金屬材料及熱處理

1、特種設(shè)備無損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)2013年11月 鐵嶺特鋼鋼包傾覆事故 2007年4月18日7時(shí)45分，遼寧省鐵嶺市清河特殊鋼有限責(zé)任公司生產(chǎn)車間，一個(gè)裝有約30噸鋼水的鋼包在吊運(yùn)至鑄錠臺(tái)車上方2-3米高度時(shí)，突然發(fā)生滑落傾覆，鋼包倒向車間交接班室，鋼水涌入室內(nèi)，致使正在交接班室內(nèi)開班前會(huì)的32名職工當(dāng)場(chǎng)死亡，另有6名爐前作業(yè)人員受傷，其中2人重傷。事故調(diào)查的結(jié)果是：鐵嶺市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所特殊設(shè)備檢驗(yàn)一室主任王某、檢驗(yàn)員鄭某，在對(duì)該廠用于冶煉主跨吊運(yùn)鋼水包的起重機(jī)進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)，在未審核制造廠家生產(chǎn)資質(zhì)的情況下，出具了“監(jiān)督檢驗(yàn)合格”的報(bào)告；在制造廠家相關(guān)技術(shù)資料不全的情況下，出具了單項(xiàng)合格的結(jié)論。

2、在安裝驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)，工作嚴(yán)重不負(fù)責(zé)任，不按規(guī)定的程序檢驗(yàn)，在該起重機(jī)電控設(shè)備的防護(hù)等級(jí)不符合安全規(guī)定的情況下，就出具了“驗(yàn)收檢驗(yàn)合格”的報(bào)告，致使該起重機(jī)在安全隱患未能有效排除的情況下吊運(yùn)鋼水包作業(yè)，并在這一過程中發(fā)生故障而傾覆。 責(zé)任人處理：王某、鄭某涉嫌玩忽職守被起訴到法院 如何有效規(guī)避無損檢測(cè)人員的責(zé)任1 加強(qiáng)責(zé)任心2 提高業(yè)務(wù)素質(zhì) 工藝性能 第一章 金屬材料及熱處理基本知識(shí)概述： 金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料，因此了解和掌握金屬材料性能是十分必要的。 使用性能金屬材料性能使用性能： 為了保證零部件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)能正常工作所應(yīng)具備的性能。包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。 使用性能決定

3、了材料的應(yīng)用范圍、可靠性和安全性。力學(xué)性能： 強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、持久強(qiáng)度、蠕變極限等物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等化學(xué)性能： 耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性 工藝性能： 材料在被制成機(jī)械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件的過程中適應(yīng)各種冷、熱加工的性能，它決定了材料被加工的難易程度，它對(duì)制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。例如鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的性能。1.1 材料力學(xué)基本知識(shí)1.1.1 應(yīng)力與應(yīng)變1.1.2 強(qiáng)度1.1.3 塑性1.1.4 硬度1.1.5 沖擊韌度內(nèi)力：材料內(nèi)部各部分之間相互作用的力。內(nèi)力是材料在外力作用下產(chǎn)生的附加作用力。1.1.1應(yīng)力與應(yīng)變1.1.1應(yīng)力與

4、應(yīng)變應(yīng)變與應(yīng)力：應(yīng)變：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對(duì)改變量稱為應(yīng)變；（L1L0）/L0PPLL1L0應(yīng)力：物體在外力作用下而變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)力大小通常稱為應(yīng)力；方向垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力。截面上的內(nèi)力為N，應(yīng)力為 =N/A1.1.2強(qiáng)度定義：金屬的強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，主要有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。材料強(qiáng)度可以通過拉伸試驗(yàn)測(cè)出。金屬材料拉伸試驗(yàn)1）拉伸試樣拉伸試樣(GB/T228-2002)長(zhǎng)試樣：L0 = 10d0短試樣：L0 = 5d01.1.2強(qiáng)度2）拉伸試驗(yàn)曲線1.1.2強(qiáng)度3）拉伸試驗(yàn)曲線分析彈性階段：此階段內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變成正比（即材料符合

5、虎克定律），該段稱為彈性階段。該段中應(yīng)力的最高值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值e，稱為比例極限p 。 1.1.2強(qiáng)度屈服階段：此階段外加應(yīng)力不再增加而應(yīng)變?nèi)栽诔掷m(xù)增加（主要是塑性變形），材料已失去抵抗繼續(xù)變形的能力，此時(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限或稱屈服強(qiáng)度S 。若以材料塑性伸長(zhǎng)0.2作為屈服極限，則其屈服強(qiáng)度用0.2表示。強(qiáng)化階段：當(dāng)變形超過屈服階段，材料又恢復(fù)了對(duì)繼續(xù)變形的抵抗能力，為使材料繼續(xù)變形必須增加應(yīng)力值，這種現(xiàn)象稱為加工硬化現(xiàn)象，或稱強(qiáng)化階段。相應(yīng)的拉力是拉伸過程中試樣承受最大的，此時(shí)相應(yīng)的應(yīng)力即為抗拉強(qiáng)度b1.1.2強(qiáng)度頸縮階段：當(dāng)外加應(yīng)力達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度后，試件某一局部開始變細(xì)，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象稱之頸縮

6、階段。1.1.2強(qiáng)度應(yīng)用：抗拉強(qiáng)度b、屈服強(qiáng)度s是評(píng)價(jià)材料性能（強(qiáng)度）的兩個(gè)主要指標(biāo)。一般特種設(shè)備金屬材料構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設(shè)備設(shè)計(jì)中都選擇了適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來保證。一般設(shè)計(jì)若以屈服強(qiáng)度s作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)ns1.5，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)ns1.6；若采用抗拉強(qiáng)度b作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)nb2.7，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)nb3.0。1.1.3塑性定義： 塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。評(píng)定與計(jì)算： 材料塑性的指標(biāo)通常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率，伸長(zhǎng)率可用右式確定：（L1L0）/L0100；L0試件原標(biāo)距長(zhǎng)度，

