工程材料-過控-黑色金屬及其選用

工程材料海洋科學與技術(shù)學院賈非DalianUniversityofTechnology第7章

黑色金屬及其選用*

主要內(nèi)容壓力容器用鋼

工況分析及對材料性能的要求

壓力容器用鋼

高溫及低溫構(gòu)件用鋼

高溫用鋼、低溫用鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼

腐蝕的工況特點、合金元素的影響

雜質(zhì)的影響、耐蝕鋼材零部件用鋼

回轉(zhuǎn)件用鋼、支撐件用鋼有色金屬及其合金壓力管道工況分析

管道用鋼及鑄鐵*3過程裝備品種繁多，如換熱、傳質(zhì)、化學反應(yīng)設(shè)備及各種儲罐等。壓力容器用鋼4過程裝備使用（化工生產(chǎn)）的特點：1）生產(chǎn)的連續(xù)性強2）生產(chǎn)的條件苛刻

3）介質(zhì)的腐蝕性強

4）介質(zhì)大多易燃易爆有毒性

5）溫度和壓力變化大

6）安全至關(guān)重要壓力容器用鋼5過程裝備的基本要求安全可靠性要求

化工設(shè)備必須具有足夠的強度和剛度，良好的韌性、耐腐蝕性和可靠的密封性。工藝條件要求

工藝性能要求包括：反應(yīng)設(shè)備的反應(yīng)速度、換熱設(shè)備的傳熱量、塔設(shè)備的傳質(zhì)效率、儲存設(shè)備的儲存量等。經(jīng)濟合理性要求

在滿足工藝要求和安全可靠運行的前提下，要盡量做到適用和經(jīng)濟合理。便于操作和維護環(huán)境保護要求壓力容器用鋼6過程裝備設(shè)備的特點功能原理多樣化外殼多為壓力容器化工—機械—電氣一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)大型化壓力容器用鋼7壓力容器須滿足三個條件：所承受的壓力超過0.1MP。容器直徑大于0.15米且容積大于0.025立方米。所盛裝的介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度超過其沸點的液體。壓力容器用鋼8基本承壓部件1.筒體2.封頭3.密封裝置(法蘭、密封元件、堅固件）4.開孔(人/手孔)5.接管6.支座附件7.安全附件（安全閥、爆破片）8.測量與控制儀表壓力容器的結(jié)構(gòu)9壓力容器的分類1、按設(shè)計壓力分類低壓容器0.1MPa≤p＜1.6MPa。中壓容器1.6MPa≤p＜10.0MPa。高壓容器10.0MPa≤p＜100MPa。超高壓容器p≥100MPa。壓力容器用鋼10壓力容器的分類113、按按工工作作溫溫度度分分類類低溫溫容容器器設(shè)計計溫溫度度≤≤-20℃℃。