金屬材料及其分類

金屬材料及其分類第一節(jié)金屬材料的分類一材料的分類工業(yè)用鋼的鋼種很多，可按其成份、性能、用途及及金屬內(nèi)部組織不同進(jìn)行分類，我國常用的鋼材分類方法有五種，具體如下：（一）按冶煉方法分類可按爐分為氧氣轉(zhuǎn)爐和電爐鋼；按脫氧程度分為鎮(zhèn)定鋼、半鎮(zhèn)定鋼和沸騰鋼；按澆鑄制度分為連鑄鋼和模鑄鋼。根據(jù)冶煉方法和冶煉設(shè)備的不同，分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼三大類。在上述煉鋼方法中，大量的碳素鋼和低合鋼都在轉(zhuǎn)爐和平爐中煉制的；合金鋼多數(shù)是在電爐煉制的。1.沸騰鋼1.1 定義指采用錳和鋁脫氧，脫氧后鋼水中還剩有相關(guān)數(shù)量的氧以FeO形式存在于鋼水中，F(xiàn)eO和C起反應(yīng)釋放出CO，在澆注鋼錠時(shí)，鋼液中不斷產(chǎn)生和析出CO氣體，而產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象,故叫沸騰鋼。2 特點(diǎn)鋼成材率高，成本低。碳和硅含量一般分別不大于0.25%和0.07%；但在這種鋼的鋼錠中分布有許多小氣泡，雖然這些小氣泡在熱加工軋制時(shí)可“焊合”，但有時(shí)不能完全“焊合”，從而使軋制鋼板時(shí)產(chǎn)生氣孔延長，加上碳化物等影響，使鋼板易產(chǎn)生夾層、夾灰等缺陷；另外，這種鋼時(shí)效傾向嚴(yán)重，時(shí)效后沖擊韌性低，鋼中偏析嚴(yán)重，化學(xué)成分不均，冷脆轉(zhuǎn)變溫度高，質(zhì)量不均勻。這些都影響了材料的性能。做為壓力容器用鋼的主要有A3鋼，目前已不使用。鎮(zhèn)靜鋼定義先用Mn，后用Si和Al作脫氧劑，在澆鑄鋼錠時(shí)C不與FeO作用,不產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w，因此鋼錠模內(nèi)不產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，所以稱為鎮(zhèn)定鋼。特點(diǎn)冶煉的鋼較純潔，內(nèi)外部偏析較輕，由于在鋼中形成三氧化二鋁及氮化鋁，這些化合物在鋼中呈彌散分布，偏析少，鋼組織致密，這些化合物還起到細(xì)化晶粒的作用，晶粒細(xì)化后，將大大提高鋼的強(qiáng)度和韌性，還可以降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)由于鋁能固定鋼中的氮，形成氮化物，這也大大降低鋼的時(shí)效傾向，避免應(yīng)變時(shí)效脆裂的發(fā)生。但鋼錠頭部有巨大縮孔，鍛、軋成材后，切頭量較多，成材率較低；對質(zhì)量要求嚴(yán)格的大鍛件，鋼錠成材率有時(shí)尚不到50%。半鎮(zhèn)定鋼半鎮(zhèn)定鋼是介于鎮(zhèn)定鋼和沸騰鋼之間，它兼有兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，鋼材得材率比鎮(zhèn)靜鋼高，且經(jīng)濟(jì)，偏析比沸騰鋼又有很大改善，但冶煉操作時(shí)比較難控制，因此產(chǎn)量不大。（二） 按化學(xué)成份分類按化學(xué)成份可以把鋼為碳素鋼和合金鋼兩大類；碳素鋼：分為普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼按其含碳量多少分為低碳鋼（含碳量低在0.25%—0.5%之間）和高碳鋼（含碳量大于0.5%）。按含錳量分為普通含錳量和高含錳量兩大類。按鋼中雜質(zhì)S、P含量不同分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼。這類鋼必須同時(shí)保證鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能的要求。壓力容器上常用的鋼種有20號、35號鋼等，這類鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB699—99普通碳素鋼分為甲類鋼、乙類鋼和特類鋼。甲類鋼只保證機(jī)械性能，嚴(yán)格講也保證一定的化學(xué)成分，乙類鋼只保證化學(xué)成分，不保證機(jī)械性能；特類鋼必須同時(shí)保證鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能的要求.合金鋼：含有一種或多種適量的合金元素，也就是說，合金鋼是在普通碳素鋼中加入少量合金元素（如錳、硅、鈦等）而成。這些元素的加入可以改善鋼材的性能，有時(shí)還可以使鋼具有某些特殊性能。用它代替普通碳鋼，可以大大節(jié)約鋼材。合金鋼可分為低合金鋼（合金元素含量小于5%），中合金鋼（合金鋼總含量為5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量大于10%）。按鋼中主要元素的種類，可分為二元合金鋼，三元合金鋼和多元合金鋼；按鋼中主要元素的名稱分為錳鋼、銘鋼、銘鉬鋼等。（三） 按用途分類結(jié)構(gòu)鋼可分為建造用鋼和機(jī)械用鋼建造用鋼是指用于建造廠房、船舶、鍋爐、壓力容器、橋梁等。這類鋼一般都需要經(jīng)過焊接施工，要求有良好的可焊性，所以含碳量一般是不超過0.25%的低碳鋼，多在熱軋或正火狀態(tài)下使用。機(jī)械制造用鋼是用于制造機(jī)器設(shè)備或其它機(jī)械零件的鋼，這類鋼通常要經(jīng)過滲碳或調(diào)質(zhì)處理后使用。適于滲碳處理的鋼一般用含碳量在0.1%-0.3%的低碳鋼，適于調(diào)質(zhì)處理的鋼一般用含碳量在0.3%--0.5%的中碳鋼.。機(jī)械用鋼中包括彈簧鋼和軸承鋼，因其含碳量較高，有專門用途，有的也把它作為單獨(dú)一類。