壓力管道技術(shù)3

第三章管道材料

石油化工生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)條件是多樣化的，它的操作溫度在-196C?800c之間變化,操作壓力在從真空到36.0MPa

乃至更高的范圍內(nèi)變化，操作介質(zhì)更是多種多樣，所以，對(duì)材料的要求也是多方面的。壓力管道廣泛采用的材料為金屬

材料，因此，如果沒有特別指明時(shí)，書中所言的材料?般指金屬材料。了解金屬材料的特性，掌握工程選材的原則，從

而選擇合適的材料，對(duì)石油化工生產(chǎn)裝置建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的可靠性是十分重要的，也是材料工程師的主要任務(wù)。實(shí)

際上，材料在工程上的應(yīng)用是一個(gè)很復(fù)雜的問題。在選用工程材料時(shí)，首先要考慮材料對(duì)操作條件的適應(yīng)性，然后再綜

合考慮材料的加工性能、經(jīng)濟(jì)性能和實(shí)際可得到的貨源等因素。本章就試圖在簡(jiǎn)單介紹材料的有關(guān)基本知識(shí)之后，著重

結(jié)合使用條件來論述材料的工程應(yīng)用原則及限制條件。

第一節(jié)金屬材料基本知識(shí)(一)

金屬材料的性能首先取決于它的元素組成，其次它也將受微觀組織、加工方法、熱處理方式等因素的影響，而工程

選材主要是依據(jù)材料的性能而進(jìn)行的。作為材料工程師，有必要對(duì)影響材料性能的有關(guān)基本知識(shí)有所了解，并能夠?qū)Σ?/p>

料的加工方法、熱處理、檢查試驗(yàn)等提出適宜的要求，從而能夠選用到既可靠又經(jīng)濟(jì)的材料。有關(guān)金屬材料的基本知識(shí)

將分兩部分來介紹。本節(jié)作為第一部分將介紹金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)、基本性能、常見元素對(duì)金屬材料性能的影響以及金

屬材料的分類及牌號(hào)標(biāo)識(shí)等內(nèi)容，而與制造有關(guān)的金屬材料基本知識(shí)將在第九章中介紹。

一、金屬的微觀結(jié)構(gòu)

金屬是石油化工生產(chǎn)裝置中最主要的應(yīng)用材料，有人比喻說："石油化工生產(chǎn)裝置是用鋼鐵壘起來的”。此話一點(diǎn)都

不過分。那么什么是金屬呢？它與非金屬相比，具有以下四個(gè)明顯的特征：金屬的固體是晶體；金屬具有良好的導(dǎo)電、

導(dǎo)熱性；金屬具有特有的顏色和光澤；金屬具有塑性。同時(shí)具有上述四種特征的材料才是金屬，只具有上述一種或兩種

特性的材料不一定是金屬。

(-)鈍金屬的微觀結(jié)構(gòu)

鈍金屬在工程上用的很少，大多數(shù)用的是其合金材料。為「便于理解，還是首先從鈍金屬說起。上面已經(jīng)提到，固

體的金屬都是晶體，而晶體的最大特點(diǎn)就是其原子按一定的規(guī)律整齊排列著。不妨用假想的幾何聯(lián)線將原子的中心線連

起來，形成一個(gè)空間幾何格子，并稱之為晶格，見圖3-1所示。構(gòu)成晶格的最小單元叫做晶胞，晶胞

各邊的尺寸(x,y,z)叫做晶格常

數(shù)。根據(jù)晶格常數(shù)及原子的配置位置

不同，可將晶胞分成以下常見的三種

型式：即體心立方晶胞、面心立方晶

胞和密排六方晶胞，見圖3-2所示。

其中，體心立方晶胞為x=y=z的正方

體，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和體心內(nèi)各置一個(gè)原子。

配屬于該晶胞的原子數(shù)為(1/8)x8+1=2

個(gè)。屬于此類品格結(jié)構(gòu)的金屬有鐵圖3—1金屬的晶格

(?■-Fe),格(Cr)、銅(Mo)、鴇(W)、

銳(V)等；面心立方晶

胞也為x=y=z的正方體，

但它除每個(gè)節(jié)點(diǎn)各有一

個(gè)原子外，其六個(gè)面上

還各置一個(gè)原子。配屬

于該晶胞的原子數(shù)為

(1/8)x8+(1/2)x6=4個(gè)。

屬于此類晶格結(jié)構(gòu)的金

屬有鋁（AI）、銅（Cu）、（a）體心立方晶胞（b）面心立方晶胞（c）密排六方晶胞

銀（Ni）、鉛（Pb）、r-鐵圖3-2晶胞結(jié)構(gòu)

（r-Fe）、銀（Ag）等;密

排六方晶胞的y/x-1.633,其配屬該晶胞的原子數(shù)為（1/4）X12+（1/2）x2+3=6個(gè)。屬于此類晶格結(jié)構(gòu)的金屬有被（Be）、

鎂（Mg）、鋅（Zn）、鎘（Cd）等。不同晶格型式的金屬，其機(jī)械性能是不同的。我們知道，金屬的強(qiáng)度表現(xiàn)為金屬原

子間的金屬健結(jié)合。也就是說，金屬原子（實(shí)為離子）周圍的自由電子穿梭于各原子之間，它不再為某個(gè)原子所擁有，

而是為相鄰的所有原子共有，各原子正是靠這些自由電子將它們緊緊地"粘”在一起（通常稱這種結(jié)合為金屬健結(jié)合），

從而使金屬具有了較高的強(qiáng)度。如果相鄰原子較遠(yuǎn)，其自由電子的“粘結(jié)力”將降低。從上面講到的三種晶胞型式看，

由于其各個(gè)幾何面上的原子數(shù)及原子間的距離不同，故各幾何面上的原子結(jié)合力是不同的，這就是通常所說的晶體具有

“各向異性”的原因。

金屬的變形，實(shí)質(zhì)上就是其晶格的變形或移動(dòng)。在外力的作用下，金屬內(nèi)部的品格首先將發(fā)生伸長(zhǎng)或歪扭變形，如

果去掉外力，變形的晶格將恢復(fù)正常的穩(wěn)定位置，此時(shí)的金屬變形稱為彈性變形。如果施加的外力足夠大，以致超過了

原子間的結(jié)合力，金屬內(nèi)部的晶格將發(fā)生錯(cuò)位（業(yè)內(nèi)人士稱其為位錯(cuò)）或滑移，移位后的原子將和新位置上的原子發(fā)生

“粘結(jié)”，此時(shí)就說金屬發(fā)生了塑性變形。如果再增大外力，使它能夠克服整個(gè)金屬斷面上所有晶格滑移所需要的力，

此時(shí)金屬的塑性變形量將快速增加，直到金屬的斷裂。對(duì)單晶體來說，晶格的變形（拉伸或扭轉(zhuǎn)）或移位（位錯(cuò)或滑移

等）總是優(yōu)先在原子結(jié)合力較小的面間進(jìn)行，或者是沿原子密度最大的幾何面（稱為晶面）發(fā)生。對(duì)于每種晶胞來說，

這種面越多，晶體變形越容易，表現(xiàn)出來的金屬塑性越好。因?yàn)槊芘帕骄О淖冃蚊孑^多，面心立方晶胞次之，體心

立方晶胞最少，故具有體心立方晶胞結(jié)構(gòu)的金屬?gòu)?qiáng)度最高，面心晶胞次之，密排六方晶胞則最低。

眾所周知，工程上應(yīng)用的金屬材料并沒有呈現(xiàn)各向異性的性能。這是因?yàn)閷?shí)際的金屬材料通常并不是一個(gè)單一的晶

體，而是由無數(shù)個(gè)晶格取向各不相同的小晶體所組成。每個(gè)小晶體的外形多呈不規(guī)則的顆粒狀，并稱其為晶粒。晶粒與

晶粒之間的界面稱為晶界。顯然，晶界上的原子為了適應(yīng)兩晶粒間的不同晶格方位的過渡，其排列是不規(guī)則的，晶格也

不再保持原形而發(fā)生畸變。根據(jù)金屬變形的理論可知，此時(shí)晶界上的原子難以移位，晶格也難以變形，故使得金屬的性

能因晶界的存在而發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為金屬的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性下降。又由于晶界的原子排列不規(guī)則，

自由電子的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，使得晶界金屬容易失去電子而遭受化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，同時(shí)金屬的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率下降。由

于各晶粒的晶格取向不同，每個(gè)晶粒發(fā)生晶格變形都將受到它周圍晶粒的約束和阻礙，因此實(shí)際金屬中的晶粒也變得難

以變形和移動(dòng)。晶粒和晶界共同作用的結(jié)果使得實(shí)際金屬的強(qiáng)度?般高于單晶體。試驗(yàn)證明，金屬的強(qiáng)度不僅與原子間

的結(jié)合力有關(guān)，還與其晶粒的大小有關(guān)。理論上可以這樣解釋：因?yàn)榻饘俚木Я３叽缭叫?，單位體積內(nèi)的晶粒數(shù)就越多，