7、 L1拉斷后試件標(biāo)距長(zhǎng)度。 斷面收縮率可用右式確定： （A0A1）/ A0 100 式中： A0 試件原來截面積， A1 拉斷后試件頸縮處的截面積1.1.3塑性應(yīng)用：伸長(zhǎng)率與試樣的長(zhǎng)度有關(guān)，不同試樣長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)率不能比較塑性的優(yōu)劣；斷面收縮率與試樣的長(zhǎng)度無關(guān)。鍋爐壓力容器對(duì)材料塑性有要求的，一是要適應(yīng)冷加工成形，二是要求設(shè)備在破壞前有較大的變形，破壞時(shí)無碎片，但是有一定限度的，并不是越大越好，應(yīng)合理選擇。單純追求塑性會(huì)限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費(fèi)，設(shè)備也相當(dāng)龐大。1.1.4硬度定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。工程上常用硬度試驗(yàn)方法：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度H

8、V、里氏硬度HL。應(yīng)用：HB主要用于測(cè)定硬度較低的材料，如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材。低碳鋼 b0.36HBHR主要用于測(cè)定硬度較高的材料，其中HRB測(cè)定同HB，HRA和HRC用于測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金、滲碳層等。HV主要用于測(cè)定金屬表面硬度，如測(cè)定金相組織中不同區(qū)域的硬度，測(cè)定焊縫不同區(qū)域的硬度。HL主要用于現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件材料表面硬度的測(cè)定，測(cè)后可以直接讀出硬度值，并能及時(shí)轉(zhuǎn)換為布、洛、維等各種硬度值。1.1.4硬度1.1.5沖擊韌度（1）定義：是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時(shí)消耗能量大小的特性。（2）試樣缺口的形式：試樣的缺口型式有夏比U型和夏比V型兩種，其沖擊韌度分別用aku和akuv表示。V

9、型缺口根部半徑小，對(duì)沖擊更敏感，承壓類特種設(shè)備材料的沖擊試驗(yàn)規(guī)定試樣必須用V型缺口。（3）試驗(yàn)通常是在擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定的。沖擊韌度Kv（ku）AkSN 。標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)用Ak表示。如標(biāo)準(zhǔn)試樣截面為1010 試樣受到擺錘的突然打擊而斷裂時(shí)，其斷裂過程是一個(gè)裂紋發(fā)生和發(fā)展過程，在裂紋發(fā)展過程中，如果塑性變形能夠產(chǎn)生在斷裂的前面，就將能阻止裂紋的擴(kuò)展，而裂紋的繼續(xù)發(fā)展就需消耗更多的能量。試驗(yàn)1.1.5沖擊韌度應(yīng)用：材料沖擊韌性的高低，取決于材料有無迅速塑性變形的能力，沖擊韌性高的一般都有較高的塑性，但塑性較高的材料卻不一定都有較高的沖擊韌性。沖擊韌性是對(duì)材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷以

10、及試驗(yàn)溫度等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)。溫度對(duì)沖擊韌度的影響1.2 金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)1.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)(1)晶體：內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)稱為晶體，原子的排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。晶體特性1）具有一定的熔點(diǎn)；2）各向異性（不同方向上其導(dǎo)電性、彈性強(qiáng)度等性能不一樣）；3）在一定條件下（壓力和溫度）可以發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)變。1 體心立方（Body-Centered Cubic,BCC )(2)常見晶格結(jié)構(gòu)每個(gè)立方晶格中的原子數(shù)：配位數(shù)：8常見的金屬：-Fe，-Fe ，Cr， V等較高的強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)，塑性、韌性較差,有冷脆性面心立方（face Cente

11、red Cubic,FCC）常見晶格結(jié)構(gòu)每個(gè)立方晶格中的原子數(shù)：配位數(shù)：12常見的金屬：-Fe, Al ,Cu塑性、韌性好，沒有冷脆性，強(qiáng)度差密排六方(Hexagonal Closed-Packed, HCP)常見晶格結(jié)構(gòu)每個(gè)立方晶格中的原子數(shù)：配位數(shù)：12常見的金屬：Mg,Zn等塑性、韌性差，強(qiáng)度低，不適用于結(jié)構(gòu)材料體心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵 鐵 鐵 體心立方 面心立方 體心立方 1394 912 (3)鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會(huì)出現(xiàn)原子排列不規(guī)則的地方，稱為晶體缺陷。晶體缺陷有三類：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺

12、陷 (4）晶體缺陷點(diǎn)缺陷：晶格空位、間隙原子、置代原子：提高屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度線缺陷：位錯(cuò)位錯(cuò)的存在，使原子間容易產(chǎn)生滑移，相當(dāng)于金屬容易產(chǎn)生塑性變形，強(qiáng)度降低。但只要位錯(cuò)很密時(shí)，位錯(cuò)與位錯(cuò)緾繞在一起，又不容易變形了，此時(shí)強(qiáng)度升高了。面缺陷：晶界、亞晶界、位錯(cuò)墻晶體缺陷使晶格發(fā)生了畸變，結(jié)果使金屬不容易發(fā)生變形，表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的升高（5）結(jié)晶結(jié)晶的條件：過冷鐵的結(jié)晶溫度1535t=tO-tn 結(jié)晶的過程：金屬材料在冶煉過程中是由高溫的液態(tài)金屬冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的結(jié)晶過程，結(jié)晶總是從晶核開始（晶核通常是依附于液態(tài)金屬中固態(tài)微粒雜質(zhì)而形成），液體中原子不斷向晶核聚集，使晶核長(zhǎng)大，直至所有的

