在冷加工時(shí)，亞穩(wěn)的奧氏體在塑性變形過程中形成馬氏體，所以奧氏體不銹鋼只能采用冷加工方法進(jìn)行強(qiáng)化處理 。3.奧氏體不銹鋼常用牌號(hào)及性能：常用牌號(hào)是1Cr18Ni9，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在氧化性和某些還原性介質(zhì)中耐蝕性很高，但在敏化狀態(tài)，存在晶間腐蝕的敏感性，在高溫氯化物溶液中極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼包括兩個(gè)系列：Fe-Cr-Ni系和Fe-Cr-Mn-N系。Fe-Cr-Ni系不銹鋼是應(yīng)用最

59、廣的奧氏體不銹鋼，最早用的牌號(hào)是1Crl8Ni9，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在氧化性和某些還原性介質(zhì)中耐蝕性很高，但在敏化狀態(tài)時(shí)存在晶間腐蝕敏感性，并且在高溫氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。許多鉻鎳奧氏體不銹耐酸鋼都是在1Crl8Ni9的基礎(chǔ)上通過合金化途徑發(fā)展出來的，根據(jù)不同的要求，降低碳，或加入適量的鈦、鈮、鉬，、硅、銅等元素，使鋼的耐蝕性得到改善。例如為改善抗晶間腐蝕性能而發(fā)展出的低碳（C0.06）的0Crl8Ni9，超低碳（C0.03）的00Crl8Nil0，以及加入鈦來穩(wěn)定碳的0Crl8Ni9Ti，為提高抗點(diǎn)蝕性能而發(fā)展的含鉬不銹鋼0Crl7Nil2Mo2等。Fe-Cr-Mn-N系不

60、銹鋼在醋酸、甲酸中有良好的耐蝕性，主要用于尿素設(shè)備。奧氏體不銹鋼一般以固溶熱處理狀態(tài)供貨，其屈服點(diǎn)低，塑性、韌性好，焊接性優(yōu)良。奧氏體類不銹鋼不出現(xiàn)低溫脆性，可以作為低溫用鋼。同時(shí)奧氏體類鋼還具有良好的高溫性能，也可作耐熱鋼。奧氏體類鋼具有非常顯著的加工硬化特性，其原因主要是由于亞穩(wěn)的奧氏體在塑性變形過程中形成馬氏體。因此，不能用熱處理來強(qiáng)化的奧氏體1Crl8Ni9鋼，而只能采用冷加工的方法來對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化處理。馬氏體鋼包括碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0.08%0.45%的各種Cr13型不銹鋼。這類鋼在高溫為單相奧氏體，淬火后得到馬氏體組織。Cr13系的幾個(gè)鋼號(hào)含有相同鉻量，而碳量不同。隨著碳量的增加，