晶界的總面積就越大，每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)越多，從而表現(xiàn)出金屬的變形抗力就越大，金屬的強(qiáng)度越高。另

一方面，晶粒尺寸越小，金屬的塑性和韌性也越好。這是因?yàn)榇藭r(shí)單位體積內(nèi)的晶粒數(shù)目增加后，同樣的晶格變形可以

分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，不致于造成局部某個(gè)晶粒過大變形而導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)，甚至導(dǎo)致金屬的

過早斷裂?；谶@樣的理論，工程上常將金屬中晶粒的大小作為評(píng)定金屬產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。這部分內(nèi)

容將在第九章中介紹。

從上面的論述中可以得到這樣一個(gè)結(jié)論：金屬的晶粒尺寸越小越好。金屬晶粒尺寸的大小與它液態(tài)凝固時(shí)的條件、

壓力加工變形方法、熱處理方法等因素有很大關(guān)系。采用合理的凝固條件、壓力加工變形方法和熱處理方法，可以獲得

良好的晶粒尺寸。本節(jié)主要講凝固條件對(duì)金屬晶粒度的影響，而熱處理及壓力加工變形方法對(duì)晶粒度的影響將放在第九

章中講述。

（二）鈍金屬的結(jié)晶過程

物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫做凝固。金屬凝固時(shí)因?yàn)榘殡S著晶體的形成，故稱這種凝固過程為結(jié)晶。結(jié)晶的過程

實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程。液體金屬溫度較高，也就是說其自由能較高，當(dāng)金屬冷卻凝固時(shí)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)降低其自

由能的過程。當(dāng)金屬溫度降低到其凝固點(diǎn)時(shí)，結(jié)晶便開始。由熱動(dòng)力學(xué)理論可知，實(shí)際開始結(jié)晶的溫度應(yīng)低于金屬的凝

固點(diǎn)，以此獲得一個(gè)結(jié)晶降能的足夠動(dòng)力，通常把這個(gè)溫度差叫做過冷度。過冷度越大，降能過程獲得的動(dòng)力越大，此

時(shí)結(jié)晶過程進(jìn)行的越快。

結(jié)晶總是首先從高熔點(diǎn)物或局部過冷度較大的地方開始。較高熔點(diǎn)物因其凝固點(diǎn)較高而首先凝固，而獲得較大過冷

度的局部金屬也將首先凝固，通常把首先凝固的細(xì)小顆粒叫做晶核。晶核形成之后，由于固體表面散熱快，故結(jié)晶將圍

繞晶核進(jìn)行，使晶核長(zhǎng)大，直到各晶粒相互接觸并完成結(jié)晶。由此也可以說，結(jié)晶的過程就是晶核形成和成長(zhǎng)的過程。

金屬中高熔點(diǎn)成分越多，形成的晶核就越多，得到的結(jié)晶晶粒尺寸就越小。結(jié)晶過程的過冷度越大，同時(shí)生成的晶核數(shù)

量也越多，而且因晶粒成長(zhǎng)的時(shí)間較短，故得到的結(jié)晶晶粒尺寸就越小。因此，工程上往往在一些材料中有意加入一些

高熔點(diǎn)元素，或者有意加快冷卻速度，以期得到晶粒較細(xì)的組織。

圖3-3給出了鑄件的結(jié)晶組織。從圖中可以看

出，外側(cè)靠近模型的部分，由于開始時(shí)模具溫度比

較低，結(jié)晶過冷度大，此時(shí)形核量大，故得到的是

細(xì)晶粒組織。隨著模具溫度升高，形核量減少，此

時(shí)主要是晶核長(zhǎng)大過程。而由于垂直模壁方向的散

熱條件好，故晶核優(yōu)先在垂直于模壁方向長(zhǎng)大，從

而形成柱狀晶粒組織。柱狀晶粒有時(shí)會(huì)因晶體的棱

角處散熱快而沿棱角發(fā)展，最終得到的晶粒呈樹枝

狀，故稱之為枝晶組織。由于枝晶組織塑性較差，圖3-3鑄造組織

壓力加工時(shí)易斷裂，故它是不希望得到的組織。工

程上，對(duì)一些重要的管道元件要限制這種組織的大小和數(shù)量。鑄件中心是最后凝固結(jié)晶的部分，此時(shí)

的金屬散熱很慢，結(jié)晶過冷度較小，晶核的形成和成長(zhǎng)均比較慢，而且無方向性，故得到的是粗大晶粒組織。粗大晶粒

組織使得金屬的強(qiáng)度、韌性、塑性均比較低。

值得一提的是，當(dāng)結(jié)晶將要進(jìn)行完畢時(shí)，最后凝固的液體會(huì)因?yàn)榈貌坏戒撘旱难a(bǔ)充而出現(xiàn)縮孔，縮孔往往出現(xiàn)在鑄

件的上部。當(dāng)金屬中存在低熔點(diǎn)的雜質(zhì)元素（對(duì)合金則是低熔點(diǎn)成分）時(shí)，會(huì)在金屬內(nèi)部形成許多分散的微小孔除，通

常稱之為疏松。疏松產(chǎn)生的原因是這樣的：基體成分優(yōu)先結(jié)晶并長(zhǎng)大，當(dāng)各晶粒凸出部分相互接觸后，會(huì)隔斷雜質(zhì)（低

熔點(diǎn)）成分的鋼液，而當(dāng)這部分鋼液最后冷卻時(shí)因得不到補(bǔ)充而形成疏松。如果這些雜質(zhì)成分被集中在某個(gè)區(qū)域（一般

是在較后冷卻的部分），形成一個(gè)成分和性能有別于基體金屬的局部組織，通常稱這種現(xiàn)象叫做偏析。如果此時(shí)的雜質(zhì)

成分是非金屬，則形成非金屬物夾雜。疏松、偏析和非金屬物夾雜均對(duì)金屬的強(qiáng)度不利，工程上對(duì)這些缺陷的存在或量

的多少均應(yīng)進(jìn)行限制，詳細(xì)內(nèi)容將在第九章中介紹。疏松、偏析和非金屬物夾雜既可出現(xiàn)在鑄件的上部最后冷卻部分，

也可能出現(xiàn)在鋼材內(nèi)部。鑄件中除可能出現(xiàn)上述的缺陷外，還可能出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾砂、鑄造應(yīng)力等缺陷。該部分也

將在第九章中介紹。

（三）合金的微觀結(jié)構(gòu)

通過熔煉、燒結(jié)或其它方法將一種金屬元素同?種或幾種其它元素結(jié)合在一起并形成一種具有金屬特性的新物質(zhì)稱

為合金。這里講的合金與通常所說的合金鋼不一樣，合金是指廣義上的兩種或兩以上的元素形成的具有金屬特性的物質(zhì)。

而合金鋼是指在碳鋼中加入一些合金元素（除鐵以外的其它金屬元素）以形成具有特殊性能的金屬物質(zhì)。

合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程要比鈍金屬?gòu)?fù)雜的多。為了便于介紹，先給出幾個(gè)基本概念：

a、組元：指組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。組元不單是指元素，也可以是化合物。

b、相：指鈍金屬或合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)并以界面互相分開的、均勻的組成部分。這里的界面并非

指晶界，即一個(gè)晶粒內(nèi)也可以有多個(gè)相，而多個(gè)晶粒也可以屬同一個(gè)相。

c、系：指相同或大致相同的組元以不同的結(jié)合比例而組成的一系列合金的集合。例如，0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,

0Cr18Ni10Ti,0Cr17Ni12M。2等就是同一系合金，常稱做300系列不銹鋼。由此可以說，自然的鈍金屬是有數(shù)的，而

合金則是無數(shù)的。

d、組織：指組成合金的各相在空間上的配置情況。它與合金的相既有聯(lián)系，又有區(qū)別。所渭的聯(lián)系是指組織是由

相組成的。所謂的區(qū)別是指即使相同的合金相，如果其配置不同，得到的組織也是不相同的。合金的組織不同，其性能

也不一樣。換句話說，合金的性能受其組織的影響。

固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的特征不同，可分為兩大類：其一為固溶體，其二為金屬化合物。

如果相的晶格結(jié)構(gòu)與合金的某一組元的晶格結(jié)構(gòu)相同，其它組元?jiǎng)t包含其中，這樣的相稱之為固溶體。固溶體中保

留原晶格結(jié)構(gòu)的組元叫做溶劑，而溶入溶劑中的組元稱為溶質(zhì)。根據(jù)溶質(zhì)在溶劑晶格中所占據(jù)的位置不同可將固溶體分

為置換固溶體和間隙固溶體兩種。當(dāng)溶質(zhì)原子代替?部分溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的位置時(shí)，形成的固溶體叫做置換

固溶體。而當(dāng)溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑的晶格位置，而是嵌入溶劑原子之間的空隙中，此時(shí)所得到的固溶體叫做間隙固溶

