压力容器培训讲义_之_压力管道用钢

null压力管道材料 压力管道材料 华东理工大学化工机械研究所 施哲雄 钢材的组成与组织——钢的主要元素 钢材的组成与组织——钢的主要元素 钢材的化学元素按照它的作用可以分为 基本元素 Fe C 残留元素 Mn Si S P O N H … 添加元素 Mn Si Cr Ni Mo Ti …钢材的组成与组织——基本元素 钢材的组成与组织——基本元素 铁元素 碳元素 铁是一种金属元素，是构成钢的基础。铁加上其它金属或非金属元素，经过熔炼，获得具有各种性能的合金碳是构成钢的一种非金属基本元素。 常用碳钢是含碳量在0.02 %～2.06%的铁碳合金。含碳量小于0.02％的，一般称为纯铁，而含碳量高于2.06％的铁碳合金则为铸铁。钢材的组成与组织——残留元素 钢材的组成与组织——残留元素 钢中的残留元素是在它的冶炼过程中残留下来的。残留元素除锰、硅，硫、磷以外，还有微量的氧、氮、氢等元素。 有利元素，它的存在可以提高钢的品质或改善钢的某些性能，如锰、硅等，因此冶炼时应保证其有一定的含量。 有害元素，如氧、氢、磷、硫等，所以应尽量清除或严格限制其含量。 但有些有害元素也有某些有利之处，因而在作为某种专门用途的钢中，仍应保留适当的含量。 例如碳钢中的硫，具有改善钢材切削加工性能的作用，所以在易切削钢中常有意适当提高其含硫量。钢材的组成与组织——添加元素 钢材的组成与组织——添加元素 添加元素是为了获得或者是改善钢的某种特性而在炼钢过程中有意加入的元素。 添加元素的种类很多，常见的有锰、硅、铬、镍、钼、钛、铌、硼等。钢中添加哪些元素及添加元素的含量应根据每种钢的专门用途确定。 例如在中强度钢中主要加入锰、钼和少量的钒、铌、硼等； 而在高强度钢中则加入较多的铬、锰、钼或镍等。钢材的组成与组织——钢的构造 钢材的组成与组织——钢的构造 (a)固溶体 固溶体是指在固态时由相互溶解的两种或两种以上的元素构成的单一均相物。如钢中的碳原子可以溶解于铁中而形成固溶体。 (b)化合物 化合物是指两种或两种以上的元素按一定比例化合而成的一种复合体,具有与组成元素完全不同的结构与性能。钢中的碳常与铁化合成碳化铁。 (c)机械混合物 机械混合物是由两种或两种以上在固态时既不溶解又不化合的组元所形成的紧密混合物。组元既可以是一种纯元素，也可以是固溶体或化合物。在机械混合物中，各组元保持原来的结晶构造的性能。合金元素在钢中的存在形式(一） 合金元素在钢中的存在形式(一） (a)与钢中的碳化合成碳化物 合金元素中有些可以形成碳化物，称为碳化物形成元素，如锰、铬、钼、钨、钒、铌、钛、钽、锆等。 其中钒、铌、钛与碳的结合力最强，是强碳化物形成元素； 铬、钼、钨等次之，称中强碳化物形成元素； 锰等则属于弱碳化物形成元素。合金元素在钢中的存在形式(二）合金元素在钢中的存在形式(二）(b)溶解于铁素体(或奥氏体)中形成固溶体 合金元素中有些是不形成碳化物的，包括镍、硅、铝、钴、铜等，称之为非碳化物形成元素。 非碳化物形成元素几乎全部溶解于铁素体(或奥氏体)中，以固溶体的形式存在于钢中。 钢中的碳化物形成元素，除了形成碳化物外，也有一部分溶解于铁素体(或奥氏体)中，它们在固溶体或碳化物中分布的比例，则取决于该元素与碳的结合力的强弱。弱碳化合物形成元素，如锰，一般在固溶体的数量较多；强碳化合物形成元素，如钒、铌、钛等，则只有很少一部分溶解于铁素体(或奥氏体)中。合金元素在钢中的存在形式(三）合金元素在钢中的存在形式(三）与钢中的氮、氧、硫等化合，生成氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物。一般合金元素在钢中都能或多或少形成氧化物、硫化物及硫酸盐等。这些都以非金属夹杂物的形式存在于钢中。 钒、铌、钛、铝等元素能与钢中的氮形成氮化物，而且一般都与其碳化物互溶而存在于钢中。铁碳合金状态图 铁碳合金状态图 铁碳合金是工业上应用最广泛的材料。不同成分(含碳量)的铁碳合金在不同的温度下具有不同的组织和性能。将各种成分的铁碳合金加热到液体状态后，以极其缓慢的速度冷却，根据冷却时合金的组织转变情况与对照温度绘制成图，称为铁碳合金状态图或铁碳合金平衡图。铁碳合金状态图铁碳合金状态图碳钢组织的基本组成 碳钢组织的基本组成 (a)铁素体 铁素体是碳溶解于α铁中所形成的固溶体。纯铁在910℃以下呈体心立方晶格，碳原子嵌入体心立方晶格的空隙中即成为铁素体 (b)奥氏体 奥氏体是碳溶解于γ铁形成的固溶体。纯铁在910～1390℃时呈面心立方晶格，称为γ铁。碳在γ铁中的溶解较大。因为γ铁是高温组织，当合金缓慢冷却到低于723℃时，奥氏体就不可能存在。 (c)渗碳体 渗碳体是铁和碳形成的化合物。碳钢中的碳除了极微量的溶解于铁素体中以外，绝大部分都与铁形成化合物Fe3C。所以含碳量越高的碳钢，渗碳体的量也越多。 (d)珠光体 珠光体是由铁素体和渗碳体所形成的机械混合物。在珠光体中，铁素体与渗碳体呈片状分布，紧密结合。在碳钢中的珠光体，平均含碳量约为0.8％。 碳钢的含碳量小于0.8％时，其组织即为铁素体和珠光体。珠光体的量随着含碳量的增加而增加。当钢中的含碳量达到O.8%时，其组织即全部是珠光体。常用钢材的分类及其特性 常用钢材的分类及其特性 碳钢 碳钢是指只含碳、铁两种基本元素和少量的残留元素（如硅、锰、硫、磷等）的铁碳合金，一般没有添加元素。 合金钢 合金钢是指除铁、碳基本元素和残留元素以外，还含有添加元素的合金。碳钢的分类——按含碳量分类碳钢的分类——按含碳量分类 按钢中含碳量的多少，碳钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。其中： 低碳钢的含碳量：C≤0.25％； 中碳钢的含碳量：C=O.25～0.6％； 高碳钢的含碳量：C>O.6％。碳钢的分类——按质量等级分类 碳钢的分类——按质量等级分类 按质量等级分类主要是根据钢中有害杂质硫和磷含量的多少，将碳钢分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢等三种。 普通碳素钢的硫、磷含量较多，其成分要求为：S≤0.055％，P≤0.045％或S、P均≤0.05％；普通碳素钢夹杂物较多，质量差。 优质碳素钢的硫、磷含量较少，其成分要求为：S≤0.045％，P≤0.040％，优质碳素钢夹杂物少，质量较好。 高级优质钢对硫、磷要求最高，含量最少，其成分要求为：S≤0.03％；P≤0.035％；高级优质钢夹杂物最少，质量最好。碳钢的分类——按冶金方法分类碳钢的分类——按冶金方法分类 沸腾钢：在钢的冶炼过程中，如果仅加入弱脱氧剂(锰铁)脱氧，则在钢液中将保留较多数量的FeO，在浇注与凝固时，由于碳和FeO发生反应，钢液中会不断析出CO，产生沸腾现象，这样的钢称为沸腾钢。 镇静钢：钢液在浇注之前经过完全脱氧，在凝固时就不会有沸腾现象，这样的钢称为镇静钢。镇静钢的钢锭成材率低，但钢锭内气泡、疏松较少，质量较高。 半镇静钢则介于镇静钢与沸腾钢之间。碳钢的分类——根据用途分类 碳钢的分类——根据用途分类 ①普通碳素结构钢 普通碳素结构钢广泛用于制造焊接构件和各种机器零件，也是压力容器的常用材料。按照供应条件，又可分为甲类钢(A类钢)、乙类钢(B类钢)和特类钢(C类钢)三种。 甲类钢按照力学性能供应。 乙类钢按照化学成分供应。 特类钢既保证化学成分，又保证力学性能。 ②优质碳素结构钢 优质碳素结构钢含硫、磷较低，杂质少，因而力学性能比普通碳素结构钢好，常被用来制造较为重要的I焊接结构和机器零部件。制成后一般都要经过热处理，以提高其力学性能。优质碳素结构钢既保证化学成分，也保证力学性能。 含碳量低的优质碳素钢，如15、20、25钢，用来制造各种重要焊接结构与压力容器，常用的优质碳素钢如20R，20g。 ③碳素工具钢 碳素工具钢含碳量高(C≥0.7％)，一般都经调质处理，是制造刀具、量具的材料。 合金钢的分类——按合金元素总含量分合金钢的分类——按合金元素总含量分按钢中合金元素总含量的多少，合金钢可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三类。其中： 合金元素总含量≤5％的称为低合金钢； 合金总含量为5～10％的称为中合金钢； 合金总含量>10％的称为高合金钢。合金钢的分类——按强度级别分类 合金钢的分类——按强度级别分类 按强度级别分类 低合金钢通常按其屈服点的大小划分为不同的强度等级。如400MPa级、500MPa级、600MPa级等。合金钢的分类——按显微组织划分合金钢的分类——按显微组织划分按使用状态下的显微组织划分 合金钢按其使用状态下的显微组织来划分，则可以归纳为三种类型，即 铁素体-珠光体钢 低碳贝氏体钢 低碳马氏体钢铁素体-珠光体钢铁素体-珠光体钢铁素体-珠光体钢的屈服点为300～450MPa，钢中的合金元素主要是锰，再辅以其它元素，如钒、铌、氮等。 优点：从而增加钢的强度。 缺点：钢的塑性、韧性下降，冷脆转变温度升高。 属于铁素体-珠光体钢的钢号有16MnR、15MnVR、15MnVNR等 低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢的强度级别属500～700MPa级。钢中的合金元素主要是钼和硼，再加入少量的锰、铬、钒等。钼能使过冷奥氏体直接转变为贝氏体，而不发生珠光体转变，从而提高钢的强度。微量硼的加入可以使奥氏体向珠光体转变进一步推迟，并显著增加钢的淬透性。锰可以增加钢的过冷能力，以保证在空冷时能在较低的温度发生贝氏体转变。钒、铬等强碳化物形成元素的作用是细化晶粒。 低碳贝氏体钢的发展为高强度、高韧性的低合金钢开辟了途径。