13、晶粒長(zhǎng)大到互相接觸，結(jié)晶即告結(jié)束。 液體 形核 晶核 增加 形核增加 晶體不斷擴(kuò)展 結(jié)晶完成 1.2.2鐵碳合金的基本組織（1）合金概念 是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特 性的物質(zhì)。 組成合金的元素即可全部是金屬，也可是金屬與非金屬。合金有固溶體和金屬化合物兩大類 （2）鐵碳合金：鐵碳合金鐵與碳的合金，鐵與碳形成的化合物為Fe3C ，其含碳量為6.69。含碳量大于6.69的鐵碳合金沒有實(shí)用意義，所以平時(shí)所稱鐵碳合金就是指這部分。通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，一般把碳含量0.022.11的稱為鋼，含碳量大于2.11的稱為鑄鐵。結(jié)晶由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程，如由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)的過程稱為凝固。共

14、析-從一種成份固體中同時(shí)分解出兩種成份的固體的過程（3）鐵碳合金相圖從某種意義上講，鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的工具，是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。 （3）鐵碳合金相圖（4）相結(jié)構(gòu)形式1）鐵素體：碳與合金元素溶解于鐵或鐵中的固溶體，用符號(hào)“F”表示。鐵和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13901535之間的鐵。鐵素體的溶碳能力極差，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以下具有鐵磁性，超過770則喪失鐵磁性。2）奧氏體：碳與合金元素溶解于鐵中的固溶體，用符

15、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)。奧氏體不具有鐵磁性。3）滲碳體：鐵和碳的金屬化合物，其含碳量為6.67，符號(hào)為Fe3C。滲碳體的硬度（約為700HB）很高，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。滲碳體在217以下具有鐵磁性。滲碳體是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中碳大部分以滲碳體存在。珠光體：珠光體是層片狀鐵素體與滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物。它有較高的硬度和強(qiáng)度，塑性泛較好（5）鋼的結(jié)晶過程1）含碳量為0.77的鋼的結(jié)晶過程（共析鋼）合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變 為。

16、到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn) 變：全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣?體。 珠光體在光鏡下呈指紋狀. 珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。 S點(diǎn)以下，共析中析出 Fe 3C ，與共析Fe3 C結(jié)合不易分辨。 室溫組織為P. 珠光體1）含碳量為0.77的鋼的結(jié)晶過程（共析鋼）從鐵碳合金狀態(tài)圖中可知，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。含碳量0.77的鐵碳合金稱為過共析鋼，其組織是珠光體P滲碳體Fe3C；含碳量0.77的鐵碳合金稱為亞共析鋼，其組織是鐵素體F珠光體P。組織中鐵素體F的含量越多，表明碳含量越低，則材料的塑性和韌性就越好，但強(qiáng)度和硬度就隨之降低。2）含碳量小于0.77的鋼的結(jié)晶過程（

17、亞共析鋼）0.090.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng). 合金在4點(diǎn)以前通過勻晶包晶勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)?。?點(diǎn)，由 中析出。到5點(diǎn), 成分沿GS線變到S點(diǎn)，發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣?體。溫度繼續(xù)下降，中析出Fe3C 亞共析鋼室溫下的組織為F+P。亞共析鋼金相圖3）含碳量大于0.77的鋼的結(jié)晶過程（過共析鋼）合金在12點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?, 到3點(diǎn), 開始析出Fe 3 C,其沿 晶界呈網(wǎng)狀分布，溫度下降Fe3C量增加。到4點(diǎn)， 成分沿ES線變化到S點(diǎn)，余下的轉(zhuǎn)變?yōu)镻。 過共析鋼室溫組織 為P+ Fe3C。 過共析鋼金相圖小結(jié)：C含量為0.77%的鋼為共析鋼，室溫組織為PC含量小于0.77%的鋼為亞共析鋼，

18、室溫組織為F+PC含量大于0.77%的鋼為過共析鋼，室溫組織為Fe3C+P1.3.3熱處理的一般過程定義：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。 熱處理過程：熱處理過程主要是由加熱、保溫（時(shí)間）、冷卻三個(gè)階段構(gòu)成的，溫度和時(shí)間是影響熱處理的主要因素，因此熱處理過程都可以用溫度時(shí)間曲線來表述。熱處理的基本工藝曲線 應(yīng)用：熱處理的加熱目的是使珠光體P向奧氏體A的轉(zhuǎn)變，使剩余鐵素體F向奧氏體A溶解，直至組織為單一奧氏體A。保溫的目的是使晶粒內(nèi)的成分?jǐn)U散均勻，獲得均勻的奧氏體A。共析珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程冷卻的目的是使加熱轉(zhuǎn)變的奧

19、氏體分解，隨著冷卻速度的不同，奧氏體分解的產(chǎn)物的形態(tài)、分散度及性能都將發(fā)生不同的變化。1.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能鋼中的基本組織有三種，前面已介紹過。奧氏體AFe（C）：鐵素體FFe（C）：滲碳體Fe3C：1.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中大部分以滲碳體存在。滲碳體在低溫下為弱磁性，熔化溫度為1600其碳量為6.67，硬度高，脆性大，塑性近似于零1.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能珠光體 P：是鐵素體和滲碳體的混合物，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。按其片層狀間距

20、大小可分為珠光體、索氏體和屈氏體。它們沒有本質(zhì)的區(qū)別，故可統(tǒng)稱為珠光體。粗片狀珠光體，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），滲碳體以顆粒狀分布于鐵素體基底之上，即球