體。一般情況下，當(dāng)溶質(zhì)的原子直徑比溶劑小很多時(shí)，得到的固溶體往往是間隙固溶體。不難理解，在間隙固溶體中，

溶質(zhì)在溶劑中的溶解量是有限度的，即直到溶質(zhì)原子填滿溶劑的空隙為止。其溶解的量常用溶解度來表示，溶解度等于

溶質(zhì)的重量與固溶體總重的百分比。間隙固溶體往往使得金屬的強(qiáng)度升高，而塑性和韌性下降，這是因?yàn)槿苜|(zhì)原子嵌入

溶劑晶格之間的空隙中，起“釘扎”作用，使溶劑晶格難以變形所致。通常所說的金屬氫脆現(xiàn)象正是基于這樣的一個(gè)機(jī)

理。

如果各組元以一定的原子數(shù)量比結(jié)合在一起形成一種具有金屬特性的新相，而且新相的品格結(jié)構(gòu)與其組元中任一組

元的晶格都不同，那么該新相就叫做金屬化合物。根據(jù)形成的條件不同可將金屬化合物分為正常價(jià)化合物、電子化合物

和間隙化合物三種。其中，正常價(jià)化合物符合化學(xué)理論中的原子價(jià)規(guī)律，各組元的成分比例是固定的；電子化合物則不

符合原子價(jià)規(guī)律，其各組元的比例是由電子濃度支配的；間隙化合物既具有間隙溶解的性質(zhì)，又具有化學(xué)結(jié)合的性質(zhì)，

如鋼材的滲鋁、滲氮、滲硼等。一般情況下，金屬化合物中的各組元是靠化學(xué)健或化學(xué)健與其它健共同作用結(jié)合的，故

它具有高強(qiáng)度、高硬度、高熔點(diǎn)、高脆性的特點(diǎn)。

（四）合金的結(jié)晶過程

由于合金是由多組元組成的，各組元的熔點(diǎn)不同，配置比例不同，結(jié)晶時(shí)的冷卻速度不同，最終得到的結(jié)晶組織也

不同。因此合金的結(jié)晶過程要比鈍金屬?gòu)?fù)雜的多。為了便于介紹，也首先介紹幾個(gè)基本概念：

a、相平衡：指合金中參于結(jié)晶或相變過程的各相之間的相對(duì)重量和相的濃度處于相對(duì)穩(wěn)定而達(dá)到的一種能量平衡。

b、相圖：指一個(gè)以溫度為縱坐標(biāo)，以組元成分為橫坐標(biāo)，表明合金系中各個(gè)合金在不同溫度下的組成、以及相與

相之間平衡關(guān)系的圖形。相圖在金屬加工和工程應(yīng)用中是一個(gè)很重要的工具，從相圖中可以查到合金的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)；

根據(jù)相圖可以確定合金熱加工時(shí)的加熱溫度和熱處理溫度；相圖表明了合金的成分及基本組織，由此可以預(yù)測(cè)合金的性

能。

c、共晶反應(yīng)：指在結(jié)晶過程中，從一成分固定的合金溶液中同時(shí)結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)皆不相同的固相的過程。

共晶反應(yīng)是一個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變過程。

d、共析反應(yīng)：指在冷卻過程中，從一均勻一致的固相中同時(shí)析出兩種化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)皆不相同的新固相的過程。

共析反應(yīng)也是一個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變過程。

e、次生相：指從固相中析出的相結(jié)構(gòu)有別于母相的小晶體。它是由于液態(tài)和固態(tài)情況下溶劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度不一

樣，而冷卻速度又快，致使共晶反應(yīng)進(jìn)行不徹底造成的。一個(gè)組織中，如果次生相較多，會(huì)造成材料的彌散硬化現(xiàn)象。

因?yàn)榇紊嗪凸参鼋M織都是在溫度較低的固相轉(zhuǎn)變中得到的組織，此時(shí)原子擴(kuò)散困難，故得到組織為細(xì)晶粒組織。

「偏析：指由于合金中各組元的溶點(diǎn)不同，結(jié)晶的快慢也不同，從而形成晶內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。如果偏析發(fā)

生在技晶上，則為枝晶偏析。前面已經(jīng)講過，鈍金屬的偏析一般是由雜質(zhì)引起的，而合金則可能因各組元的熔點(diǎn)不同而

造成，故相對(duì)于鈍金屬，合金更容易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。合金中的偏析會(huì)影響其機(jī)械性能和耐蝕性，故一般要通過熱處理進(jìn)

行消除或改善。

下面就以鐵碳合金相圖為例介紹合金的結(jié)晶過程。

圖3-4給出了鐵碳合金的相圖。

圖3—4鐵碳合金相圖

該相圖中有兩個(gè)組元，即鐵（Fe）和滲碳體（Fe3C）?其中，F(xiàn)e的性能表現(xiàn)為強(qiáng)度和硬度較低，而塑性和韌性較好;

Fe3c為具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，其性能表現(xiàn)為硬而脆。該相圖中有四個(gè)基本相，即液相（L）、鐵素體（a）、奧氏

體（r）和滲碳體（Fe3C）,此外還有一個(gè)次生相即珠光體（P）。其中，鐵素體為碳在“-Fe中的間隙固溶體，它具有體

心立方晶格，溶碳量較少，室溫溶碳量為0.008%,屬常溫組織；奧氏體（r）為碳在r-Fe中的間隙固溶體，具有面心立

方晶格結(jié)構(gòu)，溶碳量較大，屬高溫組織。奧氏體具有良好的塑性，故金屬熱變形加工多是在這種相狀態(tài)下進(jìn)行的；滲碳

體（Fe3C）為金屬鍵及化學(xué)鍵結(jié)合的化合物，性能如上介紹，屬于常溫組織；珠光體（P）為鐵素體和滲碳體的兩相機(jī)

械混合物，它既具有良好的強(qiáng)度和硬度，又具有良好的塑性和韌性，屬常溫穩(wěn)定組織。含碳量大于2.06%的合金組織以

及高溫下的S-Fe組織在工程上已無太大的意義，故省略介紹。

相圖中，A點(diǎn)為鈍鐵的熔點(diǎn)（1534'C）,C點(diǎn)為奧氏體和滲碳體的共晶點(diǎn)（1147'C）,D點(diǎn)為滲碳體的熔點(diǎn)（1600C）,

S點(diǎn)為鐵素體和滲碳體的共析點(diǎn)（723C）?GS線為亞共析鋼（含碳量小于0.8%的鐵碳合金）加熱時(shí)鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)

變的終了溫度線，或者冷卻時(shí)奧氏體向鐵素轉(zhuǎn)變的開始溫度線，通常稱之為小線。因?yàn)橄嘧儗?duì)過冷度和過熱度的需要,

通常將加熱時(shí)的A3線叫做Ac3線，將冷卻時(shí)的用線叫做Ar3線；ES線為過共析鋼（含碳量大于0.8%但小于2.06%的

鐵碳合金）加熱時(shí)滲碳體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度線，或冷卻時(shí)奧氏體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始溫度線，通常稱之為Acm線。

同理，考慮過熱度和過冷度的問題，將加熱時(shí)的Acm線叫做Accm線，將冷卻時(shí)的Acm線叫做Arcm線；PSK線為加熱時(shí)

珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度線，或冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱之為Ai線。同理，加熱時(shí)的Al線叫做

Ad線，冷卻時(shí)的A,線叫做Ar1線。

從相圖中可以看出，亞共析鋼的常溫組織為（a+P）o當(dāng)其含碳量較小時(shí)，它的組織成分主要是鐵素體和一些少量

的珠光體，此時(shí)材料的塑性和韌性較好，強(qiáng)度和硬度較低。隨著含碳量的增加，鐵素體量減少，而珠光體量增加，此時(shí)

材料的塑性和韌性降低，強(qiáng)度和硬度升高；當(dāng)含碳量增加到0.8%時(shí)，得到的合金叫做共析鋼。此時(shí)合金的常溫組織全

部為珠光體組織，材料的性能表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性均較好；繼續(xù)增加含碳量，即合金中的含碳量大于0.8%

時(shí)，得到的合金叫做過共析鋼。過共析鋼的常溫組織中開始出現(xiàn)滲碳體，而且滲碳體隨著含碳吊:的增加而增加，珠光體

則隨著含碳量的增加而減少。此時(shí)材料的性能表現(xiàn)為強(qiáng)度和硬度繼續(xù)升高，而塑性和韌性則大幅度下降；當(dāng)含碳量增加

到2.06%時(shí)，合金的常溫組織則是以滲碳體為網(wǎng)絡(luò)骨架的組織，此時(shí)材料的強(qiáng)度、塑性和韌性均較差；含碳M超過2.06%

時(shí)，此時(shí)的合金已成為鑄鐵。

現(xiàn)在就以工程上常用的20鋼（平均含碳H為0.2%）為例，根據(jù)鐵碳合金相圖來看下其結(jié)晶的過程。

20鋼在點(diǎn)以上時(shí)為液體（L）。冷卻至稍低于點(diǎn)的溫度時(shí)開始從液相中結(jié)晶出（5-Fe。冷卻至點(diǎn)溫度以下時(shí)，發(fā)

生包晶反應(yīng)（由已結(jié)晶的固溶體和其周圍尚未結(jié)晶的液體相互作用而生成一種新的固溶體的過程）生成奧氏體。繼續(xù)冷

卻至點(diǎn)以下時(shí)，發(fā)生奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變。至點(diǎn)以下溫度時(shí)，剩余的奧氏體通過共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變成珠光體。故20鋼

常溫得到的組織為鐵素體+珠光體（a+P）?