解决了铁素体-珠光体钢为提高强度、保持良好韧性必需进行调质处理(淬火加回火)而又受到热处理设备条件限制的难题。因为低碳贝氏体钢可以在热轧后直接冷却或仅经过正火即可获得贝氏体。 属于低碳贝氏体钢的常用牌号有14MnMoVB、14CrMnMoVB等。低碳马氏体钢低碳马氏体钢低碳马氏体钢的屈服点一般都在600MPa以上。这类钢的含碳量较低，使钢中马氏体的组织形态保持板条状而不是片状，以保证钢材的塑性和韧性。这类钢的添加元素主要有锰、钼、铌、硼等。这些合金元素的加入虽然也可能会有利于板条状马氏体的形成，但因为含量不高，不会有大的影响。合金元素的主要作用是增加钢的淬透性和提高钢的回火稳定性。 低碳马氏体钢的牌号主要有18MnMONb、14MnMoNbB等。钢铁产品牌号 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示方法的基本原则 钢铁产品牌号表示方法的基本原则 凡国家标准和行业标准中钢铁产品的牌号均应按国家标准GB/T221-2000规定的牌号表示方法编写。 产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来表示。 采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。 暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。钢铁产品牌号表示方法示例及说明 钢铁产品牌号表示方法示例及说明 专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”、屈服点数值和表1中规定的代表产品用途的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”； 优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字(以万分之几计表示平均含碳量)或阿拉伯数字和元素符号、规定的符号组合成牌号。 镇静钢(S、P分别≤0.035%)一般不标符号。例如：平均含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为“45”。 钢铁产品牌号表示方法示例及说明钢铁产品牌号表示方法示例及说明合金结构钢牌号采用阿拉伯数字和标准的化学元素符号表示。 用两位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计)，放在牌号头部。 合金元素含量表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量； 平均合金含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……时，分别在合金元素后相应写成2、3、4、5……。 例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为0.30%、0.95%、0.85%、1.05%的合金结构钢，当S、P含量分别≤0.035%时，其牌号表示为“30CrMnSi”。不锈钢和耐热钢的牌号表示方法 不锈钢和耐热钢的牌号表示方法 一般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量(以千分之几计)； 当平均含碳量≥1.00%时，用两位阿拉伯数字表示； 当含碳量上限＜0.10%时，以“0”表示含碳量； 当含碳量上限≤0.03%，＞0.01%时(超低碳)，以“03”表示含碳量； 当含碳量上限(≤0.01%时极低碳)，以“01”表示含碳量。 含碳量没有规定下限时，采用阿拉伯数字表示含碳量的上限数字。不锈钢和耐热钢的牌号表示方法不锈钢和耐热钢的牌号表示方法例如：平均含碳量为0.20%，含铬量为13%的不锈钢，其牌号表示为“2Cr13”； 含碳量上限为0.08%，平均含铬量为18%，含镍量为9%的铬镍不锈钢，其牌号表示为“0Cr18Ni9”； 平均含碳量为1.10%，含铬量为17%的高碳铬不锈钢，其牌号表示为“11Cr7”； 含碳量上限为0.03%，平均含铬量为19%，含镍量为10%的超低碳不锈钢，其牌号表示为“03Cr19Ni10”； 含碳量上限为0.01%，平均含铬量为19%，含镍量为11%的极低碳不锈钢，其牌号表示为“01Cr19Ni11”。碳元素对碳钢性能的影响 碳元素对碳钢性能的影响 碳钢中的主要合金元素是碳，碳的含量多少直接影响碳钢性能。钢中含碳量越高，珠光体和渗碳体越多，铁素体就越少，钢的强度、硬度也增高，而塑性和冲击韧性则下降。 但当含量超过0.9％后，由于钢中出现较厚的渗碳体包围着珠光体晶粒，强度反而有所降低。