工具鋼用于制造各種工具的鋼，它分為高、中碳鋼和合金鋼，包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。特殊用鋼以特殊方法生產(chǎn)具有特殊的物理和化學(xué)性能能作特殊的鋼。包括不銹鋼、耐熱鋼、電熱合金、彈性合金、膨脹合金和磁性材料等。（四） 按金相組織分類按退火后的金相組織分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。按正火后的金相組織可分為珠光體、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼四類。如低溫壓力容器用低合金鋼16MnDR就是要求正火狀態(tài)交貨的鋼，其金相組織是鐵素體加珠光體組織。按加熱及冷卻時(shí)無相變和室溫下的金相組織可分為鐵素體鋼、半鐵素體鋼、奧氏體鋼、半奧氏體鋼四大類。1991年，我國頒布了GB/T13304-1991《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn)，它是參照國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO4948/1，4948/2）制定的。鋼的分類分為兩部分：第一部分，按化學(xué)成分分類；第二部分，按主要質(zhì)量等級、主要性能及使用特性分類。但現(xiàn)行冶金產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，還沒有廣泛采用GB/T13304進(jìn)行分類，例如GB/T699-1999的名稱為《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》沒采用非合鋼的名稱，GB/T3077—1999的名稱為《合金結(jié)構(gòu)鋼》，其中的鋼號既有低合金鋼也有合金鋼。我國壓力容器用鋼，在GB150中，按所引用的鋼材標(biāo)準(zhǔn)分為碳素鋼、低合金鋼（包括低合金高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、中溫抗氫鋼和低合金耐蝕鋼）和高合金鋼（不銹鋼和耐熱鋼），實(shí)際上是以化學(xué)成分劃分為三大類的。二幾個(gè)基本術(shù)語（1） 鋼錠：將熔融的鋼水注入模型內(nèi)，待鋼水凝固脫模后所得到的具有一定形狀的鑄鋼件。（2） 毛坯：用于制作鋼件的坯料。（3） 鋼坯：用于軋（壓）制鋼材的坯料。（4） 板坯：用于軋制鋼板的坯料。（5） 原軋制鋼板：由一塊（個(gè)）鋼坯或板坯（鋼錠）經(jīng)軋制而形成的一張鋼板。由于運(yùn)輸時(shí)尺寸限制或其他原因，最終交貨時(shí)可能裁剪成幾張鋼板，但仍為同一張?jiān)堉其摪濉＃?） 鋼號：鋼鐵產(chǎn)品牌號。用漢語拼音、化學(xué)符號和阿拉伯?dāng)?shù)字表示鋼材產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆鑄方法及分類、強(qiáng)度等級，主要化學(xué)成分和含量。（7） 爐號：煉鋼爐次的編號。同一爐號的鋼材具有基本相同的化學(xué)成分。（8） 批號：鋼廠按有關(guān)規(guī)定，將同一鋼號的鋼材組成一個(gè)供貨批次的編號。通常應(yīng)為同一鋼號，同一爐號，同一軋軋制和熱處理的鋼板為一批，有時(shí)同一批鋼材還受重量（如鋼板）或根數(shù)（如鋼管）的限制。（9） 爐外精煉：又叫二次精煉，是提高鋼材內(nèi)在質(zhì)量，保證連鑄機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)主要有鋼包脫氣技術(shù)、真空吹氧脫碳法、氬氧吹煉爐、以及具有電弧加熱、氬氣攪拌功能的鋼包精煉爐等。爐外精技術(shù)按功能分類大致可分為六類。分類功能特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例精煉脫碳技術(shù)米用強(qiáng)攪拌，在真空下碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.005%,例如:鋼包脫氣處理250T鋼水,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.002%以下.精煉脫硫技術(shù)鋼包加頂渣脫硫,可使硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.0035%降至0.0007%;精煉脫磷技術(shù)在鐵水脫磷的同時(shí)，米用鋼水脫磷技術(shù)，精煉脫氮技術(shù)米用真空吹氧脫碳法在真空下精煉不銹鋼，鋼中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.0015%以下.鋼的清潔度和夾雜物變性技術(shù)鋼中的氮硫含量是鋼純潔度重要參量，米用各種工藝方法使其降至最低值；工業(yè)普遍采用鈣處理使夾雜物變性。微量有害雜質(zhì)去除技術(shù)向不銹鋼中噴CaC2,微量有害雜質(zhì)的脫除率分別為：As:85%，Pb50%--88%，S：79%--94%No.10107096CUSTOMER位：廣州廣舞鋼鐵貿(mào)易有限公司l?|CONTRACT'八SXC4-88-2803No.:舞陽鋼鐵有WUYANGIRONAND質(zhì)里QUALITY限責(zé)任公司STEELCO.LTD.0明CERTIFICATE鋼號STEELGRADE培爐號HEATNO.批號BATCHNO.尺寸DIMENSIONSmm重量WEIGHT化學(xué)成份0.001縱CHEMICALCOMPOSITION拉力試驗(yàn)TENSILECSiMnPSCrAlMoTiCuNbNiVCeqRe(MPa)Rm(MPa)AZ臨氫:：A387GrllCL208207661N1GCA826846?