20鋼作為鑄件時(shí)，也有出現(xiàn)柱狀組織、枝晶組織、氣孔、縮松、偏析和非金屬物夾雜等鑄造缺陷的傾向。這一結(jié)論

對(duì)其它合金也同樣適用，它是?般鑄件普遍具有的缺陷。通過改善鑄造條件可消除或減少這些缺陷對(duì)鋼材性能的影響，

詳見第九章中的介紹。20鋼的偏析常常是由鋼中的雜質(zhì)元素磷（P）、碑（As）,睇（Sb）等造成，非金屬物夾雜則常常

是由雜質(zhì)元素硫（S）、氧（0）等形成的非金屬化合物造成。這些雜質(zhì)在工程上常對(duì)其含里加以限制，一般硫（S）、磷

（P）含量不應(yīng)超過0Q35%。20鋼在鑄造時(shí)除易出現(xiàn)上述缺陷外，還常出現(xiàn)其特有的粗大魏氏組織，即此時(shí)鐵素體沿

晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)。魏氏組織使20鋼的塑性和韌性都大大下降。

（五）過冷度對(duì)合金組織的影響

前面講述了純金屬及鐵碳合金的結(jié)晶過程以及最終的結(jié)晶組織，但這些組織都是理想化的組織。也就是說合金的結(jié)

晶是在共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)徹底完成的理想冷卻條件下進(jìn)行的。事實(shí)上，這種理想狀態(tài)是不存在的。如果結(jié)晶過程中過

冷度較大，結(jié)晶過程進(jìn)行的較快，那么在溫度降到A“以下時(shí)，仍留有部分奧氏體沒有來得及轉(zhuǎn)變成鐵素體、珠光體或

滲碳體，此部分奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體在低于A”以下時(shí)仍將繼續(xù)轉(zhuǎn)變，而且在不同的溫位，轉(zhuǎn)變后得到

的組織是不同的。這些組織將對(duì)合金的性能產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至產(chǎn)生較大的影響，故對(duì)這個(gè)問題有必要作進(jìn)一步的介紹。

在第九章中講到的熱處理，也將用到這些理論。

1、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

假如完全控制著冷卻溫度，那么在Ad以下，過冷奧氏體在不同的溫度下將發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變。

如果將冷卻溫度控制在A廣550C,則發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變，即珠光體型轉(zhuǎn)變。由于滲碳體熔點(diǎn)較高，它首先形核，隨著

核心的成長(zhǎng)，周圍的奧氏體因貪碳而轉(zhuǎn)變成鐵素體，鐵素體周圍又因富碳而形成滲碳體，如此反復(fù)即形成一層滲碳體、

一層鐵素體相間的機(jī)械混合物，該機(jī)械混合物即為珠光體。但因轉(zhuǎn)變溫度的差異，得到的珠光體粗細(xì)也不同。溫度較高

時(shí)，因鐵和碳的擴(kuò)散能力強(qiáng)，形成的珠光體較粗大。通常把在A「650'C溫度范圍內(nèi)得到的珠光體組織叫做正常珠光體，

在650C~600c溫度范圍內(nèi)得到的珠光體組織叫做索氏體，在600C~550c溫度范圍內(nèi)得到的珠光體叫做屈氏體。顯然，

屈氏體組織要比索氏體組織細(xì)，索氏體組織要比正常珠光體組織細(xì)。而其表現(xiàn)出的機(jī)械性能也是屈氏體優(yōu)于索氏體，索

氏體優(yōu)于正常珠光體。

如果將轉(zhuǎn)變溫度控制在550C~Ms（馬氏體轉(zhuǎn)變溫度），則發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變，即貝氏體型轉(zhuǎn)變。貝氏體為在鐵素體中析

出許多細(xì)小的滲碳體而形成的組織。此時(shí)由于轉(zhuǎn)變溫度較低，鐵原子擴(kuò)散困難，僅有碳子擴(kuò)散而造成。在不同的溫度下,

得到的貝氏體形態(tài)是不一樣的。在550“C~350c溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時(shí)，得到的組織為上貝氏體組織，此時(shí)的貝氏體形狀呈

羽毛狀。這種組織較粗大，致使材料的強(qiáng)度和硬度都不高，而塑性和韌性也不好，故工程上不希望得到這種組織；若在

35O'C~Ms溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時(shí)，得到的組織為下貝氏體組織。下貝氏體的形態(tài)呈針葉狀。此時(shí)由于碳化物的彌散硬化作

用使得材料的性能比較好，即強(qiáng)度和韌性都比較好。

如果將轉(zhuǎn)變溫度控制在Ms（約230C）以下，則發(fā)生低溫轉(zhuǎn)變，即馬氏體轉(zhuǎn)變。此時(shí)由于轉(zhuǎn)變溫度很低，鐵原子和

碳原子的擴(kuò)散都非常困難，轉(zhuǎn)變后碳以過飽和的方式溶于a-Fe中，通常把碳在a-Fe中的過飽和固溶體叫做馬氏體。

馬氏體的形態(tài)受合金含碳量的影響也呈多種行狀存在，常見形狀有兩種，其一為板條狀馬氏體（C<0.2%時(shí)），其二是

片狀馬氏體（C>1.0%時(shí)）。它們的晶格結(jié)構(gòu)呈高密度錯(cuò)位，從而導(dǎo)致材料的組織不穩(wěn)定性，并產(chǎn)生較大的結(jié)晶應(yīng)力，

最重要的是組織中的過飽和碳原子和高密度的晶格缺陷交互作用，導(dǎo)致了材料的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性和韌性急劇下

降。

2、自然冷卻情況下的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變

自然冷卻情況下，轉(zhuǎn)變溫度將跨過上述的各個(gè)溫度區(qū)間，而又不在哪個(gè)特定區(qū)間停留足夠的時(shí)間，故過冷奧氏體在

任何特定溫度區(qū)間的轉(zhuǎn)變都是不徹底的。因此，自然冷卻情況下得到的組織即不完全屬于珠光體組織，又不完全屬于貝

氏體組織，也不完全屬于馬氏體組織，而是三者皆有，只不過對(duì)不同的材料，三者的比例和對(duì)材料性能的影響不同而已。

從前面的分析中可知，過冷奧氏體在不同溫度下的轉(zhuǎn)變所得到的組織，有的對(duì)材料性能是有利的，有的是不利的。

對(duì)某些材料，自然冷卻情況下得到的組織可能是不利的，此時(shí)可通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，即通過控制轉(zhuǎn)變溫度，從而可以獲

得有利的組織而避開不利的組織。

3、過冷度的影響

過冷度越大，奧氏體在高溫下（As以上）轉(zhuǎn)變的時(shí)間越短，那么產(chǎn)生的過冷奧氏體量越多，使得低溫（AH以下）

轉(zhuǎn)變得到組織越多，尤其是得到的馬氏體組織越多。因此常說的淬火（急冷）易到淬硬馬氏體組織的原因正在于此。對(duì)

于淬火組織，一般要再進(jìn)行一次高溫回火處理，使馬氏體分解并在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。需要說明的是，不同的材料，

其珠光體、貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度是不同的，因此導(dǎo)致了不同材料其熱處理溫度也不同，有關(guān)熱處理的知識(shí)將在第

九章中介紹。

二、金屬材料的基本性能

在前面的介紹中，曾多次提到金屬的成分、組織、晶體結(jié)構(gòu)等對(duì)材料的性能有影響，那么，材料的性能究竟都包括

那些內(nèi)容呢？看起來有必要先介紹一下材料的基本性能和反映這些性能的參數(shù)指標(biāo)，才能更好地去分析理解有關(guān)的金屬

理論，并有意識(shí)地采取措施以獲得所希望的性能，或者根據(jù)材料的基本性能去指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)選材。金屬材料的基本性能

?般包括以下五個(gè)方面：機(jī)械性能、耐腐蝕性能、物理性能、制造工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。

（-）機(jī)械性能

材料的機(jī)械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和過度變形的能力。它包括材料的強(qiáng)度指標(biāo)、彈性指標(biāo)、塑性

指標(biāo)、韌性指標(biāo)、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度和硬度等。

1、強(qiáng)度指標(biāo)