常溫溫容容器器設(shè)計計溫溫度度≤≤-20～200℃℃。中溫溫容容器器設(shè)計計溫溫度度≤≤200～450℃℃。高溫溫容容器器設(shè)計計溫溫度度＞450℃℃壓力容器的分類124、按壁厚厚分類薄壁容器器K=D0/Di≤1.2厚壁容器器K=D0/Di＞1.2壓力容器的分類135、按《壓力容器器安全技技術(shù)監(jiān)察察規(guī)程》分類壓力容器的分類14壓力容器的分類15力學性能能因素引引起的壓壓力容器器失效：：1）韌韌性斷斷裂內(nèi)部壓壓力超超載，，均勻勻腐蝕蝕、高高溫氧氧化、、磨損損等造造成壁壁厚減減薄。。2）脆脆性斷斷裂氫脆、、堿脆脆、σ相脆化化、碳碳化物物析出出脆化化、低低溫脆脆化、、輻照照脆化化等。。3）疲疲勞脆脆斷強強流體產(chǎn)生生振動、、周期性性溫度變變化，多多為低周周高應(yīng)力力疲勞。。壓力容器用鋼16壓力容器器對材料料性能的的要求：：1）壓力力容器大大都為低低碳鋼2）良好好的冶金金質(zhì)量3）優(yōu)良良的綜合合力學性性能強度、塑塑性和韌韌性合理理配合；；屈強比比大于0.7時在設(shè)計計制造中中予以重重視，大大于0.8~0.85時特殊對待待。4）良好的的材料組組織和組組織穩(wěn)定定性5）良好的的加工工工藝性能能和焊接接性能壓力容器用鋼17壓力容器器用鋼制造壓力力容器用用鋼主要要有碳素素鋼、低低合金高高強鋼、、低溫鋼鋼，中溫溫抗氫鋼鋼、不銹銹鋼、耐耐熱鋼，，復(fù)合鋼鋼板；受受壓元件件用鋼材材品種有有鋼板、、鋼管、、鍛鋼、、棒鋼、、鑄鋼等等。低碳鋼用于低壓壓薄壁容容器，有有一定的的強度、、良好的的塑性、、韌性和和加工工工藝性，，焊接性性能良好好。Q235-A··F、Q235-A，提供拉拉伸試驗驗的σb、σs和δ值；Q235-B做常溫沖沖擊試驗驗；Q235-C做0℃沖擊試試驗。20R容器專用用優(yōu)質(zhì)碳碳素鋼鋼鋼板，對對沖擊韌韌性有較較嚴格的的要求壓力容器用鋼18碳鋼的品品種及規(guī)規(guī)格品種：鋼板、鋼鋼管、型型鋼、鑄鑄鋼和鍛鍛鋼（1）鋼板（壓力容容器用熱熱扎厚鋼鋼板）4mm～6mm厚度間隔隔為0.5mm6mm～30mm厚度間隔隔為lmm30mm～60mm厚度間隔為為2mm碳素鋼板材材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。壓力容器用鋼19壓力容器用用碳素鋼鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼板的的適用范圍圍表鋼板牌號使用溫度℃設(shè)計壓力MPa殼體鋼板厚度mm