*14055058083140059080130649倦氫：；A387GrllCL208207661N1GCA826846頭部??1405505908314005707012064651064530缶氫；A387GrllCL208207661N1GCA826846尾部32?實(shí)寬*實(shí)長17.84114055。5908314005707012064650564526.0以1空r白TECHN1C/XL郵綃：462500 電話(Tel)IPCODE：4625(X)傳)：郵綃：462500 電話(Tel)IPCODE：4625(X)傳)：()375-8111269地址：中國河南舞鋼ADDRESS：WUGANGHENANCHINACONDITION：WYJ412-2008合計(jì)：TOTAL：塊PCS7.841噸MT試祥狀態(tài)： 模擬焊后熱處理CONDITIONOFTESTPIECESIMULATIVEPWHT供貨狀態(tài)： 正火+回火CONDITIONOFSUPPLY:NORMALIZE]判 定 員：、、_QUALITYCONTROLINSPECTOR:武發(fā)宇'巾’ 核 員:尚判 定 員：、、_QUALITYCONTROLINSPECTOR:武發(fā)宇'巾’ 核 員:尚玲QUALITYCONTROLCHECKER：略s備洋.As：8Sn：6Sb：l[H]:l.Oppm感煉分析X：11.7J：159.6成品分析X:IL7J：158.2 —八—艾艾l頭部：模擬焊后425PRp。.2：Re：407MPaZ%:75HB:207 -5*C沖擊側(cè)向膨脹值：2.352.362.36纖維狀斷口百分?jǐn)?shù)：100100100尾部：模擬焊后425PRpQ.2：Re：402MPaZ%:73HB:208 -5*C沖擊側(cè)向膨脹值：2.382.362.39纖就狀斷口百分?jǐn)?shù)：100100100質(zhì)'ll檢，僉負(fù)責(zé)人』PERSONTN—CHARGEOFQUALITYEXAMINATION天永磷注：I.本hh&i正明8無產(chǎn)船質(zhì)批hl『j4?川*無效2.ill-.HV印件無效.涂改處必須加流判定員till單NOTE:L「hi、ceililicatcwillnotbevalidunlessmarkcilwiths|X?cialsealofqualitycenificaiion.三.國家標(biāo)準(zhǔn)鋼號的表示方法鋼號的表示方法鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了解鋼的一種共同語言。我國的鋼號表示方法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB221-79）中規(guī)定，采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。艮即①鋼號中化學(xué)元素采用國際化學(xué)符號表示，例如Si,Mn,Cr……等?；旌舷⊥猎赜谩癛E”（或“Xt”）表示。產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示。鋼中主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。我國鋼號表示方法的分類說明2.1碳素結(jié)構(gòu)鋼：2.1.1由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點(diǎn)，后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)（as）為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。2.1.2必要時(shí)鋼號后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。2.1.3專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法，但在鋼號最后附加表示用途的字母。2.2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為“45”，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼。2.2.2錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，在阿拉伯?dāng)?shù)字后應(yīng)將錳元素標(biāo)出，例如50Mn,表示平均含碳量為0.50%,含錳量為0.7%--1.0%的鎮(zhèn)靜鋼.2.2.3沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在鋼號最后特別標(biāo)出，例如平均碳含量為0.1%的半鎮(zhèn)靜鋼，其鋼號為10b。2.2.4高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼，在牌號尾部加符號“A”2.3合金結(jié)構(gòu)鋼1鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如40Cr2.3.2鋼中主要合金元素，除個(gè)別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當(dāng)平均合金含量＜1.5%時(shí)，鋼號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號后亦可標(biāo)以數(shù)字“1”，例如鋼號“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者銘含量為0.4-0.6%，后者為0.9-1.2%，其余成分全部相同。