21、化組織，亦叫粒狀珠光體。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（球化退火或工件在高溫下長(zhǎng)期工作，珠光體會(huì)球化即球化組織，亦叫粒狀珠光體。1.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能馬氏體 M：是碳在-Fe中的過飽和固溶體。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，形成了體心正方晶格。鋼的含碳量不同得到的馬氏體形態(tài)也不同，低碳鋼淬火得到的是條狀馬氏體，其性能較好。含碳量較大時(shí)得到的馬氏體是片狀馬氏體，其性能較脆。它具有很高的硬度，很脆，沖擊韌性低，和幾乎等于零。金相組織中馬氏體互成一定角度的白色針狀結(jié)構(gòu)。 正常淬火工藝下，馬

22、氏體大部分為細(xì)針狀或隱針狀。馬氏體 M并非所有馬氏體組織都是硬而脆的，例如含錳、鉻、鎳、鉬等元素的低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的金相組織為回火低碳馬氏體，這種回火低碳馬氏體組織具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。 馬氏體晶相照片 低碳條狀馬氏體組織金相圖 高碳片狀馬氏體組織金相圖回火馬氏體馬氏體+貝氏體+索氏體1.3.5鍋爐壓力容器壓力管道用鋼常用的熱處理工藝退火1）定義：將鋼試件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火。根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理的目的的不同，退火又可分為完全退火、不完全退火、消除應(yīng)力退火、等溫退火、球化退火等。2）目的：細(xì)化組

23、織，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。主要用于各種亞共析鋼中的碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)件。退火3）工藝完全退火又稱重結(jié)晶退火，其方法是將工件加熱到Ac3以上3050，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。不完全退火（球化退火）是將工件加熱到Ac1以上3050，保溫后緩慢冷卻的方法，主要用于過共析鋼。其主要：降低硬度，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力。 應(yīng)用于低合金鋼、中高碳鋼的鍛件和軋制件。退火消除應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下100200，保溫后緩慢冷卻使工件產(chǎn)生塑性變形或蠕變變形帶來的應(yīng)力松弛的方法。目的：消除焊接、冷變形加工、鑄造、鍛造等加工方法所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。各種退火工藝加熱溫度正

24、火：1）定義：將工件加熱到Ac3或Acm以上3050，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。2）目的： 細(xì)化晶粒，均勻組織，降低內(nèi)應(yīng)力。由于正火的冷卻速度較快，過冷度較大，易使組織中珠光體量增多，且珠光體片層厚度減小，所以正火后的鋼強(qiáng)度、硬度、韌性都比退火的鋼高。許多鍋爐壓力容器用的鋼板都是以正火狀態(tài)供貨的。 正火加熱溫度淬火1）定義： 將鋼加熱到臨界溫度以上（一般情況是：亞共析鋼為Ac3以上3050；過共析鋼為Ac1以上3050），經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾罂炖?，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程。2）目的： 通過淬火獲得馬氏體組織，以提高材料硬度和強(qiáng)度。如軸承、模具等工件。 鍋爐壓力容器材料和焊縫的組織不

25、希望有馬氏體。淬火加熱溫度回火1）定義： 將經(jīng)過淬火的鋼加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后用符合要求的方法冷卻（通常是空冷），以獲得所需組織和性能的工藝。2）目的： 降低材料的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。通過調(diào)整回火溫度，可以獲得不同的硬度、強(qiáng)度和韌性，以滿足所要求的力學(xué)性能。此外回火還可以穩(wěn)定工件的尺寸，改善加工性能。按回火的溫度不同可將回火分為低度、中溫和高溫回火三種。回火3）回火溫度：低溫回火： 淬火后在150-250范圍內(nèi)的回火稱為低溫回火.回火后得到的組織為回火馬氏體，主要用于高碳工具；中溫回火： 淬火后在350-500范圍內(nèi)的回火稱為中溫回火.回火后得到的組織為回火屈氏體，主要用

26、于模具、彈簧；高溫回火： 淬火后在500-650范圍內(nèi)的回火稱為中溫回火，回火后得到的組織為回火索氏體，主要用于齒輪軸等。淬火加高溫回火的工藝又稱為“調(diào)質(zhì)”，調(diào)質(zhì)后金屬有較高的強(qiáng)度，同時(shí)又有較高的塑性和沖擊韌性。奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理1）定義： 把奧氏體不銹鋼加熱到10501100（此溫度下碳能在奧氏體中固溶），保溫一定時(shí)間（約每25mm厚度不小于1小時(shí)），然后快速冷卻至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的工藝稱為固溶處理。2）目的 是保證其強(qiáng)度、硬度低而韌性好，并具有很高的耐腐蝕性和良好的高溫性能。 對(duì)于含有鈦或鈮的鉻鎳奧氐體不銹鋼，為防

27、止晶間腐蝕，必須使鋼中的碳全部固定在碳化鈦或碳化鈮中，以此為目的的熱處理稱為穩(wěn)定化處理。 即把鉻鎳奧氐體不銹鋼加熱到850900，保溫6小時(shí)，在空氣中冷卻或緩冷。 奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理1.4鍋爐壓力容器常用材料1.4.1一般要求應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即有較高的屈服極限和強(qiáng)度極限，以保證安全性和經(jīng)濟(jì)性；應(yīng)有良好的韌性，以保證在承受外加載荷時(shí)不發(fā)生脆性破壞；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；應(yīng)有良好的低倍組織和表面質(zhì)量，不允許有裂紋和白點(diǎn)；1.4.1一般要求用于高溫元件的材料應(yīng)具有良好的高溫性能，包括足夠的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和持久塑性，有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧

28、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。1.4.2鋼的分類和命名方法 鋼的分類方法有“按化學(xué)成份分類”和“按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能及使用特性分類”兩部分。1、碳鋼的分類和命名（1）碳鋼的分類1）按含碳量分類：可分為低碳鋼，C0.25；中碳鋼，C0.250.6；高碳鋼，C0.6；2）按鋼的質(zhì)量（即S、P含量）分類：可分為普通碳素鋼，S0.050；P0.045；優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S0.040；P0.040；高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S0.030；P0.035； 1、碳鋼的分類和命名3）按鋼的用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼4）按冶煉時(shí)脫氧程度分類：可分為沸騰鋼用“F”表示；鎮(zhèn)靜鋼，用“Z”表示；半鎮(zhèn)靜鋼

29、，用“b”表示；5）按冶煉方法分類：可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。按爐襯里材料又可分酸性和堿性兩類。（2）碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼A.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：QXXXXX，其中Q是“屈服極限”漢語拼音第一個(gè)字母大寫，XXX為鋼的屈服強(qiáng)度值（單位MPa），XX中第一個(gè)X表示質(zhì)量等級(jí)（分為A、B兩級(jí)），第二個(gè)X表示脫氧方法（分為沸騰鋼F、鎮(zhèn)靜鋼Z和半鎮(zhèn)靜鋼b）； （2）碳鋼的牌號(hào)及表示方法B.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：其牌號(hào)用鋼平均含碳量的萬分比兩位數(shù)字表示，如：08鋼表示平均含碳量為0.08。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又可分為有意加錳（即Mn0.71.2）的，用牌號(hào)后附加“Mn”表示；（2）碳鋼的牌號(hào)及

30、表示方法C.專門用途的碳素鋼表示方法：在牌號(hào)尾部加代表用途的符號(hào)，鍋爐用鋼加“g”、壓力容器用鋼加“R”，如20g、20R等。D.碳素鑄鋼表示方法：用“鑄鋼”的漢語拼音字首ZG表示，其后兩組數(shù)字分別表示鑄鋼的S、b值，如ZG200400，ZG270500等。（2）碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素工具鋼表示方法：用碳字漢語拼音首“T”表示，之后的數(shù)字表示平均含碳量的千分比，數(shù)字后的“A、B”表示材料質(zhì)量等級(jí)（B級(jí)優(yōu)于A級(jí)），如：T8、T12A分別表示含碳量為0.8碳素工具鋼和1.2高級(jí)碳素工具鋼。 2、合金鋼的分類和命名（1）定義：在鋼中特意加入了除鐵碳以外的其他合金元素（如：錳、鉻、鎳、鉬、銅、鋁、硅

31、、鎢、釩、鈮、鋯、鈷、鈦、硼、氮等）以改善鋼的性能，這一類鋼稱為合金鋼。（2）分類A.按合金元素加入量分類：可分為低合金鋼，合金元素總量5；中合金鋼，合金元素總量510；高合金鋼，合金元素總量10。B.按用途分類：可分為專用于制造各種工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的鋼種，專用于制造各種工具的鋼種，特殊性能合金鋼（具有特殊物理、化學(xué)性能的）如：耐酸、耐熱和電工鋼等。2、合金鋼的分類和命名C.按鋼的組織分類：可分為珠光體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼等。D.按所含主要合金元素分類：可分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅鋼等。2、合金鋼的分類和命名（3）合金鋼牌號(hào)表示方法我國合金鋼牌號(hào)是按碳含量、合金元素種類和含量、質(zhì)

32、量級(jí)別和用途來編排。牌號(hào)首部用數(shù)字表明碳含量，牌號(hào)第二部分用元素符號(hào)表明鋼中主要合金元素，含量由其后數(shù)字表明，牌號(hào)尾部加A表示鋼的質(zhì)量等級(jí)，加“R”表示壓力容器用鋼。例如：16MnR表示平均碳含量為0.16，平均錳含量1.5，是壓力容器專用鋼。1.4.3鋼中常用的合金元素介紹 鐵碳合金的基本元素是Fe與C，其他元素是故意加進(jìn)去的或無法清除的，下面介紹碳鋼的常用五大元素C、Mn、Si、S、P及N、H、O和部分合金元素對(duì)鋼的性能的影響1）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、壓力管道所使用的碳素

33、鋼，含碳量一般不超過0.25。1.4.3鋼的常用合金元素介紹2）錳（Mn）錳是作為脫氧去硫劑加入鋼液的（弱脫氧劑）。錳能溶入鐵素體形成置換固溶體，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?。但錳在碳鋼中作為雜質(zhì)存在時(shí)含量較少（一般小于0.8），對(duì)鋼的性能影響并不大；當(dāng)Mn含量小于1%時(shí)能提高焊縫的強(qiáng)度、韌性；當(dāng)Mn含量大于1%時(shí)焊縫容易產(chǎn)生裂紋和夾渣。1.4.3鋼的常用合金元素介紹3）硅（Si）硅是作為脫氧劑加入鋼液的（強(qiáng)脫氧劑）。硅能溶入鐵素體，在鋼中有提高強(qiáng)度、硬度、彈性的作用，但會(huì)使鋼的塑性、韌性降低，硅還能提高鋼的抗氧化性和耐蝕性。硅作

34、為雜質(zhì)在鎮(zhèn)靜鋼中含量約0.10.4，在沸騰鋼中約0.030.07，少量的硅對(duì)鋼的性能影響并不顯著。1.4.3鋼的常用合金元素介紹4）硫（S）硫是由礦石、生鐵和燃料中進(jìn)入鋼內(nèi)的有害雜質(zhì)。硫在鐵素體中溶解度極小，在鋼中主要以硫化鐵FeS形式存在。硫化鐵與鐵形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)985）分布于晶界上，當(dāng)鋼材在8001200之間鍛軋時(shí)，由于低熔點(diǎn)共晶體熔化而使鋼材沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。硫在鋼中含量有嚴(yán)格限制，鍋爐、壓力容器專用鋼材的硫含量不應(yīng)大于0.020。1.4.3鋼的常用合金元素介紹5）磷（P）磷主要來自礦石和生鐵。少量的磷溶于鐵素體中，可能由于其原子直徑比鐵大很多，造成鐵素體晶格畸變