材料的強(qiáng)度指標(biāo)是決定其許用應(yīng)力值的依據(jù)。設(shè)計(jì)中常用的有拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切的強(qiáng)度極限小和屈服

極限Gs,高溫時(shí)還要考慮蠕變極限Gn和高溫持久極限

強(qiáng)度極限小是指材料在外力的作用下，由開始加載到斷裂時(shí)為止所能承受的最大應(yīng)力。它是反映材料抵抗大量均勻

塑性變形的強(qiáng)度指標(biāo)。

屈服強(qiáng)度Gs是指材料在外力的作用下，由開始加載到剛出現(xiàn)塑性變形時(shí)所承受的應(yīng)力。它是反映材料抵抗微量塑性

變形的強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)某些材料，在加載試驗(yàn)時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變圖中沒有明顯的屈服平臺(tái)，此時(shí)就以產(chǎn)生02%塑性變形時(shí)

的應(yīng)力作為該種材料的屈服極限，并用。02表示。

蠕變極限仇是指在一定的溫度條件下，材料受外力作用在經(jīng)歷10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生的塑性變形量為1%時(shí)的應(yīng)力。

高溫持久極限GD是指在一定的溫度條件下，材料受外力作用在經(jīng)歷10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力。蠕變極限Gn和

高溫持久極限均是高溫下材料抵抗破壞的強(qiáng)度指標(biāo)。

2、彈性指標(biāo)

彈性指標(biāo)是穩(wěn)定性計(jì)算的主要依據(jù)，它包括的參數(shù)主要有彈性ME等。

彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)

于普通彈簧中的剛度。

3.塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)

塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)是材料受沖擊載荷作用時(shí)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)，也是低溫或超低溫條件下對(duì)材料使用性考核的一個(gè)

重要指標(biāo)。其中，塑性指標(biāo)包括的參數(shù)主要有材料的延伸率6、斷面收縮率。。韌性指標(biāo)包括的參數(shù)主要有材料的沖擊

韌性ak和沖擊功Ak等。

延伸率6是指試樣發(fā)生拉伸破壞時(shí)，產(chǎn)生的塑性變形量與原試樣長(zhǎng)度比值的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)所選試樣長(zhǎng)度是試樣直徑

的5倍還是10倍，延延率B分別有B5和310兩個(gè)數(shù)據(jù)。斷面收縮率。是指試樣發(fā)生拉伸破壞時(shí)，其縮頸處的橫截面積

縮小量與試樣原橫截面積比值的百分?jǐn)?shù)。延伸率和截面收縮率均是反映材料塑性的指標(biāo)。一般情況下，85<5%的材料為

脆性材料。

沖擊功4是指試樣在進(jìn)行缺口沖擊試驗(yàn)時(shí)，擺錘沖擊消耗在試樣上的能量。而消耗在試樣單位截面上的沖擊功就是

沖擊韌性ako它們是反映材料抗沖擊載荷破壞的性能指標(biāo)，或者說是反映材料韌性的個(gè)性能指標(biāo)。

由于沖擊功僅為試樣缺口附近參加變形的體積所吸收，而此體積通常又無法測(cè)量，且在同一斷面上每?部分的變形

也不一致，因此用單位截面積上的沖擊功（即沖擊韌性）ak來判斷材料韌性的方法在國(guó)內(nèi)外已逐漸被淘汰，而應(yīng)用較

多的則是沖擊功Ak。

材料的塑性指標(biāo)和韌性指標(biāo)與其強(qiáng)度指標(biāo)和彈性指標(biāo)不同，它們不直接參與力學(xué)計(jì)算，而僅僅定性地反映材料的性

能。

4、疲勞強(qiáng)度

疲勞強(qiáng)度是指材料在交變應(yīng)力的作用下，發(fā)生破壞時(shí)的最大應(yīng)力，通常用疲勞持久極限來衡員，即材料在交變應(yīng)力

的作用下，經(jīng)過無數(shù)次（一般規(guī)定大于1。6次-1（）7次）的應(yīng)力循環(huán)也不會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力。它是反映材料抗

交變應(yīng)力破壞的強(qiáng)度指標(biāo)。

5、斷裂韌度

斷裂韌度是指材料在受力狀態(tài)下，內(nèi)部的裂紋剛剛擴(kuò)展時(shí)其裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到的臨界值。如果應(yīng)力強(qiáng)度因子超

過這一臨界值（即斷裂韌度），裂紋將會(huì)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂。斷裂韌度是判斷材料內(nèi)部裂紋危險(xiǎn)性的一個(gè)指標(biāo)，該指

標(biāo)常被用在斷裂力學(xué)設(shè)計(jì)中，或者用于在役壓力管道的可靠性和剩余壽命的評(píng)估上。

6、硬度

硬度是指材料抵抗外物壓入的能力，或者說是材料抵抗局部塑性變形的能力。材料硬度高時(shí)，其耐磨性也好。材料

的硬度除了與其化學(xué)成分有關(guān)外，還與它的熱處理狀態(tài)、金相組織、加工或焊接殘余應(yīng)力等有關(guān)，故工程上常用檢查硬

度的辦法檢驗(yàn)材料熱處理的效果，也用它來檢驗(yàn)焊接殘余應(yīng)力的存在程度。?般情況下，材料的布氏硬度與其強(qiáng)度之間

有著下列近似關(guān)系：

低碳鋼：ab=0.36HB

高碳鋼：ob=0.34HB

調(diào)質(zhì)合金鋼：。b=0.325HB

（~）耐腐蝕性能（化學(xué)性能）

金屬材料在特定的介質(zhì)環(huán)境中，會(huì)遭受腐蝕。腐蝕不僅會(huì)造成金屬的損失，更重要的是會(huì)導(dǎo)致金屬的破壞，從而威

脅到壓力管道的安全。事實(shí)已證明，許多壓力管道的破壞都與材料的腐蝕有關(guān)。

石油化工生產(chǎn)過程中所處理的物料大多數(shù)是對(duì)金屬材料有腐蝕的物質(zhì)，因此材料對(duì)介質(zhì)的抗腐蝕性就成了選擇材料

的重要依據(jù)。例如I,材料的選擇應(yīng)避免應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，因?yàn)樗鼤?huì)帶來壓力管道在不可預(yù)知的情況下突然斷裂，從而導(dǎo)

致重大事故的發(fā)生；選用的材料應(yīng)有足夠的抗介質(zhì)均勻腐蝕的能力，以便材料不致于在短時(shí)間內(nèi)因腐蝕造成的管道壁厚

急劇減薄而失效。等等。這些方面的內(nèi)容將在本章第二節(jié)中詳細(xì)論述。

（三）物理性能

3

材料的物理性能主要是指其密度g（kg/m）、導(dǎo)熱系數(shù)Mkcal/m.C.h）、比熱（kcal/kg.℃）、熔點(diǎn)心（℃）、線膨脹系

數(shù)a（1/C）,彈性模量E和比重q等。不同的使用條件，對(duì)其物理性能有不同的要求。為了便于設(shè)計(jì)人員查找有關(guān)資

料，特將有關(guān)常用金屬材料的物理參數(shù)列于附錄F3-1。

（四）制造工藝性能

材料的制造工藝性能主要是指其切削加工性、可鑄性、可鍛性、可焊性和熱處理性能等。它也是影響材料選擇的一

個(gè)重要因素，例如，滲鋁材料是一種抗硫腐蝕比較好而又相對(duì)廉價(jià)的材料，但因其焊接問題尚未解決好，使用范圍便受

到了限制，以至到目前尚不能用在壓力管道上。

1、切削加工性能

它是反映金屬及合金進(jìn)行冷機(jī)械切削加工難易程度的一個(gè)指標(biāo)。一般情況下，常用金屬材料的切削加工性能由好到

差的順序是這樣的：鋁合金及鎂合金〉銅合金〉一般鑄鐵＞碳素鋼〉合金鋼＞奧氏體不銹鋼。

2、可鑄性

它是指液體金屬在鑄造過程中的流動(dòng)性和凝固時(shí)的收縮性以及產(chǎn)生鑄造缺陷的傾向性。常用的金屬材料中，鑄鐵的

鑄造性較好，而鑄鋼的鑄造性則較差，合金鋼的鑄造性更差。

3、可鍛性

它是指金屬材料通過鍛造等壓力加工方式而成形的能力。一般情況下，金屬材料的可鍛性包括其塑性變形抗力、金

屬固態(tài)流動(dòng)性、對(duì)模具的摩擦力、對(duì)氧化起皮的抗力、熱裂傾向等性能。脆性材料無可鍛性。

4、可焊性

它是指金屬材料通過常規(guī)的焊接方法和焊接工藝而獲得良好焊接接頭的性能。良好的焊接接頭是指不易產(chǎn)生焊接缺

陷如裂紋、氣孔、夾雜等，且焊接接頭的機(jī)械性能接近母材的焊接接頭。焊接是壓力管道中最常用的連接方式之一，因

此可焊性也是影響材料選用的一個(gè)重要因素。

5、熱處理性能

金屬的熱處理性能是指材料在熱處理過程中表現(xiàn)出的淬硬性、淬透性、變形、開裂、氧化、脫碳的傾向及晶粒長(zhǎng)大

的傾向等。

(五)材料的經(jīng)濟(jì)性

材料的選擇是不能脫離經(jīng)濟(jì)性這個(gè)杠桿作用的，這就是工程材料研究與一般材料研究區(qū)別的顯著標(biāo)志。設(shè)計(jì)選材既