當(dāng)合金元素平均含量N1.5%、N2.5%、N3.5% 時(shí)，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA2.3.3鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B(yǎng)、稀土RE等合金元素，均屬微合金元素，雖然含量很低，仍應(yīng)在鋼號中標(biāo)出。例如20MnVB鋼中。釩為0.07-0.12%，硼為0.001-0.005%。2.3.4高級優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在鋼號最后加“A”，以區(qū)別于一般優(yōu)質(zhì)鋼。2.3.5專門用途的合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼號冠以（或后綴）代表該鋼種用途的符號。例如鉚螺專用的30CrMnSi鋼，鋼號表示為ML30CrMnSi。2.4低合金高強(qiáng)度鋼1鋼號的表示方法，基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同2.4.2對專業(yè)用低合金高強(qiáng)度鋼，應(yīng)在鋼號最后標(biāo)明。例如16Mn鋼，用于橋梁的專用鋼種為“16Mnq”，汽車大梁的專用鋼種為“16MnL”，壓力容器的專用鋼種為“16MnR”。2.5不銹鋼和耐熱鋼2.5.1鋼號中碳含量以千分之幾表示。例如“2Cr13”鋼的平均碳含量為0.2%；若鋼中含碳量＜0.03%或W0.08%者，鋼號前分別冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。2.5.2對鋼中主要合金元素以百分之幾表示，而鈦、鈮、鋯、氮……等則按上述合金結(jié)構(gòu)鋼對微合金元素的表示方法標(biāo)出。四.壓力容器常用鋼材1對制作壓力容器的材料要求包括：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），和一定的塑性。因?yàn)閺?qiáng)度指標(biāo)決定容器的厚度尺寸和重量，通常情況下，同種鋼材，強(qiáng)度越大，塑性就越差。所以一般的原則是在保證塑性指標(biāo)及其他性能的要求下，盡量選用強(qiáng)度指標(biāo)較高的材料，以減少容器的重量。所謂塑性是指金屬適應(yīng)塑性變形的能力，它以金屬斷裂后塑性變形的大小來表示。用以制造壓力容器的材料要求具有較好的塑性，這是因?yàn)樗苄院玫牟牧显谄茐囊郧耙话愣籍a(chǎn)生較明顯的塑性變形，不但易于發(fā)現(xiàn)，而且塑性變形可以松馳局部應(yīng)力而避免斷裂，使設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，而在壓力容器中由于由于開孔或其他結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)，局部地方的超應(yīng)力在許多情況下難以避免，這就需要材料的具有良好的的塑性。ISO推薦規(guī)范中規(guī)定，碳鋼及錳鋼不小于16%，合金鋼不小于14%。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。用于制作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)可能會發(fā)生脆性破壞，這對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。研究材料脆化現(xiàn)象，了解有關(guān)知識，預(yù)測材料性能是否會在使用中脆化和劣化，并采取有效的防范措施，對壓力容器檢驗(yàn)來說是重要的所用材料應(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。所用材料應(yīng)有良好的低倍組織和表面質(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)。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。與腐蝕介質(zhì)接觸的材料應(yīng)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。鋼鐵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)了許多品種牌號的壓力容器專用鋼材。4.2合金元素在鋼中的作用碳（C）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，淬硬傾向變大，因此制作焊接結(jié)構(gòu)的鍋爐和壓力容器所使用的碳素鋼，含碳量一般不超過0.25%。錳（Mn）在鋼中有增加強(qiáng)度，細(xì)化組織，提高韌性的作用，錳還可以與硫化合成硫化錳，從而減少硫?qū)︿摰奈：π?。硅（Si）在鋼中有提高強(qiáng)度，硬度，彈性的作用，但會使鋼的塑性，韌性降低。.硫（S）在鋼中是有害元素，對鋼的力學(xué)性能、焊接性能、耐腐蝕性能均有不利影響。鋼中硫主要以硫化鐵形式存在，硫化鐵與鐵形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)985°C）分布于晶界上，鋼材在鍛軋、焊接和其它熱加工時(shí)，由于低熔點(diǎn)共晶體熔化而使鋼材沿晶界開裂，稱為“熱脆”。磷（P））在鋼中是有害元素，使鋼的塑性和韌性大大降低，尤其在低溫時(shí)，韌性降低特別厲害，稱為“冷脆”。氮（N）在鋼中形成氣泡和疏松，降低耐腐蝕性，引起時(shí)效現(xiàn)象。氧（O）會使鋼的強(qiáng)度，塑性降低，熱脆現(xiàn)象加重，疲勞強(qiáng)度下降。