35、嚴(yán)重，從而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，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。磷在鋼中含量有嚴(yán)格限制，鍋爐、壓力容器專用鋼材的磷含量不應(yīng)大于0.030。1.4.3鋼的常用合金元素介紹6）氮（N）、氧（O）、氫（H）鋼在冶煉過程中與空氣接觸，鋼液會(huì)吸收一定數(shù)量的氮和氧；而鋼中氫含量的增加則是由于潮濕的爐料，澆注系統(tǒng)和潮濕的空氣。氮、氧、氫在鋼中都是有害雜質(zhì)。A）鋼中含氮，會(huì)形成氣泡和疏松。含氮高的低碳鋼特別不耐腐蝕。此外，氮的存在會(huì)使低碳鋼出現(xiàn)時(shí)效現(xiàn)象。所謂時(shí)效就是鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性，特別是沖擊韌性在一定時(shí)間內(nèi)自發(fā)改變的現(xiàn)象。低碳鋼的時(shí)效有兩種：熱時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效，熱時(shí)效是指碳鋼加熱

36、至570720然后快冷，再放置一段時(shí)間后韌性降低的現(xiàn)象；1.4.3鋼的常用合金元素介紹應(yīng)變時(shí)效是指經(jīng)過冷變形（變形量超過5）的低碳鋼，再加熱至250350時(shí)韌性降低的現(xiàn)象。當(dāng)鋼材經(jīng)過冷彎、卷邊等冷變形后再進(jìn)行焊接，有時(shí)會(huì)在距焊縫4050mm處出現(xiàn)裂紋，此即應(yīng)變時(shí)效導(dǎo)致的結(jié)果。B）氧的存在會(huì)使鋼的強(qiáng)度、塑性降低，熱脆現(xiàn)象加重，疲勞強(qiáng)度下降。C）鋼中溶入氫，會(huì)引起鋼的氫脆，產(chǎn)生延遲裂紋、白點(diǎn)等危險(xiǎn)缺陷。1.4.3鋼的常用合金元素介紹7）鉻（Cr）能提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。具有極好的抗氧化性和耐大氣腐蝕能力，是不銹鋼的主加元素。鉻部分溶于鐵素體中，部分存在于滲碳體中，可提高滲碳體的穩(wěn)定性，降低珠光體球

37、化傾向，防止鋼的石墨化。當(dāng)其含量超過10%時(shí)，塑性、可焊性明顯降低。8）鎳（Ni）能提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。改善沖擊韌性和降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。鎳幾乎全部溶于鐵素體中，不形成碳化物。和Mn一樣是低溫容器用鋼的主加元素。1.4.3鋼的常用合金元素介紹9）鉬（Mo）能大大提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性，可以消除或降低鋼的熱脆性，改善鋼在高溫度下抗氫腐蝕能力，和Cr一樣是耐熱鋼的主加元素。鉬的主要不良影響是促進(jìn)鋼的石墨化。10）釩（V）有較好的細(xì)化晶粒作用，對(duì)碳、氮都有很強(qiáng)的親和力，能在鋼中形成極穩(wěn)定的碳化物和氮化物，以細(xì)小顆粒呈彌散分布，阻止晶粒長(zhǎng)大，提高晶粒粗化溫度，從而降低鋼的過熱敏感性，并且顯著地提高鋼的

38、常溫和高溫強(qiáng)度以及韌性。釩還能增強(qiáng)鋼的抗氫腐蝕能力。1.4.3鋼的常用合金元素介紹11）鈦（Ti）是最強(qiáng)的碳化物形成元素，能提高鋼在高溫高壓氫氣氛中的穩(wěn)定性。鈦與碳形成的化合物碳化鈦（TiC）極為穩(wěn)定。因此鈦能細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。12）鈮（Nb）和鈦相似，也是強(qiáng)的碳化物形成元素，當(dāng)其含量大于含碳量8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有良好的抗氫性能。由于碳化鈮具有穩(wěn)定、彌散的特點(diǎn)，可以細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能一、低碳鋼鍋爐和壓力容器、壓力管道常用的碳素鋼牌號(hào)有Q235AF、Q235A、Q235B、Q235C、20g、20R等，壓力管道常

39、用的碳素鋼牌號(hào)有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珠光體。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。除了碳以外，鋼中還含有少量錳、硅、硫、磷以及氮、氧、氫等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)鋼的性能也產(chǎn)生影響：1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能1、低碳鋼用于承壓類種設(shè)備的使用規(guī)定：Q235-AF鋼板 用于壓力容器，設(shè)計(jì)壓力p0.6MPa；鋼板使用溫度為0250；用于殼體制造時(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

40、度、高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。 Q235-A鋼板 容器設(shè)計(jì)壓力p1.0MPa；鋼板使用溫度為0350；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p1.6MPa；鋼板使用溫度為0350；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。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能 Q235-C鋼板 容器設(shè)計(jì)壓力p2.5MPa；鋼板使用溫度為0400；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于30mm。20R（20g） 其冶煉和檢驗(yàn)都嚴(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0.0