其它限制Q235-B

0~350≤1.6≤20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

0~400≤2.5≤30壓力容器用鋼20（2）鋼管無縫鋼管和和有縫鋼管管。無縫鋼管有有冷軋和熱熱軋。普通通無縫鋼管管常用材料料有10、15、20等；有專門門用途的無無縫鋼管，，如熱交換換器用鋼管管、石油裂裂化用無縫縫管、鍋爐爐用無縫管管等。有縫管分鍍鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。（3）型鋼有圓鋼、方方鋼、扁鋼鋼、角鋼（（等邊與不不等邊）、、工字鋼和和槽鋼。圓鋼與方鋼鋼主要用來來制造各類類軸件；扁扁鋼常用作作各種槳葉葉；工字鋼鋼、槽鋼、、角鋼廣泛泛用于工業(yè)業(yè)建筑和金金屬結(jié)構(gòu)。。壓力容器用鋼21（4）鑄鋼和鍛鍛鋼鑄鋼用ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制制造各種承承受重載荷荷的復(fù)雜零零件，如泵泵殼、閥門門、泵葉輪輪等。鍛鋼有08、10、15、…、50等牌號，壓壓力容器用用20、25等制作管板板、法蘭、、頂蓋等。。壓力容器用鋼22低合合金金高高強強度度鋼鋼鋼板板為為16MnR、15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR及16MnDR等低低溫溫用用低低合合金金鋼鋼。。鋼鋼管管為為16Mn、15MnV。常常見見的的有有：：16MnR、15MnVR。鋼板牌號使用溫度℃殼體鋼板厚度mm說明20R-20~4756~100嚴于碳素結(jié)構(gòu)鋼16MnR-20~4756~120加入適量Mn元素強度顯著提高壓力容器用鋼2316MnR屈服服強強度度350MPa的低低合合金金高高強強度度鋼鋼，，具具有有良良好好的的綜綜合合力力學學性性能能、、焊焊接接性性能能、、工工藝藝性性能能及及低低溫溫沖沖擊擊韌韌性性。。中國國壓壓力力容容器器專專用用鋼鋼板板中中使使用用量量最最大大的的一一個個鋼鋼號號，，用用于于-20~475℃℃的中中低低壓壓壓壓力力容容器器殼殼體體及及承承壓壓構(gòu)構(gòu)件件、、液液化化石石油油氣氣瓶瓶及及中中小小型型球球罐罐。。缺口口敏敏感感性性比比低低碳碳鋼鋼大大、、疲疲勞勞強強度度低低、、焊焊接接時時易易產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂紋紋。。低合金鋼強度鋼2416MnR，Mn的作作用用：：溶于于鐵鐵素素體體產(chǎn)產(chǎn)生生較較強強的的固固溶溶強強化化作作用用；；降低低奧奧氏氏體體分分解解溫溫度度，，細細化化鐵鐵素素體體晶晶粒粒，，使使珠珠光光體體量量增增加加、、晶晶片片變變細細，，消消除除晶晶界界上上的的粗粗大大片片狀狀碳碳化化物物，，提提高高強強度度和和韌韌性性；；降低低韌韌脆脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變溫溫度度，，使使鋼鋼具具有有較較好好的的低低溫溫韌韌性性。。含量量超超過過1.5%，因因貝貝氏氏體體的的出出現(xiàn)現(xiàn)，，使使鋼鋼的的塑塑性性、、韌韌性性下下降降，，焊焊接接性性能能變變壞壞，，容容易易產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂紋紋。。低合金鋼強度鋼2515MnNbR屈服強強度370MPa，顯微微組織織為鐵鐵素體體+珠光體體。強度、、韌性性高于于16MnR，焊接接性能能和抗抗硫化化氫性性能與與其相相似。。主要取取代進進口鋼鋼板，，用于于液化化石油油氣大大型儲儲罐，，可明明顯降降低鋼鋼板厚厚度、、加工工費用用，保保證加加工質(zhì)質(zhì)量。。