含碳量增加，钢的焊接性能变差，焊接构件容易产生焊接裂纹。锰元素对碳钢性能的影响锰元素对碳钢性能的影响锰是钢冶炼时因用锰铁脱氧而残留在碳钢中的合金元素。锰具有较强的脱氧能力，可清除钢中的FeO，且能与钢中的硫形成MnS，因而减轻硫在钢中的有害作用，改善钢的热加工性能。因此，在碳钢中都保留有一定的含锰量。硅元素对碳钢性能的影响硅元素对碳钢性能的影响硅也是炼钢过程中作为脱氧剂而残留下来的元素。硅的脱氧作用比锰更强，能充分消除FeO夹杂对钢品质的不良影响。但钢中含硅量高时，会使它的强度、硬度增加，冲击韧性和冷弯角降低。碳钢中的含硅量一般都很少，对钢的性能影响也不大。硫元素对碳钢性能的影响硫元素对碳钢性能的影响硫是在冶炼时由铁矿石和燃料中带来的有害元素。硫在钢中与铁生成硫化铁（FeS），FeS与Fe形成低熔点的共晶体，存在于晶界处，使钢材在热轧时易沿着晶粒开裂，即具有热脆性。在焊接时则易形成热裂缝。因此，钢中的含硫量必须严格控制，越少越好。但硫具有改善切削加工性能的作用，所以在这种钢中常常有意将其含硫量略为增加。磷元素对碳钢性能的影响磷元素对碳钢性能的影响磷是由矿石带到钢中来的有害元素。磷能溶解于铁素体中，使其晶格严重歪扭，导致钢的强度、硬度增高，室温下的脆性增加，冲击韧性下降，尤其是使低温冲击韧性降低更为显著，使钢具有冷脆性。所以钢中的磷含量也必须严格控制。硅和锰对低合金钢性能的影响 硅和锰对低合金钢性能的影响 硅和锰是低合金钢中最常用的固溶强化元素。 硅几乎全部溶于铁素体中，锰大约有3／4溶于铁素体中，其余溶入渗碳体中。 锰的强化作用稍次于硅。大约每增加1％的锰，可使铁素体的屈服点提高0.33MPa；而增加l％的硅则可提高0.85MPa。但是，通过加入锰或硅使钢的屈服点增加0.1MPa，则会使它的伸长率分别下降0.6％和0.65％。 低合金钢中要控制锰和硅的含量。一般锰和硅的含量应分别控制在2.2％和0.8％以下。含量较低时，锰对钢的抗氧化性和耐蚀性影响不显著，硅可以提高钢的抗氧化性和耐蚀性。钒对低合金钢性能的影响钒对低合金钢性能的影响钒与钢中的碳、氮都有很强的亲和力。能在钢中形成极稳定的碳化物和氮化物。并以细小的颗粒呈弥散分布，阻止晶粒长大，提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性。并显著提高钢的常温和高温强度以及韧性。钒还能增强钢的抗氢腐蚀能力。钛对低合金钢性能的影响钛对低合金钢性能的影响钛是最强的碳化物形成元素，能提高钢在高温高压氢中的稳定性。钛和碳形成的化合物碳化钛极为稳定，钛还可以细化晶粒，提高钢的强度和韧性。铌对低合金钢性能的影响铌对低合金钢性能的影响铌与钛相似，是强碳化物形成元素。如钢中铌的含量大于碳含量的8倍，则几乎可以固定钢中所有的碳，使钢具有良好的抗氧化性能。铌能提高钢的强度和韧性，主要就是因为碳化铌具有稳定、弥散的特点，可以细化晶粒铬和镍对低合金钢性能的影响铬和镍对低合金钢性能的影响铬和镍在低合金钢中的含量一般都不高。国外的一些低合金钢中，铬、镍含量均不超过1%。镍几乎全部溶入铁素体中，不形成碳化物。铬则部分溶于铁素体，部分存在于渗碳体中，可提高渗碳体的稳定性，降低珠光体球化倾向，防止钢的石墨化。铬和镍的主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果。铬和镍还能增加钢的耐大气腐蚀能力。改善钢的冲击韧性和降低冷脆转变温度。 钼对低合金钢性能的影响钼对低合金钢性能的影响钼在铁素体中的最大溶解度可达4％。有明显的固溶强化作用。钼又是强的碳化物形成元素。当钼含量较低时，形成含钼的复合渗碳体；含钼量较高时，则形成特殊碳化物，有利于提高钢的高温强度。钼能推迟过冷奥氏体向珠光体的转变，从而对钢的显微组织产生显著影响。钼能防止钢的回火脆性。钼的主要不良影响是钼钢具有石墨化倾向。硼对低合金钢性能的影响硼对低合金钢性能的影响硼一般在钢中的含量甚微。微量的硼能提高钢的淬透性，延迟过冷奥氏体的转变。硼还能改善钢的高温强度。 氮对低合金钢性能的影响氮对低合金钢性能的影响氮能溶入铁素体中，起固溶强化作用。氮在钢中不形成碳化物，但能与其它元素形成氮化物，如氮化钛、氮化铝等，可产生细化晶粒的效果。 稀土元素对低合金钢性能的影响稀土元素对低合金钢性能的影响稀土元素是我国的富有资源。炼钢时常加入适量的混合稀土元素，其主要成分是镧、铈等。稀土元素能净化晶界上的杂质，提高钢的高温强度。还能改变钢中非金属夹杂物的形态，改善钢的塑性。合金元素对钢的低温韧性的影响 合金元素对钢的低温韧性的影响 (1)碳是对低温韧性影响最明显的元素，含碳量越高，钢的冲击功越小，延性到脆性转变的温度越高。因此低温钢的碳含量多限制在0.2％以下。 (2)锰元素有利于改善钢在低温下的韧性。钢材随着含锰量的增加，冲击功增大，脆性转变温度降低。 (3)镍具有与锰相似的改善钢的低温韧性的效能。钢中镍含量每增加l％，脆性转变温度约可降低10℃。所以锰和镍是低温钢中不可缺少的元素。 (4)钢中的硫、磷、砷、锑、锡、铅等微量元素和氮、氢、氧等气体的存在，能使钢的低温韧性变差，脆性转变温度升高。因为这些杂质元素常偏析于晶界，从而降低晶界的表面能，使晶界抗力减小，使钢材容易产生沿晶断裂。铬元素对钢耐蚀性能的影响 铬元素对钢耐蚀性能的影响 影响钢的耐蚀性，主要是钢的化学成分、组织结构；另一因素是介质、应力、温度等。一般来说钢的化学成分是主导的，它决定了合金电极电位差的大小和腐蚀电流密度。 铬是不锈耐酸钢具有耐蚀性的最基本元素。铁在腐蚀性介质中是不耐蚀的，只有在强氧化性介质中，铁的表面才能生成氧化膜，把它同溶液隔离，使铁免遭腐蚀，这种现象称为钝化。铁的不耐蚀就在于钝化能力微弱，在非氧化性溶液中，甚至弱氧化溶液中都难以生成氧化膜。即使生成，膜的稳定性也很差，容易被溶液中的离子破坏 元素对钢耐蚀性能的影响元素对钢耐蚀性能的影响镍能显著提高钢在非氧化性介质(如稀硫酸)中的耐蚀性，还能改善铬不锈钢在醋酸、草酸以及中性盐中的耐蚀能力。 锰能使钢在有机酸中的耐蚀性大为改善。氮能提高钢的抗孔蚀能力。 在钢中加入铝，它表面能形成含铝的氧化膜。这种膜具有高度稳定性，可以提高钢在还原性介质和含氯离子的介质中的耐蚀性。 铜能改善镍铬钢在稀硫酸中的耐蚀能力， 硅能提高钢在盐酸、硫酸中的耐蚀性。 钢中的碳能形成铬的碳化物，降低钢中有效的铬量，因而是影响钢的耐蚀性的有害元素，尤其对钢的耐晶间腐蚀不利。合金元素对材料力学性能影响的评价 合金元素对材料力学性能影响的评价 影响钢材力学性能的主要因素是它的化学成分和显微组织。制造压力容器的钢材，大多是正火或退火状态。钢材的组织一般都是铁素体加珠光体。因此，钢材的力学性能与其中的合金元素及其含量有关。一般来说，钢中的合金元素都起着强化作用， 例如硅、锰、镍等主要起固溶强化作用，他们与铁素体组成固溶体，提高合金的强度。 铬、锰、镍、钼等元素可以形成具有细片碳化物的珠光体，并增加其数量，使钢的强度得到提高。 钒、钛、铌等则可以在钢中形成极细的碳化物及氮化物颗粒，产生沉淀强化作用。碳当量Cd 碳当量Cd 评价各种合金元素对钢材力学性能的影响时，将不同元素的含量折合成相当的碳元素含量，即采用碳当量Cd来表示各种元素对力学性能的影响。 钢中的合金元素不但影响其强度，也影响其韧性。具有明显提高钢的冲击韧性的元素是镍和铬。当硅含量超过1～1.5％时，使钢的冲击韧性急剧降低。锰只在低温时对提高钢的冲击韧性效果才比较明显 金属材料基本性能金属材料基本性能力学性能 强度 塑性 韧性 硬度 高温力学性能 物理性能 密度 熔点 热膨胀系数 导热系数 导电性 化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性 工艺性能 铸造性 可锻性 焊接性 切削加工性 热处理性能 冷弯性能 其他性能 组织稳定性 抗松弛性 应变时效敏感性基本力学性能——强度基本力学性能——强度强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特征。 屈服强度 抗拉/压强度 屈强比 蠕变强度 持久极限屈强比屈强比基本力学性能——塑性基本力学性能——塑性金属的塑性，是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。 压力容器用钢要求δ5>=14% 塑性过低会导致构件开裂,脆断基本力学性能——韧性基本力学性能——韧性韧性是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。 影响因素: 化学成分 热处理 轧制方向 加工历史 实验方法 母材厚度 冲击韧性要求: >50J 无塑性转变温度 断裂韧性 基本力学性能——硬度基本力学性能——硬度硬度是用来衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。 用一个较硬材料的物体向另一个材料的表面压入，则该材料抵抗压人的能力叫做材料的硬度。材料的硬度表征材料表面局部区域抵抗压缩变形和断裂的能力。 布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度硬度试验示意硬度试验示意碳钢力学性能随温度的变化碳钢力学性能随温度的变化高温力学性能——蠕变高温力学性能——蠕变所谓蠕变，是指在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象，或者金属在高温和应力作用下逐渐产生塑性变形的现象。 三个阶段： 过渡蠕变阶段、稳定蠕变阶段、破坏阶段蠕变发展阶段 蠕变发展阶段 null蠕变脆性断裂 蠕变脆性断裂 加工工艺性加工工艺性1.