要可靠，又要經(jīng)濟(jì)，能用低等級(jí)材料時(shí)就不要選用高等級(jí)材料。對(duì)材料的制造要求也應(yīng)適當(dāng)，要結(jié)合使用條件來規(guī)定各

項(xiàng)檢查試驗(yàn)要求。例如，對(duì)于加工性能良好的材料，或者制造商制造水平較高時(shí)，或者應(yīng)用條件比較緩和時(shí)，就不必再

提出許多超出制造標(biāo)準(zhǔn)要求的附加檢驗(yàn)項(xiàng)目，較多的附加檢查試驗(yàn)要求是不經(jīng)濟(jì)的。

對(duì)于每?種金屬材料來說，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時(shí)，只能揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，避開

其缺點(diǎn)，使之物盡其用。通過了解這些基本性能，對(duì)正確選用材料，提出適宜的制造技術(shù)要求，做到既經(jīng)濟(jì)又可靠的設(shè)

計(jì)是非常有必要的。

三、溫度對(duì)金屬材料性能的影響

金屬材料處于不同的溫度環(huán)境時(shí)，其性能將發(fā)生一系列的變化。了解這些變化，對(duì)于確定材料應(yīng)用條件和正確選用

材料是必須的。實(shí)際的工程實(shí)踐也證明，溫度條件是影響設(shè)計(jì)選材的一個(gè)重要條件，甚至在許多情況下，溫度條件是確

定選材的決定條件。然而，溫度對(duì)材料性能的影響是多方面的。以腐蝕為例，許多腐蝕的發(fā)生都與溫度條件有關(guān)，而且,

不同的溫度條件，腐蝕發(fā)生的機(jī)理、形態(tài)、速度等都不一樣。有關(guān)腐蝕與溫度的關(guān)系將在本章第三節(jié)中介紹，在這里僅

介紹在高溫和低溫條件下，材料性能發(fā)生的一些變化。

(-)金屬材料在高溫下的性能變化

在高溫作用下，金屬原子間的自由電子獲得了外界的能量，其活動(dòng)范圍擴(kuò)大，使原子間的"粘結(jié)力”減小，晶格錯(cuò)

位容易進(jìn)行，從而使金屬材料的強(qiáng)度下降，而塑性和韌性升高。高溫下材料許用應(yīng)力降低的原因就源于此。

1、材料的蠕變及應(yīng)力松馳

當(dāng)材料的使用溫度超過其熔點(diǎn)的(0.25~0.35)倍時(shí)，金屬的性能已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)若在外力的作用下，會(huì)

出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：雖然材料的應(yīng)力不再增加，但其變形卻隨著時(shí)間的增加而繼續(xù)增大，而且出現(xiàn)了不可恢復(fù)的塑性變

形。通常把這種現(xiàn)象稱做材料的蠕變。一般情況下，對(duì)碳素鋼來說，考慮蠕變發(fā)生的起始溫度為400C,對(duì)格鋁合金鋼

則為450,C。

與蠕變現(xiàn)象相反，當(dāng)材料受高溫和外力的持續(xù)作用時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：材料的總應(yīng)變量不變，但由于發(fā)

生蠕變，使其中部分彈性變形轉(zhuǎn)化成「塑性變形，從而導(dǎo)致彈性應(yīng)力降低，即意味著金屬材料被“放松"九材料的這

種現(xiàn)象稱做應(yīng)力松馳。應(yīng)力松馳實(shí)際上是蠕變發(fā)生的另一種表現(xiàn)形式。高溫下工作的螺栓常因應(yīng)力松馳而導(dǎo)致法蘭泄漏，

所以此時(shí)應(yīng)選用抗蠕變能力高的銘鋁鋼材料作為高溫螺栓材料。對(duì)于加工殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力，由于應(yīng)力松馳而使

其減弱或釋放，從而可減緩或消除它們帶來的不利影響。

2、材料的球化和石墨化

在高溫作用下，碳鋼中的滲碳體由于獲得能用而將發(fā)生遷移和聚集，形成晶粒粗大的滲碳體并夾在鐵素體內(nèi)，尤其

是對(duì)于珠光體碳鋼，其滲碳體會(huì)由片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀。這種現(xiàn)象稱為材料的球化。球化的結(jié)果使得材料的抗蠕變能力

和持久強(qiáng)度下降，而塑性增加。一般情況下，碳鋼長(zhǎng)期處于450C以上溫度環(huán)境時(shí)，就有明顯的球化現(xiàn)象。

對(duì)于碳鋼和一些低合金鋼，在高溫作用下，其組織中會(huì)出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：其過飽和的碳原子發(fā)生遷移和聚集，并

轉(zhuǎn)化為石墨（石墨為游離的碳原子）。由于石墨強(qiáng)度極低，并以片狀存在于珠光體內(nèi)，將使材料的強(qiáng)度大大降低，而脆

性增加。這種現(xiàn)象稱為材料的石墨化。一般情況下，碳鋼長(zhǎng)期處于425'C以上溫度環(huán)境時(shí)，就有石墨化發(fā)生，而在475℃

以上時(shí)則明顯出現(xiàn)。為安全起見，SH3059標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，碳鋼的最高使用溫度為425C,而GB150規(guī)范則規(guī)定其最高使用

溫度為450℃。

通常，珠光體鋼的球化先于石墨化發(fā)生，當(dāng)發(fā)現(xiàn)材料中有石墨析出時(shí)，球化過程已經(jīng)過去。一般認(rèn)為，石墨化是某

些鋼球化的繼續(xù)和發(fā)展。

3、材料的高溫氧化

金屬材料處于高溫和氧化性介質(zhì)（如空氣）的環(huán)境中時(shí)，將會(huì)被氧化。氧化產(chǎn)物為疏松的非金屬物質(zhì)，容易脫落，

故有時(shí)也稱其金屬的氧化為脫皮。以碳鋼為例，當(dāng)它處于570'C的空氣中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生FeO+Fe3<D4+Fe2C）3氧化皮，該氧

化皮很容易脫落而使金屬減薄，故不受力的碳鋼一般也應(yīng)限制在560c以下工作。常用材料的抗氧化極限溫度列于表3-1。

?般情況下，壓力管道都不會(huì)以材料的抗氧化極限溫度作為使用限制，只有在很特殊的情況下（如燒焦時(shí)）才可能這樣

做。

表3-1常用金屬材料的施氧化極限溫度

鋼材牌號(hào)抗氧化極限溫度’C

碳素鋼<560

12CrMo<590

15CrMo<590

1Cr5Mo<650

0Cr18Ni9,0Cr18Ni10Ti>0Cr17Ni12Mo2<850

0Cr25Ni20<1100

（~）金屬材料在低溫下的性能變化

在低溫情況下，材料因其原子周圍的自由電子活動(dòng)能力和“粘結(jié)力”減弱而使金屬呈現(xiàn)脆性。一般情況下，對(duì)于每

種材料，都有這樣一個(gè)臨界溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于該臨界溫度時(shí)，材料的沖擊韌性會(huì)急劇降低。通常將這一臨界溫度稱

為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。為了衡量材料在低溫下的韌性，常用低溫沖擊韌性（沖擊功）來衡量，許多工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上都

給出了材料低溫沖擊韌性（沖擊功）的限制。

塑性材料在常溫下均呈塑性斷裂，斷裂前有較大的塑性變形及縮頸，斷裂過程較慢。在低溫下，塑性材料將呈現(xiàn)脆

性斷裂，它在斷裂前沒有明顯的塑性變形及縮頸，斷裂常常是突然發(fā)生。

美國(guó)人W.S.Pellini等人通過大量的試驗(yàn)研究，得到了無缺陷材料脆斷轉(zhuǎn)變溫度（NDT）的曲線（即以應(yīng)力和缺陷為

縱坐標(biāo)，以溫度為橫坐標(biāo)的曲線），在曲線的名義應(yīng)力作用下，材料不會(huì)發(fā)生脆斷。但實(shí)際的材料都是有缺陷的，溫度