低合金鋼強度鋼2615MnVR、18MnMoNbR屈服強度度分別為為390MPa、440MPa，強度較較高，但但塑性、、韌性都都較C-Mn鋼低，且且有較高高的缺口口敏感性性和時效效敏感性性。15MnVR主要用于于制造承承受較高高壓力的的大型儲儲罐、高高壓容器器內(nèi)筒及及層板、、鍋爐汽汽包等。。18MnMoNbR用于制造造高壓容容器承壓壓殼體，，如氨合合成塔和和尿素合合成塔等等。這兩種鋼鋼板大量量使用后后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)焊接接接頭有裂裂紋，目目前已較較少使用用制造新新設(shè)備。。低合金鋼強度鋼2713MnNiMoNbR目前國內(nèi)內(nèi)單層卷卷焊厚壁壁壓力容容器的一一個綜合合力學性性能較理理想的鋼鋼號。利用用固固溶溶強強化化提提高高鋼鋼材材的的熱熱強強性性，，400℃℃屈服服強強度度仍仍可可達達300MPa；加入入Nb元素素并并控控制制軋軋制制，，呈呈現(xiàn)現(xiàn)微微合合金金化化組組織織；；S、P含量量盡盡量量降降低低，，≤≤0.025%。鋼板板的的韌韌性性、、塑塑性性高高，，低低溫溫下下也也有有高高的的沖沖擊擊吸吸收收功功。。低合金鋼強度鋼2807MnCrMoVR用于高參參數(shù)球形形容器的的一個力力學性能能和焊接接性能均均相當理理想的鋼鋼號，高高強度、、高韌性性、優(yōu)良良焊接性性能。推薦使用用溫度-20~350℃。低的焊接接裂紋敏敏感性，，控制碳碳當量≤0.42%，焊接冷冷裂紋敏敏感性組組成≤0.2%，厚度≤50mm厚板可以以不預(yù)熱熱或稍加加預(yù)熱。。已建造公稱容積積50~2000m3的氧氣、、氮氣、、氫氣、、液化石石油氣、、乙烯、、丙烯等等常溫及及低溫球球罐40余臺。成成為我國國建造大大型球罐罐的主要要鋼種。。低合金鋼強度鋼2907MnCrMoVR含碳量低低（≤0.09%），高強強度（σs≥490MPa，σb為610~740MPa）。采用最佳佳的微合合金化處處理，添添加Ni、Cr、Mo、V、B等；合理的調(diào)調(diào)質(zhì)熱處處理工藝藝，形成成高密度度位錯的的強韌化化組織結(jié)結(jié)構(gòu)；先進的脫脫硫設(shè)備備和真空空處理手手段，降降低S、P含量、提提高潔凈凈度。低合金鋼強度鋼30壓力容器用鋼31高溫用鋼鋼“高溫”常指高高于450℃的工作作溫度；；“耐熱”指材料料在高溫溫下有熱熱穩(wěn)定性性和熱強強性。碳鋼使用用溫度一一般在450℃以下，，高于450℃推薦使使用耐熱熱鋼，高高于800℃常用其其他高溫溫材料。。在高溫工工作條件件下用鋼鋼的特點點：產(chǎn)生蠕變變現(xiàn)象力學性能能隨溫度度及載荷荷持續(xù)時時間而變變化組織結(jié)構(gòu)構(gòu)常會發(fā)發(fā)生轉(zhuǎn)變變高溫及低溫構(gòu)件用鋼32蠕變曲線線高溫用鋼理想的材材料，蠕蠕變曲線線具有很很小的起起始蠕變變和低的的蠕變速速率，明明顯的加加速階段段。33蠕變機制高溫用鋼溫度較高時時原子的活活動能力提提高，使得得位錯滑移移更為容易易，低于屈屈服極限的的應(yīng)力造成成材料塑性性變形，加加工硬化亦亦隨之產(chǎn)生生，材料開開始強化，，變形抗力力加大。變形速率隨隨時間而下下降；加工硬化和和回復(fù)、再再結(jié)晶同時時進行，變變形速率基基本保持恒恒定。大的塑性變變形在晶界界形成微孔孔和裂紋，，試件開始始產(chǎn)生縮頸頸，塑性變變形速率加加快，最后后導致試件件斷裂。34蠕變導致的的失效高溫用鋼過量變形失失效梁的彎曲，，桿件、容容器殼體的的失穩(wěn)，汽汽缸蠕脹而而泄露等，，可用蠕變抗力指指標作為判據(jù)。。蠕變斷裂構(gòu)件發(fā)生斷斷裂或容器器發(fā)生破裂裂，用蠕變斷裂指指標作為判據(jù)。。