金屬材料的常規(guī)選用

1、為了避免因類似材料問題的再次出現(xiàn)，現(xiàn)將我對金屬材料的一些常規(guī)知識以及材料的一般選用原則的心得體會寫出來，與各位同仁一起交流和分享。 一、金屬材料的性能 材料的性能主要包括力學(xué)性能、化學(xué)性能和加工工藝性能。 材料的主要力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率、硬度、沖擊韌性； 材料的化學(xué)性能耐腐蝕性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性； 材料的加工工藝性能鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理工藝性能、冷加工工藝性能。材料的工藝性在判斷加工可能性方面起著重要的作用。 鑄造工藝性指材料的液態(tài)流動性、收縮率、偏析程度及產(chǎn)生縮孔的傾向性等。 鍛造工藝性指材料的延展性、熱脆性及冷態(tài)和熱態(tài)下塑性變形的能力等。 焊接

2、工藝性指材料的焊接性能及焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向性等。 熱處理工藝性指材料的可淬性、淬火變形傾向性及熱處理介質(zhì)對它的滲透能力等。 冷加工工藝性指材料的硬度、易切削性、冷作硬化程度及切削后可能達(dá)到的表面粗糙度等。 二、材料的一般選用原則 1、材料的化學(xué)性能和耐腐蝕性能能滿足工況介質(zhì)的要求； 2、材料的加工工藝性能能滿足設(shè)計(jì)的要求； 3、材料有好的性價(jià)比，經(jīng)濟(jì)效果明顯。 三、材料的耐腐蝕性及耐蝕材料選擇 1、金屬的腐蝕類型及特征： 在腐蝕介質(zhì)中選材時(shí)往往涉及的是材料的耐腐蝕性。 金屬材料的腐蝕類型及特征如下表所示： 金屬材料的腐蝕類型及特征 腐蝕類型 特征 均勻腐蝕 在金屬材料的整個暴露表面或大面積上均

3、勻地發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，金屬宏觀變薄。是常見的腐蝕現(xiàn)象。 晶間腐蝕 沿金屬晶粒邊界發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，主要特點(diǎn)是金屬外部尺寸不變，大多數(shù)仍保持金屬光澤，但金屬的強(qiáng)度和延性下降，冷彎后表面出現(xiàn)裂縫。 選擇性腐蝕 合金中某元素或某組織在腐蝕過程中選擇性地受到腐蝕例如：鉻錳鉬氮雙相鋼在工業(yè)醋酸中發(fā)生的奧氏體選擇性腐蝕。 應(yīng)力腐蝕 開裂 金屬在持久-應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下出現(xiàn)的脆性開裂特點(diǎn)是出現(xiàn)腐蝕裂縫甚至斷裂，裂縫的起源點(diǎn)往往在點(diǎn)腐蝕小空或腐蝕小坑的底部，裂紋擴(kuò)散有沿晶、穿晶和混合型三種，斷口具有脆性斷裂的特征。 腐蝕疲勞 金屬受腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力聯(lián)合作用而引起的破損現(xiàn)象，其特點(diǎn)是產(chǎn)生腐蝕坑和大

4、量裂紋以致金屬喪失疲勞強(qiáng)度裂縫多半穿晶粒，一般不分叉。導(dǎo)致疲勞腐蝕的介質(zhì)有：酸性介質(zhì)、氯化物、以及含H2S、SO2、O2 等。 點(diǎn)腐蝕 金屬的大部分表面不發(fā)生腐蝕和腐蝕輕微，局部地方出現(xiàn)腐蝕小空，并向深處延伸發(fā)展的腐蝕現(xiàn)象。 縫隙腐蝕 在電解質(zhì)溶液中，金屬與金屬、或金屬與非金屬之間形成縫隙，由于足以使介質(zhì)進(jìn)入，又使介質(zhì)處于停滯狀態(tài)而發(fā)生的腐蝕。 電偶腐蝕 在電解質(zhì)溶液中，兩種或兩種以上不同電位的金屬相接觸而使電位較負(fù)的金屬發(fā)生的腐蝕。腐蝕部位常出現(xiàn)溝槽、凹坑等宏觀現(xiàn)象。 磨損腐蝕 腐蝕性流體和固體顆粒與金屬表面發(fā)生相對運(yùn)動，尤其是渦流對金屬表面的沖刷作用，同時(shí)又與裸露金屬部分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作