的降低增加「材料內(nèi)部裂紋脆斷的危險(xiǎn)性，因此NDT與材料的原始缺陷有關(guān)，若缺陷越大，NDT越小。但NDT有個(gè)極

限，即應(yīng)力水平低于某個(gè)值時(shí)，不論溫度有多么低，也不會(huì)發(fā)生脆斷。該應(yīng)力一般為常溫屈服極限的

四、常見元素對(duì)金屬材料性能的影響

應(yīng)該說，在影響材料性能的諸多因素中，化學(xué)成分是起主要作用的。不同的元素以及它在材料中的含用:、和哪些元

素配合等都決定了材料的最基本性能。因此，了解元素在鋼中起的作用，可以幫助材料工程師了解材料的性質(zhì)。工程上

黑色金屬材料應(yīng)用的最多，故在此僅介紹黑色金屬材料。由于黑色金屬材料的基體元素是鐵（Fe）,所以對(duì)材料性能的

影響主要是指鐵以外的其它元素。

（-）常用碳素鋼中各元素對(duì)其性能的影響

壓力管道中除螺栓材料外，常用的碳素鋼為含碳量小于0.25%的亞共析鋼，而螺栓材料則常用含碳量為

0.25%~0.45%的亞共析鋼。

碳素鋼中，其主要影響元素是碳（C）。除此之外，尚有硅（Si）、硫（S）、氧（0）,磷（P）、碑（As）、睇（Sb）

等雜質(zhì)元素。

1、碳（C）在碳素鋼中的作用

從鐵碳合金相圖中可以看出，碳素鋼隨含碳量的增加，其組織中的鐵素體量在減少，而滲碳體的量則在增加，從而

使得碳素鋼的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性、韌性和焊接性能下降。一般情況下，當(dāng)含碳量大于0.25%時(shí)，碳鋼的可焊性開

始變差，故壓力管道中一般采用含碳量小于0.25%的碳鋼。

含碳量的增加，其球化和石墨化的傾向增加。

2、硅（Si）在碳素鋼中的作用

硅是碳素鋼中的常見元素之一，但它一般不是主加元素，而是用于煉鋼時(shí)的脫氧。硅和氧的親和力僅次于鋁和鈦，

而強(qiáng)于鎰、格和銳，所以在煉鋼過程為常用的還元?jiǎng)┖兔撗鮿榱吮ＷC碳素鋼的質(zhì)量，除沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼外，硅在

鋼中的含量不應(yīng)少于0.1%,因此，有時(shí)也根據(jù)碳素鋼中是否含硅或含睢的多少來判斷其脫氧程度。

硅在碳素鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中。硅固溶于鐵素體和奧氏體中可起到提

高它們的硬度和強(qiáng)度的作用。但硅含量若超過3%時(shí)，將顯著地降低鋼的塑性、韌性、延展性和可焊性，并易導(dǎo)致冷脆，

對(duì)中、高碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化。

3、硫（S）、氧（0）在碳素鋼中的作用

硫和氧作為雜質(zhì)元素常以非金屬化合物（如FeS、FeO）型式存在于碳素鋼中，形成非金屬夾雜，從而導(dǎo)致材料性

能的劣化，尤其是硫的存在常引起材料的熱脆:硫和磷常是鋼中要控制的元素，并以其含用:的多少來評(píng)定碳素鋼的優(yōu)

劣。

注：由于FeS可與鐵形成共晶，并沿晶界分布。Fe-FeS共晶物的熔點(diǎn)為985C,當(dāng)在1000C~1200c溫度下對(duì)

材料進(jìn)行壓力加工時(shí)，由于它已經(jīng)溶化而導(dǎo)致晶粒開裂，使材料呈現(xiàn)脆性。材料的這種脆性現(xiàn)象常稱為熱脆。

4,磷（P）、碑（As）、睇（Sb）在碳素鋼中的作用

磷、礎(chǔ)和睇是屬于元素周期表中的同一族元素，因此三個(gè)元素在鋼中有一些類似的作用。作為雜質(zhì)元素，它們對(duì)提

高碳素鋼的抗拉強(qiáng)度有一定的作用，但同時(shí)又都增加鋼的脆性，尤其低溫脆性。磷和碑又都有是造成碳素鋼嚴(yán)重偏析的

有害元素。磷對(duì)鋼的焊接性不利，它能增加焊裂的敏感性。

注：由于磷以固溶型式存在于鐵素體中，影響鐵素體的晶格變形，使碳素鋼在常溫下呈現(xiàn)脆性。這種現(xiàn)象常稱為

冷脆。

（二）常用低合金鋼中各元素對(duì)其性能的影響

壓力管道中除螺栓材料外，常用的低合金鋼為含碳M小于0.20%的碳鎰鋼、硅鋼、銘鋁鋼、銘鑰鈿鋼和銘鑰銳鋁鋼，

而螺栓材料則常用含碳鼠為0.25%~0.45%的銘鋼和銘鑰鋼。

低合金鋼中，其主要影響元素有碳（C）、鎰（Mn）、銘（Cr）、鑰（Mo）、鈿（V）、硅（Si）、鋁（AI）等。除此之

外,尚有硫（S）、氧（。）、磷（P）、神（As）、睇（Sb）等雜質(zhì)元素。

1、碳（C）在低合金鋼中的作用

同碳素鋼部分。

2、鎰（Mn）在低合金鋼中的作用

鎰與鐵形成固溶體，可提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度。鎰?dòng)质翘蓟镄纬稍?，它進(jìn)入滲碳體中將取代一

部分鐵原子。鎰還可起釗細(xì)化珠光體的作用，因此，在碳鎰鋼中常利用鎰來提高鋼的強(qiáng)度，但它使材料的延展性有所降

低，而且增加了應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。在一般碳鎰鋼和低合金鋼中，其含量應(yīng)在1%~2%。

鎰是良好的脫氧劑和脫硫劑。鎰與硫形成MnS,可防止因硫而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象，從而改善鋼的熱加工性能。因此，

在工業(yè)用鋼中一般都含有一定數(shù)量的鎰。

鎰在鋼中由于能降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，故碳鎰鋼的低溫沖擊韌性比碳素鋼好。

鎰能強(qiáng)烈增加碳鎰鋼的淬透性。鎰含質(zhì)較高時(shí)，有使鋼晶粒粗化并增加鋼的回火脆性的不利傾向。

鎰對(duì)鋼的焊接性有不利的影響。為改善鋼的焊接性，應(yīng)在許可的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低鋼的碳含量。焊接時(shí)也需采用優(yōu)

質(zhì)低氫焊條和相應(yīng)的焊接工藝。

3、銘（Cr）在低合金鋼中的作用

格是縮小Y相區(qū)和形成湘圈的元素，在a-Fe中無限固溶，在y-Fe中的最大溶解度為12.5%。

格屬于中等碳化物形成元素。隨銘含量的增加，可形成（Fe,Cr）3C、（Cr,Fe）7c3、（Cr,Fe）23c6等碳化物，使銘銅

鋼和銘相銀鋼有良好的抗高溫氧化性和耐氧化介質(zhì)腐蝕作用，并增加鋼的熱強(qiáng)性。

銘增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。

絡(luò)是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度的元素，隨著鋁含量的增加，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度也逐步提高，沖擊值隨鋁含量增加

而下降。

在含鋁的鍋爐鋼中，加入少量的輅，能防止鋼在長(zhǎng)期使用過程中的石墨化。

4、鑰（Mo）在低合金鋼中的作用

鉗屬于強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)其含量較低時(shí)，與鐵及碳形成復(fù)雜的滲碳體；當(dāng)含量較高時(shí)，則形成特殊碳化物。在

較高回火溫度下，由于銅的彌散分布，可使材料出現(xiàn)二次硬化。

鉗對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性，因此對(duì)鋼的強(qiáng)度產(chǎn)生有利作用。鋁是提高鋼熱強(qiáng)性最有

效的合金元素，主要在于它能強(qiáng)烈提高鋼中鐵素體對(duì)蠕變的抗力。此外，鑰還可有效地抑制滲碳體在450C~650c工作

溫度下的聚集，促進(jìn)彌散的特殊碳化物的析出，從而進(jìn)一步起到了強(qiáng)化作用。自含鉗0.5%的低合金鋼用于鍋爐管后，

?系列二元和多元的含銅珠光體鋼被廣泛地用于動(dòng)力、石油和化學(xué)工業(yè)中，如15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5M。等。鑰同

樣也能提高馬氏體鋼和奧氏體鋼的熱強(qiáng)性。

鑰在鋼中，由于形成特殊碳化物，可以改善在高溫高壓下抗氫侵蝕的作用。

鉗常與其他元素如鎰、銘等配合使用，可顯著提高鋼的淬透性；鋁含量約0.5%時(shí)，能抑制或降低其他合金元素導(dǎo)

致的回火脆性。

5、銳（V）在低合金鋼中的作用

銳是縮小Y相區(qū)、形成Y相圈的元素，在a-Fe中無限固溶，在y-Fe中的最大溶解度約1.35%。

鈕與碳、氧、氮都有較強(qiáng)的親合力，為強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素。在低合金鋼中，銳能有效地固定鋼中的碳和氮,