氫（H）會引起鋼的氫脆，產(chǎn)生白點(diǎn)等嚴(yán)重缺陷。4.3壓力容器常用碳素鋼牌號及特性壓力容器常用的碳素鋼牌號有Q235AF，Q235A，Q235B，Q235C，Q245R（20g，20R）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，正常情況下不會脆性斷裂，應(yīng)力腐蝕傾向小。壓力容器常用的碳素鋼有碳素結(jié)構(gòu)鋼和專用碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類°GB150-1998《鋼制壓力容器》列入的碳素鋼板有Q235、Q245R（20R），碳素鋼管有10、20、20G，碳素鋼鍛件有20、35，碳素鋼螺柱和螺母有Q235、35。（1）Q235GB150-1998列入Q235系列中的四個(gè)鋼號是Q235-A中、Q235-A、Q235-B和Q235-C。Q235-A-F是低碳沸騰鋼，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和硬度，延伸率也相當(dāng)大，但組織疏松，偏析嚴(yán)重，厚度在16mm以上時(shí)容易出現(xiàn)夾層。Q235-A、Q235-B和Q235-C都是低碳鎮(zhèn)靜鋼，質(zhì)量優(yōu)于Q235-A-F。它們的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別列于下表。GB150-1998對這四個(gè)鋼號的鋼板制造壓力容器的適用范圍作了如下規(guī)定：①Q(mào)235-A-F鋼板容器設(shè)計(jì)壓力〃W0.6MPa；鋼板使用溫度為0?250°C；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于12mm；不得用于易燃介質(zhì)以及毒性程度為中度、高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。Q235鋼的化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%CMnSiSP不大于Q235-A?F0.14?0.220.30?0.60W0.0700.0500.045Q235-A0.30?0.650.30Q235-B0.12?0.200.30?0.700.045Q235-CW0.180.35?0.800.0400.040Q235鋼的力學(xué)性能鋼號屈服點(diǎn)°s/MPa抗拉強(qiáng)度°b/MPa伸長率如％沖擊功Ak鋼材厚度或直徑/mm鋼材厚度或直徑/mm試驗(yàn)溫度/CAkv值/JW16>16?40>40?60>60?100>100?150>150W16>16?40>40?60>60?100>100?150>150Q235-A?F235225205205195185375?460262524232221——200——2727Q235-AQ235-BQ235-CQ235-A鋼板容器設(shè)計(jì)壓力pW1.0MPa；鋼板使用溫度為0?350°C；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于16mm；不得用于液化石油介質(zhì)及毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。Q235-B鋼板容器設(shè)計(jì)壓力pW1.6MPa；鋼板使用溫度為0?350C；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于20mm；不得用于毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。Q235-C鋼板容器設(shè)計(jì)壓力pW2.5MPa；鋼板使用溫度為0?400C；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于30mm。從上述規(guī)定可以看出，Q235系列的這四種鋼的屈服點(diǎn)雖都為235MPa（薄板），但由于雜質(zhì)含量不同，冶金質(zhì)量有異，所以GB150對它們可制作的壓力容器的設(shè)計(jì)壓力、使用溫度范圍和可接觸的介質(zhì)的毒性程度作出了詳細(xì)的規(guī)定。（2）Q245R是列入GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》中的唯一的碳素鋼，其冶煉和檢驗(yàn)嚴(yán)于一般碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼中S、P含量較低，分別控制在不大于0.015%和0.035%。Q245R的鋼板，其。b為400?520MPa，喝日25%，同時(shí)焊接性能良好。但由于強(qiáng)度低，一般用于制造中低壓的中小型容器。GB150-1998所列碳素鋼鋼管、鍛件的鋼號、化學(xué)成分和力學(xué)性能分別列于下表碳素鋼鋼管的化學(xué)成分和力學(xué)性能鋼號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%壁厚/mm常溫強(qiáng)度指標(biāo)CSiMnSPCrNiCu°b/MPa°s/MPa不大于100.07?0.140.17?0.370.35?0.650.0400.0350.150.250.25W10335205200.17?0.240.17?0.370.35?0.650.0400.0350.250.250.25W16410245碳素鋼鍛件的化學(xué)成分和力學(xué)性能鋼號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%公稱厚度/mm常溫強(qiáng)度指標(biāo)CSiMnSPCrNi°b/MPa°s/MPa不大于200.17?0.240.17?0.370.35?0.650.0350.0350.250.25W100370215350.32?0.400.17?0.370.50?0.800.0350.0350.250.25W1005102654.4壓力容器用低合金高強(qiáng)度鋼牌號及特性壓力容器使用的低合金鋼材有四類：鋼板、鋼管、鍛件和螺柱，其中用量最大的是鋼板。國產(chǎn)壓力容器用低合金高強(qiáng)度鋼板的標(biāo)準(zhǔn)和牌號如下：GB713 Q345R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoRGB353116MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR

GB6653HP325、HP345、HP365壓力容器用低合金鋼化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%CMnSiVMoNbNCrNSP不大于Q345RW0.201.20~1.60W0.550.0150.02518MnMoNbRW0.221.20~1.600.15?0.500.45?0.650.025?0.0500.0100.02013MnNiMoNbRW0.151.20~1.600.15?0.500.20?0.400.005?0.0200.20?0.400.60?1.000.0100.020壓力容器用低合金鋼的力學(xué)性能和工藝性能鋼號狀態(tài)鋼板厚度/mm拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)°b/Mpa°,/MPa55/%溫度/CAkv/J不小于b=2a(180°)不小于Q345R熱軋、控軋或正火3?16>16-36>36-60>60?100>100?150>150?200510?640490?630490?620490?620480?610470?6003453253153052852652120034d=2ad=3a18MnMoNbR正火加回火30?60>60?100570?72040039017041d=3a13MnNiMoNbR正火加回火30?100>100?150570?72039038018041d=3a4.4.1國產(chǎn)低合金高強(qiáng)度鋼板材特性簡介Q345RQ345R的用量最大，按規(guī)定其抗拉強(qiáng)度在450?640MPa。鋼板以熱軋狀態(tài)或正火狀態(tài)交貨，主要用于制造一20?450°C的中、低壓石油化工設(shè)備和球罐。Q345R具有良好的力學(xué)性能，一般在熱軋狀態(tài)使用。對于中、厚板材可進(jìn)行900?920C正火處理，正火后強(qiáng)度略有下降，但塑性、韌性、低溫沖擊值都顯著提高。Q345R的可焊性良好，鋼板厚度W34mm時(shí)焊前不需預(yù)熱；＞34mm時(shí)，通常焊前預(yù)熱至100?150C。對于重要的受壓元件和鋼板厚度大于34mm的構(gòu)件，焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，通常是加熱至600?650°C，保溫后空冷。Q345R耐大氣腐蝕性能優(yōu)于低碳鋼，腐蝕率比Q235-A鋼板低20%—28%,在海洋環(huán)境中也有較好的耐蝕性。該材料的缺口敏感性大于碳素鋼，在有缺口存在時(shí)，疲勞強(qiáng)度下降，且易產(chǎn)生裂紋。18MnMoNbR18MnMoNbR鋼板，是在C-Mn鋼基礎(chǔ)上加少量Mo、Nb來提高強(qiáng)度。主要用于制作一20?450C的高壓容器，在正火加回火狀態(tài)下供貨，其抗拉強(qiáng)度在570?740MPa范圍內(nèi)。18MnMoNbR在熱軋狀態(tài)下，晶粒粗大，韌性偏低，故一般在熱處理后使用?？梢允┬袃煞N熱處理工藝：一種是在950?980C正火后，再在620?650C回火；另一種是調(diào)質(zhì)處理。正火并回火后，鋼的顯微組織為低碳貝氏體，而調(diào)質(zhì)處理后，鋼的顯微組織中出現(xiàn)低碳馬氏體。18MnMoNbR的可焊性尚好，但有一定的淬硬傾向。焊接工藝中最關(guān)鍵的措施是焊前預(yù)熱和焊后的消氫熱處理，否則容易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。13MnNiMoR13MnNiMoR鋼板是替代進(jìn)口的BHW35(b>568MPa的超高壓鍋爐汽包用鋼)，主要用于制造常溫或中溫高壓容器。正火加回火后鋼板的抗拉強(qiáng)度在570?720MPa范圍內(nèi)。這種鋼強(qiáng)度高、塑性好、冷脆轉(zhuǎn)變溫度低，可用于制造厚壁壓力容器。一般經(jīng)正火并回火后使用，如果要求特別高的韌性，推薦采用下列熱處理規(guī)范：在970?990C正火，爐冷至920?890C，均熱后在靜止空氣中冷卻，然后于580?690C回火。4.4.2低合金高強(qiáng)鋼鍛件我國目前采用的鍛件標(biāo)準(zhǔn)有JB4726—94《壓力容器用碳素鋼和低合金鍛件》、JB4727—94《低溫壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》、GB150—1998《鋼制壓力容器》和JB4732—95《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中所列的低合金鋼有：16Mn、15MnV、1Cr5Mo、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12CrlMoV、12Cr2Mol和08MnNiCrMoVD等十個(gè)鋼種，對抗拉強(qiáng)度規(guī)定了上下限范圍，沖擊試樣采用V型缺口，并對后六個(gè)鋼種規(guī)定了高溫屈服強(qiáng)度值。