41、30%和0.035%。6-16mm厚度鋼板，其抗拉強(qiáng)度為400-520MPa，屈服強(qiáng)度245MPa，延伸率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鍋爐和容器。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能2、 低合金鋼承壓類特種設(shè)備常用低合金鋼包括低合金結(jié)構(gòu)鋼，低溫鋼，耐熱鋼。低合金鋼中通常添加的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、鉬、釩元素等。1）低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼有時(shí)又稱為低合金高強(qiáng)度鋼。這類鋼既有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性。使用低合金鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，可在相同承載條件下，使結(jié)構(gòu)重量減輕2030。低合金鋼的合金含量較少，價(jià)格較低，冷、熱成型及焊接工藝性能良好，從而在鍋爐

42、壓力容器制造中廣泛應(yīng)用。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能鍋爐用低合金鋼牌號(hào)有16Mng、15MnVg、18MnMoNbg等；壓力容器用低合金鋼牌號(hào)有16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMONbR、07MnCrMoVR等；壓力管道用低合金鋼牌號(hào)有09MnV、16Mn以及12CrMo、15CrMo、12CrlMoV、和1Cr5Mo，L290、L320、L360、L450和X60、X65、X70、X80等。以下介紹幾種常見低合金鋼一些特性。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（1）16Mng和16MnR16Mng和16MnR具有良好的力學(xué)性能，一般在熱軋狀態(tài)使用。對(duì)于中、厚板材

43、可進(jìn)行900920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。16Mng和16MnR的焊接性良好，一般情況下鋼板厚度34mm時(shí)焊前可不預(yù)熱；對(duì)于重要的受壓元件和鋼板厚度大于34mm的構(gòu)件，焊后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，通常是加熱至600650，保溫后空冷。16Mng和16MnR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。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（2）15MnVR（15MnVg）15MnVR一般在熱軋狀態(tài)下使用，具有良好的力學(xué)性能，但塑

44、性和低溫沖擊韌性較16MnR為低。為改善塑性和韌性可進(jìn)行正火處理，推薦的處理溫度為940980。15MnVR的缺口敏感性和時(shí)效敏感性都比16MnR為大。在冷變形程度較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。15MnVR具有較好的焊接性，過熱傾向較小，淬硬傾向也不嚴(yán)重，焊后冷裂傾向稍大于16Mn。，一般情況下厚度32mm的鋼板焊前可不預(yù)熱；厚度大于28mm的結(jié)構(gòu)，焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（3）18MnMoNbR（18MnMoNbg）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。18MnMoNbR的焊接性尚好，但有一定的淬硬傾向。焊接工藝中最關(guān)

45、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。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（4）07MnCrMoVR 是低碳多元微量合金化的低合金高強(qiáng)度鋼，與其他低合金鋼不同之點(diǎn)在于07MnCrMoVR降低了碳含量，用微量鉻、鉬、釩等元素來補(bǔ)償因碳含量降低而帶來的強(qiáng)度損失，并使鋼的回火抗力得到提高。07MnCrMoVR的特點(diǎn)是：高強(qiáng)度、高韌性，低的焊接冷裂紋敏感性。07MnCrMoVR經(jīng)淬火并回火后使用，其組織為板條狀馬氏體、貝氏體和少量回火馬氏體，正是這種顯微組織保證了強(qiáng)度和韌性的良好配合。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能2）低溫用鋼隨著低溫工業(yè)和深冷技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)眾多

46、的壓力容器和壓力管道要在低溫條件下工作。對(duì)于這類容器來說，至關(guān)重要的是低溫韌性。 影響低溫韌性的因素有：晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、冶煉的脫氧方法、熱處理狀態(tài)、鋼板厚度、合金元素等，其中以合金元素的影響最為顯著。（1）碳強(qiáng)烈地影響鋼的低溫韌性，隨著碳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度急劇上升。因此低溫鋼的含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）多限制在0.2以下。（2）錳對(duì)改善鋼的低溫韌性十分有利，隨著錳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度下降。（3）鎳具有與錳相似的改善鋼的低溫韌性的功能。鋼中含鎳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）每增加1，冷脆轉(zhuǎn)變溫度約可降低10。所以錳和鎳是低溫鋼中常用的合金元素。存在于鋼中的硫、磷、砷、銻、錫、鉛等微量元素和氮、氫、氧等

47、氣體對(duì)鋼的低溫韌性都產(chǎn)生不良影響。所以GBl501998規(guī)定低溫壓力容器受壓元件用鋼必須是鎮(zhèn)靜鋼。同時(shí)低溫壓力容器使用的專用鋼的硫、磷含量都低于一般低合金鋼。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能 國內(nèi)目前規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)將低溫壓力容器與非低溫壓力容器的溫度界限規(guī)定為20，低溫容器用鋼的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)低于或等于該容器的最低設(shè)計(jì)溫度，沖擊試驗(yàn)采用夏比V型缺口，三個(gè)試樣的沖擊功平均值應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。國內(nèi)常用的低合金低溫用鋼牌號(hào)有：16MnDR，15MnNiDR，09Mn2VDR，09MnNiDR等。低溫壓力容器使用的鋼材除上述幾種專用鋼之外，還有含鎳量較高的合金鋼2.5Ni、3.5Ni、9Ni鋼以

48、及屬于高合金鋼的1Crl8Ni9以及15Mn26A14等。根據(jù)這些低溫用鋼顯微組織的差異，可以將它們分為三類：鐵素體鋼、低碳馬氏體鋼和奧氏體鋼。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（1）鐵素體鋼 顯微組織為鐵素體加少量珠光體。包括16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR、07MnNiCrMoVDR和2.5Ni、3.5Ni鋼。此類鋼焊接性良好、焊接工藝控制要點(diǎn)是采用小的焊接線能量和快速多層多道焊。（2）低碳馬氏體鋼 9Ni鋼淬火后的顯微組織為板條狀馬氏體，回火后為鐵素體加一定數(shù)量的回轉(zhuǎn)奧氏體。熱處理規(guī)范對(duì)9Ni鋼的低溫韌性有重要影響。在常規(guī)熱處理（淬火+回火）后，9N