可焊 性：少的焊接缺陷2. 可锻性：不发生热脆3. 可塑性：优良的塑性加工性能4. 机械加工性能：保证好的切削性材料的物理性能材料的物理性能导热系数：设备要求传热线膨胀系数：防止热应力密度：决定设备的重量对材料力学性能的基本要求 对材料力学性能的基本要求 制造压力管道的材料，绝大部分是金属材料，且主要是各种碳钢和合金钢。从安全方面考虑，需要控制的则主要是材料的强度指标、塑性指标和韧性指标。基本要求：足够的强度 基本要求：足够的强度 压力管道的材料，要求它具有较高的强度，保证承受压力等载荷和减小壁厚。但是，高强度钢往往塑性和韧性都较差，焊接时也较容易产生裂纹等缺陷。同时，某些介质的应力腐蚀，对高强度钢也比较敏感。例如液氨、硫化氢等的应力腐蚀都与材料的强度有密切关系。因此必须根据使用条件(压力、温度、介质特性等)选用合适的强度。 衡量强度性能的指标主要是抗拉强度σb和屈服点σs。 σs≤300MPa称为低强度用钢，一般是低碳钢材料； σs=300～550MPa称为中强度用钢，一般是低合金钢材料。 而屈服点高于600MPa～1000MPa的高强度低合金钢基本要求：良好的塑性 基本要求：良好的塑性 塑性好的材料在断裂破坏前会产生明显的塑性变形，不但易于检查发现，也使破坏造成的危害性相对减小；而且塑性变形可以缓解局部高应力，避免部件断裂。 制造承压部件材料的塑性指标，国际标准组织(1sO)推荐的规范中规定了延伸率的下限值为：碳钢及锰钢不小于16％，合金钢不小于14％。 冷弯(角)也是衡量金属材料或焊缝塑性指标之一。 基本要求：较高的韧性 基本要求：较高的韧性 韧性是重要的力学性能。韧性是衡量钢材对缺口敏感性的力学性能指标，是材料的强度和塑性的综合反映。尤其能反映材料在低温下或冲击载荷作用时对缺口的敏感性。 表示材料韧性的指标，可以采用冲击功和断裂韧性表示 对制造工艺性能的要求——可焊性对制造工艺性能的要求——可焊性钢的可焊性主要决定于它的化学组成，另外还与焊接方法、工艺、环境以及构件的复杂程度及刚性等有关。化学组成中影响最大的是碳。钢中含碳量增加，塑性即下降，脆硬倾向也增大，容易产生焊接裂纹。所以含碳量越高，可焊性越差。 碳钢和普通低合金钢的可焊性，由于其他合金元素的含量变化不大，它可焊性由含碳量来决定。含碳量小于O.3％的碳钢和含碳量小于O.25％的低合金钢，一般都具有良好的可焊性。 合金钢，特别是高强度的合金钢，由于加入较多的合金元素，它的可焊性不能单独由它的含碳量来决定。因为其他合金元素含量的多少也对可焊性有一定影响。根据化学组成确定合金钢的可焊性，目前通用的评价指标是碳当量。 钢材的可焊性按碳当量大小可分为优良、一般和差三个等级。 碳当量Cd<0.40％表明材料的可焊性优良； 碳当量Cd =0.40～O.60％，说明可焊性一般； Cd >O.60％则可焊性差。 对制造工艺性能的要求——热处理性能 对制造工艺性能的要求——热处理性能 钢材的热处理性能一般是指它可以通过热处理来调整显微组织和力学性能的能力。 要求容易消除构件中的残余内应力．而且对焊后热处理裂纹不敏感。对制造工艺性能的要求—— 冲压性能 对制造工艺性能的要求—— 冲压性能 冲压性能主要是指材料冷塑性变形的能力。冲压性能好的材料冲压加工时容易变形和形状固定，而且不会因较大的塑性变形而在构件上产生裂纹等缺陷。 对于用钢板滚卷或冲压成形的，要求材料有良好的冲压性能。冲压性能与材料的塑性有关，一般来说，符合上面力学性能所要求的塑性指标的材料，冲压性能都可以满足冲压工艺的要求。对材料耐腐蚀性能的要求 对材料耐腐蚀性能的要求 材料耐腐蚀性能是指它在使用环境和操作条件下抵抗工作介质对其腐蚀的能力。 根据介质的种类(非电解质和电解质)不同，腐蚀过程可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。 化学腐蚀是金属和介质间由于化学作用而产生的，在腐蚀过程中没有电流产生。如钢在高温气体中的氧化以及在无水有机溶剂中的腐蚀等； 电化学腐蚀是金属和电解质溶液间由于电化学作用而产生的，在腐蚀过程中有电流产生。如金属在酸、盐、碱等电解质溶液中的溶解等。 特定条件 特定材质对材料耐腐蚀性能的要求对材料耐腐蚀性能的要求在化工器械中，金属的耐腐蚀性一般采用三级标准： 腐蚀速度小于0.1mm／年，为耐腐蚀性良好； 腐蚀速度为0.1～1mm／年，为耐腐蚀性一般(可用材料)； 大于1mm／年，为耐腐蚀性差。 对于压力压力来说，最严重、最危险是应力腐蚀。因为这种腐蚀一般不在器壁表面产生明显的缺陷，也不造成壁厚尺寸的减薄，不注意检查就不会发现，而应力腐蚀产生的裂纹常常导致管道的断裂。 高温用钢 高温用钢 材料力学性能会随着温度的升高而发生显著的变化，一般表现为强度降低而塑性升高。 同时在较高的温度，在一定的应力作用下，材料会发生蠕变。