并形成高度彌散分布的碳化物和氮化物微粒，即使在高溫下，聚合長(zhǎng)大也極緩慢，因而可以增加鋼的熱強(qiáng)性和對(duì)蠕變的

抗力。一系列的銘鋁機(jī)鋼已成為制造鍋爐、汽輪機(jī)的主要鋼種，如12CrMoV及12Cr1MoV常用于過熱器鋼管、導(dǎo)管及

相應(yīng)的鍛件等。

含銳鋼在熱處理中，能提高晶粒粗化的溫度，從而降低鋼的過熱敏感性，并提高鋼的強(qiáng)度和韌性等，尤其是它能提

高鋼正火后的強(qiáng)度和屈服比及低溫韌性，因此它已成為普通低合金鋼的一?種比較理想的合金元素。

由于銳對(duì)碳的固定作用，在高溫下，對(duì)抗氫腐蝕（脫碳和脆化）是有益的。在抗氫鋼中銳和碳含量之比應(yīng)在5.7左

右，過低時(shí)不足以有效地起抗氫腐蝕作用，過高時(shí)，將有部分的銳溶入鐵素體中降低其塑性和焊接性能。

6、硅（Si）在低合金鋼中的作用

硅作為雜質(zhì)元素時(shí)，它在低合金鋼中的作用與在碳素鋼中的作用相同，作為合金元素時(shí)，?般應(yīng)不低于0.4%。

硅在鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中。硅固溶于鐵素體和奧氏體中可起到提高它

們的硬度和強(qiáng)度的作用，在常見元素中僅次于磷，而較鎰、銀、銘、鴇、鑰、鈕等為強(qiáng)。但硅含量若超過3%時(shí)，將顯

著地降低鋼的塑性、韌性和延展性。

低硅含量對(duì)鋼的抗腐蝕性能影響不大，只有當(dāng)硅含吊:達(dá)到定值時(shí)，它對(duì)鋼的抗腐蝕性能才有顯著的增強(qiáng)作用。硅

含量為15%~20%的硅鑄鐵是很好的耐酸材料，對(duì)不同溫度和濃度的硫酸、硝酸都很穩(wěn)定，但在鹽酸和王水的作用下穩(wěn)

定性很小，在氫氟酸中則不穩(wěn)定。高硅鑄鐵之所以抗腐蝕，是由于當(dāng)開始腐蝕時(shí)，在其表面形成致密的SiS薄層，阻礙

著酸的進(jìn)一步向內(nèi)侵蝕。

含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面也將形成SiO2薄層，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。

7、鋁（AI）在低合金鋼中的作用

鋁與氮及氧的親和力很強(qiáng)，因此它也用作煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，并起到?xì)化晶粒、阻抑碳鋼的時(shí)效、提高鋼在低溫

下韌性的作用。

鋁作為合金元素加入鋼中時(shí)能提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁性能，提高滲氮鋼的耐磨性和疲勞強(qiáng)度等。因此，

鋁在不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲氮鋼中，得到了廣泛的應(yīng)用。

鋁在鐵素體及珠光體鋼中，當(dāng)它的含量較高時(shí)，材料的高溫強(qiáng)度和韌性較低。

鋁和碳雖然可以化合生成碳化物Al4c3和AbC,但它和碳的親和力小于鐵和碳的親和力，因此在鋼中一般不存在鋁

的碳化物。

當(dāng)鋁含量達(dá)到一定量時(shí)，可使鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，使鋼在氧化性酸中具有抗蝕性，但使鋼的焊接性變壞。

鋁還能提高鋼對(duì)硫化氫的抗蝕作用。鋁含量在4%左右的鋼，在溫度不超過600C時(shí)有較好的抗硫化氫腐蝕作用。

鋁對(duì)鋼在水蒸汽、氯氣、特別是在氯氣及其化合物氣氛中的抗蝕作用是不利的。

在鋼鐵材料表面鍍鋁和滲鋁，可以提高其抗氧化性和在工業(yè)和海洋性氣氛中的抗蝕性。

含鋁的鋼滲氮后，在鋼的表面形成一層牢固的薄而硬的彌散分布的氮化鋁層，從而提高其硬度和疲勞強(qiáng)度，并改善

其耐磨性。

鋁是高鎰低溫鋼的主要合金元素。?定量的鋁，有提高鐵鎰奧氏體的穩(wěn)定度、抑制B—Mn相變的作用，從而使鋁在

低溫鋼中得到了應(yīng)用。

8、硫（S）、氧（0）、磷（P）、礎(chǔ)（As）、睇（Sb）等雜質(zhì)元素在低合金鋼中的作用

同在碳素鋼中的作用。但由于低合金鋼熔點(diǎn)較高，磷、珅、睇等雜質(zhì)元素容易在高溫下遷移聚集，從而導(dǎo)致低合金

鋼的高溫回火脆性，?般情況下，低合金鋼均采用較高級(jí)的冶煉方法（如電爐冶煉），故其硫、磷等雜質(zhì)元素含章:較低。

注：合金鋼在進(jìn)行高溫回火熱處理或長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，其中的雜質(zhì)元素磷、碎、睇等容易在高溫下遷移聚集。

由于這些元素的熔點(diǎn)一般比合金元素低，它將“割裂”材料基體而導(dǎo)致合金鋼在高溫下呈現(xiàn)脆性。因?yàn)楹辖?/p>

鋼的這種脆性發(fā)生在紅熱的溫度下，故常稱為紅脆。

（三）常用高合金鋼中各元素對(duì)其性能的影響

壓力管道中常用的高合金鋼為含碳吊:小于0.10%的銘鑰、銘銀、銘銀銅耐熱鋼和不銹鋼。

高合金鋼中，其主要影響元素有碳（C）、銘（Cr）、鋁（Mo）、銀（Ni）、鈦（Ti）、硅（Si）等。除此之外，尚有硫

（S）、磷（P）、神（As）、錦（Sb）等雜質(zhì)元素。

1、碳（C）在高合金鋼中的作用

碳也是高合金鋼中的強(qiáng)化元素，但不是主要強(qiáng)化元素，此時(shí)的強(qiáng)化元素主要是合金元素。為了滿足高合金鋼的塑性、

韌性、耐蝕性和焊接性能的要求，它的含碳量一般不大于0.1%。

對(duì)于輅銀或銘銀鑰奧氏體不銹鋼，它的含碳吊：?般不大于0.08%。當(dāng)其含碳量小于等于0.03%時(shí)，由于含碳吊較

低，高溫強(qiáng)度也較低，故不宜用于525C及以上的溫度環(huán)境中。作為高溫下耐熱用的高合金鋼，其含碳量應(yīng)大于等于

0.04%,但此時(shí)奧氏體不銹鋼的抗晶間腐蝕性能下降。

2、銘（Cr）在高合金鋼中的作用

銘在銘鑰高合金鋼中的作用與在低合金鋼中的作用相似。

銘在不銹耐熱鋼中，當(dāng)其含量超過12%時(shí)，使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化介質(zhì)腐蝕作用，并增加鋼的熱

強(qiáng)性。但銘含量太高時(shí)或者處理不當(dāng)，易發(fā)生。相和475℃回火脆化。

在單一的銘鋼中，材料的焊接性能隨銘含量的增加而惡化。

3、銅（Mo）在高合金鋼中的作用

鉗在銘鋁高合金鋼中的作用與在低合金鋼中的作用相似。

鋁在不銹耐熱鋼中，也能使鋼表面鈍化，但作用不如將顯著。鑰與銘相反，它既能在還原性酸（HCkH2SO4^H2SO3）

中又能在強(qiáng)氧化性鹽溶液（特別是含有氯離子時(shí)）中，使鋼材表面鈍化。因此，鋁可以普遍提高鋼的抗蝕性能。

鋁加入奧氏體耐酸鋼中，能顯著地提高材料對(duì)醋酸、環(huán)烷酸的抗蝕性。

在含有氯化物的溶液中，常會(huì)引起奧氏體耐酸鋼的點(diǎn)腐蝕和晶間腐蝕。材料中加入鉗后，這種傾向在很大程度上會(huì)

被減緩或抑止。

4、鎮(zhèn)（Ni）在高合金鋼中的作用

銀是擴(kuò)大Y相區(qū)，形成無限固溶體的元素，它是奧氏體不銹鋼中的主加元素。

銀和碳不形成碳化物，它是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素。銀與鐵以互溶的形式存在于鋼中的a相和湘中，使

之強(qiáng)化。

鎮(zhèn)能細(xì)化鐵素體晶粒，改善鋼的低溫性能。含銀量超過一定值的碳鋼，其低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，而低溫沖擊

韌性顯著提高，因此銀鋼常用于低溫度材料。一般情況下，含銀達(dá)到3.5%的銀鋼可以在-100C低溫下使用，含銀達(dá)到

9%的鎮(zhèn)鋼可在-196C超低溫下使用。含銀的低合金鋼還有較高的抗腐蝕疲勞的性能。銀鋼不宜在含硫或一氧化碳的氣氛

中加