5、用，從而引起的腐蝕，金屬以腐蝕產(chǎn)物的形式從金屬表面脫落后，其表面常出現(xiàn)帶有方向性的凹槽、溝道、波紋、圓孔等腐蝕外形。 氫腐蝕 在高溫高壓下，H與鋼中的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋼材脆化的現(xiàn)象，特點(diǎn)是外部沒有明顯變化，但力學(xué)性能顯著下降，斷口呈脆性斷裂，金相觀察可見脫碳現(xiàn)象和晶間裂縫，有時(shí)可形成宏觀鼓泡。 2、耐蝕材料選擇 1、不銹鋼材料耐點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕能力的順序： 1）奧氏體不銹鋼： 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9（304）0Cr18Ni11Ti（321）00Cr19Ni10（304L）0Cr17Ni12Mo2Ti（316）00Cr17Ni14Mo2（316L）00Cr20Ni2

6、5Mo4.5Cu（904L） 2）鐵素體不銹鋼： 0Cr13（410S）0Cr13Al（405）00Cr12Ti（409L）00Cr17（430LX）00Cr18Mo2 00Cr26Mo1 00Cr30Mo2 3）雙相不銹鋼： 00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）NH55CD-4MCu00Cr25Ni6Mo3Cu3N（1.4517） 2、耐高溫腐蝕用材的順序 2012Cr1MoV12Cr2Mo1（2Cr-1Mo）1Cr5Mo1Cr9Mo 3、耐應(yīng)力腐蝕用材料： 16MnR20R12Cr1MoV 00Cr17Ni14Mo2（316L）00Cr1

7、9Ni13Mo3（317L）00Cr20Ni25Mo4.5Cu（904L） 00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507） 0Cr13（410S）00Cr12Ti（409L）00Cr17（430LX）00Cr18Mo2 00Cr26Mo1 注：鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼不得在大于350的環(huán)境中使用。 四、材料的耐磨性和耐磨材料的選擇 耐磨材料的選用，除了考慮材料本身的硬度和成分外，還應(yīng)考慮材料的經(jīng)濟(jì)性和鑄造生產(chǎn)的條件，避免鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松、氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的存在而影響鑄件的使用壽命。此外，由于磨損系統(tǒng)

8、中的外界條件十分復(fù)雜，影響材料磨損性能的因素也很多，比如：磨料的硬度和形狀、磨料沖擊零件的速度和方向、工作溫度的高低、磨損環(huán)境的干濕、濕環(huán)境中的酸堿性等等，因此選材時(shí)必須針對具體情況進(jìn)行具體的分析，才能做出合理的選擇。 1、磨損分類 磨損主要有磨料磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損等三大類。 1）磨料磨損 Abrasive Wear 一般指磨?；蛴驳奈⑼贵w在與材料表面相互作用過程中，造成材料表面損耗的現(xiàn)象或過程。 按磨料相對于被磨損材料的軟硬程度，可將磨料磨損分為軟磨料磨損和硬磨料磨損。通常以被磨材料的硬度Hm和磨料的硬度Ha的相對比值（相對磨損性）來劃分。 影響磨料磨損的主要因素有： 內(nèi)部因素材料的成

9、分、組織結(jié)構(gòu)及由組織結(jié)構(gòu)決定的性能； 外部因素磨料特性、磨料與材料相互作用的接觸應(yīng)力、相對運(yùn)動速度、環(huán)境介質(zhì)及溫度等。 2）沖蝕磨損 Erosive Wear 通常指流體或固體粒子（通常粒徑不超過1mm）以一定速度（通常不超過500m/s）和角度對材料表面進(jìn)行沖擊所造成的材料表面流失的現(xiàn)象。 沖蝕磨損分為：氣固沖蝕磨損、液固（漿體）沖蝕磨損、液滴沖蝕磨損和汽蝕磨損等幾大類，水泵運(yùn)行過程中發(fā)生最多的磨損大致為液固（漿體）沖蝕磨損和汽蝕磨損兩大類。 影響沖蝕磨損的主要因素有： 環(huán)境因素沖擊速度、沖角、沖蝕時(shí)間、環(huán)境溫度； 磨料性質(zhì)磨料硬度、形狀、粒度、破碎性； 材料性質(zhì)材料硬度、組織、力學(xué)性能、物

10、理性能 3）腐蝕磨損 Corrosive Wear 在腐蝕環(huán)境中，摩擦表面因磨損和腐蝕共同作用而出現(xiàn)的材料流失的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是腐蝕和磨損對材料共同起作用。 根據(jù)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，可分為化學(xué)腐蝕磨損和電化學(xué)腐蝕磨損兩大類，腐蝕磨損的過程很復(fù)雜，隨環(huán)境、溫度、濕度、介質(zhì)、載荷、速度、材料等的不同而變化很大，大多數(shù)的情況是腐蝕和磨損的交互作用使得材料嚴(yán)重流失亦即磨蝕。在這種磨損條件下，應(yīng)針對相應(yīng)的實(shí)際介質(zhì)環(huán)境而做出合理的選擇。 影響腐蝕磨損的主要因素有： PH值一般隨PH值增大而降低； 環(huán)境在各種酸、堿、鹽及混酸中有很大的差異； 濃度隨具體介質(zhì)中各組成物的濃度不同而差異很大； 交互作用腐蝕和磨損并存，