應(yīng)力松弛總變形不變變，應(yīng)力隨隨時間逐漸漸降低的現(xiàn)現(xiàn)象。緊固固件，如壓壓緊螺栓、、鉚釘?shù)?。。在金屬?gòu)構(gòu)件總形變變恒定的條條件下，由由于彈性形形變不斷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕孕巫儯瑥膹亩箲?yīng)力力不斷減小小。35高溫組組織結(jié)結(jié)構(gòu)變變化高溫用鋼石墨化化鋼材在在高溫溫作用用下滲滲碳體體自行行分解解的一一種現(xiàn)現(xiàn)象，，也稱稱析墨墨現(xiàn)象象。石石墨使使材料料脆化化、強強度與與塑性性降低低，顆顆粒聚聚集成成鏈狀狀，會會導致致材料料斷裂裂。球化低合金金珠光光體耐耐熱鋼鋼在高高溫長長期作作用下下，珠珠光體體組織織中片片狀滲滲碳體體鑄件件轉(zhuǎn)變變?yōu)榍蚯驙顫B滲碳體體，并并逐漸漸聚集集長大大。降降低鋼鋼材強強度尤尤其是是高溫溫強度度；中中等球球化使使低碳碳鋼和和低碳碳鉬鋼鋼常溫溫強度度降低低10~15%，嚴重重球化化降低低20~30%，而高高溫強強度會會下降降到50%。36高溫組組織結(jié)結(jié)構(gòu)變變化高溫用鋼合金元元素的的再分分配高溫下下長時時間工工作，，合金金元素素在固固溶體體和碳碳化物物之間間重新新分配配，鉻鉻、鉬鉬、釩釩等強強化元元素的的原子子由固固溶體體向碳碳化物物轉(zhuǎn)移移。固固溶強強化作作用顯顯著降降低，，導致致耐熱熱鋼的的高溫溫強度度下降降。新相的的形成成碳化物物結(jié)構(gòu)構(gòu)類型型、數(shù)數(shù)量和和分布布的變變化，，趨向向形成成穩(wěn)定定狀態(tài)態(tài)的碳碳化物物。37高溫腐腐蝕高溫用鋼高溫環(huán)環(huán)境往往往是是含氧氧、硫硫、氫氫、氮氮等的的高溫溫氣體體，發(fā)發(fā)生化化學反反應(yīng)，，損耗耗金屬屬，大大多會會在其其表面面上生生成氧氧化物物、硫硫化物物、氮氮化物物等固固體表表面膜膜。鋼鐵表表面形形成的的固態(tài)態(tài)氧化化膜結(jié)結(jié)構(gòu)與與性能能各不不相同同，保保護性性能的的好壞壞取決決于氧氧化物物的高高溫穩(wěn)穩(wěn)定性性，氧氧化膜膜的完完整性性、致致密性性、組組織結(jié)結(jié)構(gòu)和和厚度度、膜膜與金金屬材材料的的相對對熱膨膨脹系系數(shù)以以及氧氧化膜膜的生生長應(yīng)應(yīng)力等等因素素；其其中氧氧化膜膜的完完整性性和致致密性性是至至關(guān)重重要的的。38高溫溫用用鋼鋼的的性性能能要要求求高溫用鋼（1）高高溫溫用用鋼鋼力力學學性性能能的的考考慮慮39高溫溫用用鋼鋼的的性性能能要要求求高溫用鋼40高溫溫用用鋼鋼的的性性能能要要求求高溫用鋼松弛弛穩(wěn)穩(wěn)定定性性指標標有有多多種種，，最最常常用用的的是是以以金金屬屬在在一一定定溫溫度度和和一一定定初初應(yīng)應(yīng)力力作作用用下下，，經(jīng)經(jīng)規(guī)規(guī)定定時時間間后后剩剩余余應(yīng)應(yīng)力力的的大大小小來來表表示示。。41高溫溫用用鋼鋼的的性性能能要要求求高溫用鋼（2）抗抗氧氧化化性性硫化化、、氮氮化化、、碳碳化化、、鹵鹵化化等等類類型型的的高高溫溫腐腐蝕蝕也也是是廣廣義義的的氧氧化化。。金屬屬材材料料的的抗抗氧氧化化性性的的評評價價與與其其他他腐腐蝕蝕一一樣樣，，采采用用失失重重法法、、增增重重法法測測定定，，采采用用腐腐蝕蝕速速度度或或腐腐蝕蝕速速率率表表示示。。鋼鋼鐵鐵材材料料的的抗抗氧氧化化性性可可分分為為五五級級。。