對于低溫鍛件如還提出相應(yīng)溫度下的沖擊功要求如下：16MnD(-40C，Akv^20J)；09Mn2VD(―50C，Akv^27J)；09MnNiD(―70C，AN27J)；20MnMoD(-30C，AN27J)；kv kv08MnNiMoV(-40C，AkvN47J)；10Ni3MoD(-50C，AkvN47J)。壓力容器鋼號國內(nèi)外對照表中國美國日本德國鋼號標(biāo)準(zhǔn)號ASTM鋼號標(biāo)準(zhǔn)號鋼號標(biāo)準(zhǔn)號Q235-A?FGB912-89GB3274-88A36SS400JISG3101USt37.2DIN17100Q235-AA283.CSM400BJISG310620RGB6654-1996A515Gr.60SB410JISG310316MnRA516Gr.70SPV355JIS311519Mn6DIN1715515MnVRA255M-A.BSB39FW16MnDRGB3531-1996A662Gr.C0Cr13GB4237-92410SUS410SJISG4304X7Gr13DIN174400Cr19Ni9304SUS304X5GrNi1890Cr18Ni10Ti321SUS321X10GrNi1890Cr17Ni12Mo2316SUS316X5GrNiMo181000Cr19Ni10304LSUS304LX2CrNi18900Cr17Mi14Mo2316LSUS316LX2CrNiMo18101Cr18Ni9TiX10CrNiTi1894.4.3低合金鋼鋼管我國目前主要采用的標(biāo)準(zhǔn)有GB6479-86《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》、GB9948《石油裂化用無縫鋼管》、GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》、GB8163《輸送流體用無縫鋼管》等，涉及的低合金鋼種主要有：16Mn、15MnV、09Mn2V、12CrMo、15MrMo、12CrlMoV、10MoWVNb、12CrMo和1Cr5Mo等。低溫鋼鋼管的鋼材為16Mn(―40°C)、09Mn5V(―70°C),使用狀況為正火。4.5壓力容器用低合金耐熱鋼牌號及特性低合金耐熱鋼主要用于制造石油化工和合成氨生產(chǎn)中的壓力容器。在臨氫、臨氮條件下服役，首先要求這些鋼具有中溫強(qiáng)度和中溫抗氫、氮性能。常用低合金耐熱鋼按成份可分為鉬鋼、銘鉬鋼和銘鉬釩鋼三類。按材料顯微組織可分為珠光體鋼和貝氏體鋼兩類，屬于珠光體耐熱鋼的牌號有0.5Cr-0.5Mo(12CrMo)、1.0Cr0.5Mo(15CrMo)、1.25Cr0.5Mo(14CrlMo)、1Cr—0.5Mo—V等。屬于貝氏體耐熱鋼的牌號有：2.25Cr—1Mo(12Cr2Mo1)JB4732—95《鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》列入三個(gè)鋼號：15CrMoR(1Cr-0.5Mo)、14CrlMoR(1.25Cr-0.5Mo)和12Cr2MolR(2.25Cr-1.0Mo),GB150—1998《鋼制壓力容器》附錄A《材料的補(bǔ)充規(guī)定》中列入了一個(gè)鋼號14CrlMoR,GB713—2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》中納入三個(gè)鋼號15CrMoR、14CrlMoR、12Cr2Mo1R。長期以來，中溫抗氫、氮用鋼是我國壓力容器用鋼的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。常用的低合金耐熱鋼鋼號及化學(xué)成分列于下表中。(1)0.5Mo是在碳素鋼基礎(chǔ)上添加少量鉬發(fā)展出的耐熱鋼，具有較高的持久強(qiáng)度，良好的可焊性和綜合力學(xué)性能，因而得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是在500?550°C長期停留會出現(xiàn)石墨化，同時(shí)韌性有所下降。0.5Cr-0.5Mo和1.0Cr-0.5Mo這兩種鋼的基礎(chǔ)是0.5Mo鋼。銘的加入消除了鋼的石墨化傾向，并使鋼的高溫強(qiáng)度和抗氫性能都有所提高。15CrMoR是一種中溫抗氫鋼，主要用于制造0?500C的中、低壓石油化工設(shè)備。供貨狀態(tài)為正火加回火，其抗拉強(qiáng)度在450~590MPa范圍，人兇日31」。1.25Cr-0.5Mo鋼中銘量比1Cr-0.5Mo增加，進(jìn)一步提高了抗氫性能，常用于制造石油化工的加氫精制裝置。2.25Cr-1Mo在Cr-Mo鋼系中，此鋼具有最高的持久強(qiáng)度和最佳的抗氫性能，是典型的石油加氫裂化容器用鋼。供貨狀態(tài)為正火加回火。其抗拉強(qiáng)度在515?690MPa范圍內(nèi)，AkvN54J。2.25Cr—1Mo具有明顯的空淬傾向，焊接工藝控制必須更為嚴(yán)格。1Cr-0.5Mo-V與2.25Cr-1Mo比較，這種鋼的銘和鉬含量都有所減小，而加入少量釩，合金元素總量下降，但持久強(qiáng)度反而升高，且具有良好的組織穩(wěn)定性，經(jīng)過580?600C時(shí)效后，硬度和沖擊值變化很小。