11、在交互作用下早期失效。 2、耐磨材料的選擇： 耐磨材料的選擇應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)： 1）高耐磨性 材料的耐磨性與材料本身的機(jī)械性能(如硬度、韌性、金相組織)和工況條件密切相關(guān)。一般地講，在較低沖擊較低應(yīng)力的工況條件下，材料的硬度是關(guān)鍵。選用高硬度(磨損后)的材料，如高鉻和中鉻鋼，耐磨性相當(dāng)好。如：選擇 KmTBCr27做渣漿泵過流部件材料；在高應(yīng)力、高沖擊、硬物料的工況條件下，韌性是主要因素，首先應(yīng)保證其安全性，然后才是耐磨性。在滿足韌性的前提下，應(yīng)采用較高硬度的材料，如雙相鋼、變質(zhì)處理的高錳鋼、超高錳鋼、貝氏體鋼等。 2）低成本 任何耐磨材料的最終定位是性價(jià)比。提高性價(jià)比的措施如：對高錳鋼和低合金

12、鋼進(jìn)行變質(zhì)處理；二是考慮應(yīng)用高韌性材料，如：貝氏體鋼和雙相鋼等；三是制造工藝的改進(jìn)，如：表面強(qiáng)化技術(shù)、高錳鋼的爆炸硬化；四是開發(fā)含有高硬度碳化物的鋼種，如：中、高鉻鋼。 五、材料使用溫度的一般限制條件 在腐蝕環(huán)境中，選用材料應(yīng)避免災(zāi)難性的腐蝕形式(如應(yīng)力腐蝕開裂)出現(xiàn)，而對均勻腐蝕，一般至少應(yīng)限定在耐腐蝕級，即最高年腐蝕速率不超過0.5mm； 介質(zhì)溫度也是選用材料的一個重要參數(shù)。因?yàn)闇囟鹊淖兓瘯鸩牧系囊幌盗行阅茏兓?，如低溫下材料的脆性，高溫下材料的石墨化、蠕變等問題。很多腐蝕形態(tài)都與介質(zhì)溫度有密切的關(guān)系，甚至是腐蝕發(fā)生的基本條件。 有壓力要求的產(chǎn)品在選材時(shí)應(yīng)滿足溫度的限制條件： 1）碳鉬鋼

13、(C-0.5Mo) 最高工作溫度不應(yīng)超過468； 2）在均勻腐蝕環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)根據(jù)腐蝕速率、使用壽命等進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，同時(shí)給出足夠的腐蝕余量； 3）在高溫H2+H2S介質(zhì)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)根據(jù)Nelson曲線和Couper曲線確定其使用條件； 4）應(yīng)避免在有應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境中使用； 4、不銹耐熱鋼 常用的不銹耐熱鋼材料標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T14976、GB4237、GB4238、GB1220、GB1221等。其共性的使用限制條件如下： 1）含鉻12%以上的鐵素體和馬氏體不銹鋼不應(yīng)在400以上溫度使用； 2）在還原性較強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)中選用奧氏體不銹鋼時(shí)，應(yīng)選用穩(wěn)定型(含穩(wěn)定化元素Ti和Nb)或超低碳型

14、(C0.0.03%)奧氏體不銹鋼； 3）在有氯離子存在情況下，一般不銹鋼只能在物料和環(huán)境中的氯離子濃度不超過2510-6應(yīng)用。 4）奧氏體不銹鋼使用溫度超過525時(shí)，其含碳量應(yīng)大于0.04，否則鋼的強(qiáng)度會顯著下降。 目前，伴隨著新產(chǎn)品的持續(xù)開發(fā)和舊產(chǎn)品的更新?lián)Q代，凱泉泵已廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工、煤炭、鍋爐給水、污水處理、生物化學(xué)、化工制藥、制糖、造紙、排鹽、制堿、輸酸、熱水循環(huán)、高壓增水、空調(diào)、采暖、原油精煉、火力發(fā)電、海水抽送、核電事業(yè)等領(lǐng)域中，產(chǎn)品適宜輸送的介質(zhì)也由過去單一的“清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體”拓寬到適宜抽送各種腐蝕性、磨蝕性介質(zhì)，這樣擺在我們面前的主要任務(wù)即是對變化的環(huán)境介質(zhì)迅捷作出合理的材料選擇，而