因此要求钢材有较好的热强性，即在高温下仍能保持较好的力学性能，同时要保证有抵御高温时产生蠕变、松弛等现象的能力。这就要求材料有较高的蠕变极限、持久强度。 在石油化工行业，此温度范围常有氢的存在，因此要求钢材有抗氢腐蚀能力以及抗石墨化和回火脆性倾向的能力。 因此，对高温用钢材的质量要求较高。钢材抗蠕变性能的影响因素 钢材抗蠕变性能的影响因素 钢材在高温下的抗蠕变性能，主要取决于它的化学成分、冶炼方法、金相组织等。 钢中的钼、钨、钒、硼、锰、铬、镍等合金元素都能提高它的抗蠕变性能，而其中以钼对改善钢材的高温性能最为明显。 加入铬的主要作用是提高钢的抗高温氧化能力，而对改善抗蠕变性能，则铬不如钼。钢中含镍量较高时，才有提高抗蠕变性能的效果。 高温高压氢的耐蚀材料 高温高压氢的耐蚀材料 高温高压的氢对钢有严重的腐蚀作用，它能渗入钢材内部，使钢产生脆化，并失去原有的强度、塑性、韧性等。这就是钢的“氢脆”或“氢损伤”。 氢对钢的损伤，与工作介质的温度及氢的分压有关。实验证明，温度越高、氢的分压越大，钢的氢损伤程度越严重。 钢中的铬、钼、钒、钛等元素能显著提高钢的抗氢腐蚀能力，因为它们能与碳生成比碳化铁更稳定的碳化物。减少钢中的含碳量，对它抗氢腐蚀也有明显的效果。从总的趋向来看，铬、钼等的含量越高、碳的含量越低，就越能提高钢的抗氢腐蚀能力。压力管道常用的不锈耐酸钢压力管道常用的不锈耐酸钢压力管道常用的不锈耐酸钢按其基体组织大致可以分为四类，即 奥氏体钢 铁素体钢 马氏体钢 双（复）相钢。 奥氏体钢奥氏体钢奥氏体钢是应用最广泛的不锈耐酸钢，其主要合金系是铁-铬-镍系，其次是铁-铬-锰-氮系。 在铁-铬-镍系中，最常用的是Crl8Ni9钢。这种钢具有良好的化学稳定性，在氧化性和某些还原性介质中耐蚀性很高。但它在敏化状态时，具有晶间腐蚀敏感性，并且在高温氯化物溶液中容易产生应力腐蚀裂纹。根据不同的使用要求，可以加入适量的钛、铌、钼、硅、铜等元素，使钢的耐蚀性得到改善。许多铬镍奥氏体不锈钢都是在Crl8Ni9钢的基础上通过合金化的途径发展起来的。 铬锰氮奥氏体不锈钢在醋酸、甲酸中有良好的耐蚀性，特别是这类钢在尿素生产环境中具有很好的耐蚀性。含钼的铬镍奥氏体不锈钢也不耐蚀，而铬锰氮奥氏体不锈钢则有良好的耐蚀性能。 马氏体钢马氏体钢马氏体钢包括碳含量在0.08～0.45％的各种Crl3型不锈钢，这类钢经淬火后的组织是马氏体。它们的含铬量相同，但含碳量不一样，含碳量越低，耐蚀性能越好，但其机械性如强度、硬度、耐磨性能则显著降低。这类钢的最终热处理是淬火加回火，其回火温度则视使用要求而定，若要求较高的综合性能和耐蚀性能，则采用200～300℃的低温回火；如要求有较好的组织稳定性和一定的耐蚀性能，则采用600～700℃的高温回火。 高铬铁素体钢高铬铁素体钢 高铬铁素体钢的铬含量一般为13～30％，压力容器常用的有OCrl7Ti、1Crl7Mo2Ti等。这类钢的含铬量较高，故抗氧化性能强，在各种侵蚀性介质中有良好的耐蚀性能。 双（复）相钢双（复）相钢双（复）相钢具有奥氏体和铁素体两相组织，这类钢除铬外，钼、钛、铜等的含量也较高，因而具有较好的耐蚀性能。与奥氏体相比，双（复）相钢具有较好的可焊性，焊后不需热处理。它对晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹也不敏感。 双相不锈钢 双相不锈钢  所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也需要达到30%。 由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。 与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。 2）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。 3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。 与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势 4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。 5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。 6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。 与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势1）应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。 