壓力容器用低合金耐熱鋼的化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%CSiMnCrMoVSP不大于0.5Mo0.12?0.200.17?0.370.40?0.700.40?0.600.0300.0300.5Cr-0.5Mo0.09?0.160.15?0.160.40?0.700.40?0.600.40?0.600.0300.0301Cr-0.5Mo(15CrMoR)0.10?0.180.17?0.400.40?0.700.80?1.200.45?0.600.0300.0301.25Cr-0.5Mo(14CrlMoR)W0.070.50?0.800.40?0.651.00?1.500.40?0.600.0300.0302.5Cr-1Mo(12CrMo1R)W0.150.30?0.70W0.601.90?2.500.80?1.200.0300.0301Cr-0.5Mo-V0.08?0.150.17?0.370.40?0.700.90?1.200.25?0.350.15?0.300.0300.0304.6壓力容器低溫用鋼牌號及特性低溫鋼主要用于在嚴(yán)寒地區(qū)的一些工程結(jié)構(gòu)和各種低溫裝置(一40--196C)，如空氣分離、石油制品深加工、氣體凈化等工藝設(shè)備，以及低溫乙烯、液化天然氣的儲存容器等。與普通低合金鋼相比，低溫鋼必須保證在相應(yīng)的低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強(qiáng)度則無特殊要求。GB150-1998《鋼制壓力容器》和GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼板》列入了四個(gè)專用鋼，這些鋼都屬于鐵素體型低溫鋼，鋼號是16MnDR(-40C)、15MnNiDR(-45C)、09Mn2VDR(-50C)和09MnNiDR。(一70C)它們的化學(xué)成分、力學(xué)性能和低溫沖擊性能分別列于下表。此外，GB150-1998的附錄A《材料的補(bǔ)充規(guī)定》中列入了尚未納入材料標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)低合金鋼，即07MnNiCrMoVDR(-40C，AkvN47J)。

還有幾種含鎳量較高的合金鋼，它們是2.5Ni、3.5Ni（鐵素體型）、9Ni（低碳馬氏體型）。它們的化學(xué)成分分列于下表。奧氏體型鋼，如0Cr18Ni9、1Cr19Ni9等不銹鋼，具有優(yōu)良的低溫韌性，可用于一196°C以下。無鎳奧氏體低溫鋼15Mn26Al4，可用于一253C。壓力容器用低溫鋼的化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%CSiMnNiVNbAlsPS不大于16MnDRW0.200.15?0.501.30?1.60——N0.0150.0300.02515MnNiDRW0.180.15?0.501.20?1.600.20?0.60W0.06N0.0150.0300.02509Mn2VDRW0.120.15?0.501.40?1.80—0.20?0.06N0.0150.0300.02509MnNiDRW0.120.15?0.501.20?1.600.30?0.80—W0.04N0.0150.0250.020注：Als為酸溶性鋁。壓力容器用低溫鋼的力學(xué)性能鋼號鋼板厚度°b/Mpa°s/MPa55/%冷彎試驗(yàn)(b=2a180°)/mm不小、于6?16>16-36>36-60>60?100490?620470?600450?580450?580315295275255d=2a16MnDR21d=3a15MnNiDR6~16>16?36>36?60490?630470?610460?60032530529020d=3a09Mn2VDR6?16>16?36440?570430?56029027022d=3a09MnNiDR6~16>16?36>36?60440?570430?560430?56030028026023d=2a鋼號鋼板厚度/mm最低試驗(yàn)溫度/°C試樣方向沖擊功A燈/J不小于16MnDR6~36一40橫向24>36-100一3015MnNiDR6~60-45橫向2709Mn2VDR6~36-50橫向2709MnNiDR6~60-70橫向27幾種低溫鋼的化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%CSiMnCrNiAlPS10Ni3(2.5Ni)W0.170.15?0.40W0.72.15?2.50W0.040W0.03510Ni4(3.5Ni)W0.170.15?0.40W0.73.25?3.75W0.040W0.035Ni9(9Ni)W0.130.15?0.30W0.98.5?9.5W0.040W0.0351Cr18Ni9W0.15W1.00W2.0017?298?10W0.035W0.03015Mn26Al40.13-0.19W0.6024.5?273.80?4.70W0.035W0.0354.7壓力容器用不銹耐酸鋼牌號及特性不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼兩類鋼的統(tǒng)稱。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。此類鋼中包括奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、高銘鐵素體鋼，以及雙相鋼。制造壓力容器的不銹耐酸鋼鋼號和化學(xué)成份列于下表

壓力容器用不銹耐酸鋼的化學(xué)成分鋼鋼號化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%類CSiMnCrNiMoCuNPS其他1Cr18Ni9<0.15<1.00<2.0017.00?19.008.00?10.00<0.035<0.03000Cr17Ni14Mo2<0.030<1.00<2.0016.00?18.0012.00?15.002.00?3.00<0.035<0.030奧0Cr18Ni12Mo2Ti<0.08<1.00<2.0016.00?19.0011.00?14.001.80?2.50Ti:5xC%?0.70氏體鋼00Cr18Ni14Mo2Cu2<0.030<1.00<2.0017.00?19.0012.00?16.001.80?2.20<0.035<0.0300Cr17Mn13Mo2N<0