49、i鋼在196的夏比試樣沖擊功并不高。若在淬火和回火之間，引入相區(qū)熱處理，可使回轉(zhuǎn)奧氏體數(shù)量、形態(tài)和分布發(fā)生有利的變化，則9Ni鋼的196的沖擊功可提高1倍。9Ni鋼可以采用手工焊、惰性氣體保護(hù)焊和埋弧焊等常用的焊接方法。鋼板厚度不超過50mm時(shí)，焊前不需預(yù)熱，焊后也不要求熱處理。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（3）奧氏體鋼 用于制作低溫壓力容器的奧氏體鋼有鉻鎳系的1Crl8Ni9和鐵錳鋁系的15Mn26A14。由于具有面心立方結(jié)構(gòu)，在溫度下降時(shí)，這兩種鋼的韌性不出現(xiàn)陡然降低，而是緩慢下降，且下降幅度不很大。奧氏體鋼的使用溫度高于或等于196時(shí)，可免做沖擊試驗(yàn)。但冷變形會(huì)促進(jìn)1Crl8N

50、i9發(fā)生相變。相具有六角密排結(jié)構(gòu)，它的產(chǎn)生會(huì)損害鋼的韌性。15Mn26A14在極低溫度（253）仍具有良好韌性，且時(shí)效敏感性也很小。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能3）低合金耐熱鋼當(dāng)工作溫度為400600時(shí)，所使用的鋼材多為低合金耐熱鋼，例如制造石油化工壓力容器和高壓鍋爐所使用的鉬鋼、鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼，此類鋼在中等高溫具有良好的耐熱性，且所含合金元素量不多，價(jià)格較低廉。低合金耐熱鋼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(hào)有0.5Cr-0.5Mo（12CrMo）、1.0Cr0.5Mo（15CrMo）、1.25Cr0.5Mo（14CrlMo）、1CrMo一V等。1.

51、4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能 這些鋼具有良好的中溫強(qiáng)度和一定的抗氫性能。在焊接方面的主要問題是近縫區(qū)的硬化和冷裂紋，焊后熱處理或高溫使用下的再熱裂紋，當(dāng)含碳量偏高或焊材使用不當(dāng)，也會(huì)發(fā)生熱裂紋，焊接工藝上一般要采用預(yù)熱，焊后保溫以及焊后熱處理等措施。屬于貝氏體耐熱鋼的牌號(hào)有：2.25Cr1Mo（12Cr2Mo1）此種鋼具有極好的持久強(qiáng)度和最佳的抗氫性能，是典型的石油加氫裂化容器用鋼，但它具有明顯的空淬傾向，焊接工藝控制更為嚴(yán)格。低合金耐熱鋼長(zhǎng)期使用時(shí)間后有可能發(fā)生性能劣化，即發(fā)生影響力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)變化，包括珠光體球化、石墨化、合金化等再分配等。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（

52、1）珠光體球化和碳化物聚集 這種組織變化表現(xiàn)為珠光體中的碳化物由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?，?xì)小分散的碳化物聚集成大顆粒碳化物。這種變化將引起鋼的強(qiáng)烈軟化，導(dǎo)致高溫強(qiáng)度的降低，常溫下的及也有所降低。 低合金耐熱鋼的正常組織是珠光體和鐵素體。珠光體由片狀滲碳體和鐵素體相間組成。由于片狀物的表面能比球狀物的表面能大，所以片狀珠光體是一種亞穩(wěn)定組織，其中滲碳體有轉(zhuǎn)變成球狀碳化物，并聚集長(zhǎng)大的自發(fā)趨勢(shì)。這個(gè)轉(zhuǎn)變要通過碳原子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)。因此，凡是影響碳原子擴(kuò)散的因素都將影響珠光體球化和碳化物聚集。升高溫度會(huì)使珠光體球化所需時(shí)間明顯減少。T10球化退火 滲碳體球化過共析鋼球化1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能 有

53、些合金元素對(duì)珠光體球化起著阻滯作用。例如，鉬能溶于滲碳體中，形成復(fù)合碳化物（Fe，Mo）C3，提高滲碳體的穩(wěn)定性，從而使珠光體球化和碳化物聚集過程得到延緩。因此，鉬是低合金耐熱鋼中最常用的合金元素。鉻、釩、鎢和鈦也具有與鉬類似的作用。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能（2）石墨化 這是鋼中滲碳體在高溫自行分解為游離碳（石墨）的過程。石墨的存在相當(dāng)于鋼中出現(xiàn)裂紋，不僅消除了滲碳體原有的強(qiáng)化作用，并且使鋼的韌性大為降低，以致引起脆性斷裂。石墨化發(fā)生于較高溫度，對(duì)于碳素鋼約為450以上，對(duì)于0.5Mo鋼約在480以上。焊縫的熱影響區(qū)最易發(fā)生石墨化，往往沿著熱影響區(qū)的外緣析出石墨。鋼的脫氧方法嚴(yán)重影響鋼的石墨化傾向。不用鋁脫氧或脫氧用鋁量小于0.25kgt的鋼實(shí)際上不出現(xiàn)石墨化。脫氧用鋁量為（0.61）kgt的鋼有不同程度的石墨化傾向。硅和鎳具有與鋁相似的促進(jìn)鋼石墨化的作用。凡能形成高穩(wěn)定性碳化物的元素，如鉻、鈮、鈦等都能阻止石墨化。1.4.4承壓類特種設(shè)備常用鋼材及性能3、 奧氏體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（0Crl3，1Crl7等）