2）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。 3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，以避免有害相的出现，损害性能。 与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势1）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。 2）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。 3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。 4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。 5）应用范围较铁素体不锈钢宽。 与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势 与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势 合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍双相不锈钢安全使用的几点限制和要求 双相不锈钢安全使用的几点限制和要求 ① 需要对相比例进行控制，最合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半，其中某一相的数量最多不能超过65%，这样才能保证有最佳的综合性能。如果两相比例失调，例如铁素体相数量过多，很容易在焊接HAZ形成单相铁素体，在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。 ②需要掌握双相不锈钢的组织转变规律，熟悉每一个钢种的TTT和CCT转变曲线，这是正确指导制定双相不锈钢热处理，热成型等工艺的关键，双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。 双相不锈钢安全使用的几点限制和要求双相不锈钢安全使用的几点限制和要求④双相不锈钢固溶处理后需要快冷，缓慢冷却会引起脆性相的析出，从而导致钢的韧性，特别是耐局部腐蚀性能的下降。 ⑤高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃，超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃，避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹。 双相不锈钢安全使用的几点限制和要求双相不锈钢安全使用的几点限制和要求 ⑥不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理，一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后，需要进行600-650℃整体消应处理时，必须考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题，尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。 双相不锈钢安全使用的几点限制和要求双相不锈钢安全使用的几点限制和要求⑦需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律，不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接，双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系，一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接材料也很重要。  ⑧在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时，要注意钢的耐腐蚀性总是相对的，尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能，就某一个双相不锈钢而言，他也是有一个适用的介质条件范围，包括温度、压力、介质浓度、pH值等，需要慎重加以选择。压力管道用有色金属 压力管道用有色金属 1、铝和铝合金 2、钛和钛合金 3、铜和铜合金谢谢！谢谢！施哲雄 博士 华东理工大学 安全保障技术研究室 Tel：64253181-16