提高高溫溫強度的的途徑:①固溶強化化；②析析出強強化；；③晶晶界強強化(加入B、Zr等降低低晶界界能量量)高溫合金中的‘析出相高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物高溫用鋼43高溫用用鋼高溫用鋼珠光體體耐熱熱鋼渦輪機機殼鋼制法蘭常用鋼鋼號為為15CrMo、12Cr1MoV合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。熱處理理：正火處處理組織:F+P用途：：600℃以下的的鍋爐及及管道道,壓力容容器，熱交換換器，，汽輪輪機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子等。煙管式鍋爐鍋爐管珠光體耐熱鋼馬氏體體耐熱熱鋼常用鋼鋼號為為1Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WMoV；4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo合金元元素作作用：：Cr、Si提高抗抗氧化化性;Mo提高熱熱強性性(T再);V彌散強強化。。熱處理理：調(diào)質(zhì)。。組織：：S回。汽輪機葉片高溫用鋼用途：：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽汽輪機機葉片片，又又稱葉片鋼鋼；4Cr9Si2主要用用于制制造使使用溫溫度低低于750℃的發(fā)發(fā)動機機排氣氣閥，，又稱稱氣閥鋼鋼。汽車閥門鍋爐安全泄壓閥(2Cr13)馬氏體耐熱鋼過熱器鐵素體體耐熱熱鋼含13%或17%鉻的簡簡單鐵鐵素體體鋼及及在其其基礎(chǔ)礎(chǔ)上加加入Si、Al等合金金元素素以提提高抗抗氧化化性的的鐵素素體耐耐熱鋼鋼?？寡趸詮姀姡邷販貜姸榷鹊?，，焊接接性能能差，，脆性性大，，多用用于受受力不不大的的加熱熱鍋爐爐構(gòu)件件。高溫用鋼常用鋼鋼號有有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等。過熱器管排過熱器器集箱箱奧氏體體耐熱熱鋼鉻鎳含含量18-8及25-20的簡單單奧氏氏體鋼鋼及在在其基基礎(chǔ)上上加入入W、Mo、V、Ti、Nb、Al等元素素，強強化奧奧氏體體。Cr的作用用是提提高抗抗氧化化性；；Ni的作用用是獲獲得單單相奧奧氏體體;Ti的作用用是彌彌散強強化。。熱處理理采用用固溶處處理組織為為單相A。高溫用鋼常用鋼鋼號有有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等。主要用用于制制造工工作溫溫度在在600~850℃的高高壓鍋鍋爐過過熱器器、承承壓反反應(yīng)管管、汽汽輪機機葉片片、葉葉輪、、發(fā)動動機氣氣閥等等。奧氏體耐熱鋼渦輪機機殼鋼制法蘭50高溫用用鋼選選材高溫用鋼制氫裝裝置廢廢熱鍋鍋爐混合預(yù)預(yù)熱二二段介介質(zhì)和和煙氣氣溫度度高，，選用用18-8型奧氏氏體耐耐熱鋼鋼；原料預(yù)預(yù)熱二二段和和混合合預(yù)熱熱一段段溫溫度度條件件不及及混合合二段段苛刻刻，選選用含含Cr、Mo、V等合金金元素素的低低合金金耐熱熱鋼，，如Cr5Mo、12Cr1MoV、15CrMo；原料預(yù)預(yù)熱一一段、、省煤煤段、、混合合預(yù)熱熱一段段、水水保護護段和和蒸發(fā)發(fā)段爐爐管的的實際際溫度度不太太高，，用一一般碳碳鋼或或低Cr、Mo含量的的珠光光體低低合金金耐熱熱鋼，，如20R，12CrMo、15CrMo等。51低溫用用鋼一般用用于0℃以下下溫度度的材材料稱稱為低溫材材料，金屬屬材料料使用用低合合金鋼鋼、鎳鎳鋼和和鉻鎳鎳奧氏氏體鋼鋼，及及鈦合合金、、鋁合合金等等有色色金屬屬。生產(chǎn)、、儲存存、運運輸和和使用用液化化天然然氣、、液化化石油油氣、、液氧氧、液液氫、、液氮氮、液液氦、、液體體二氧氧化碳碳等液液化氣氣體的的過程程裝備備及構(gòu)構(gòu)件，，寒冷冷地區(qū)區(qū)的過過程裝裝備及及構(gòu)件件。低溫下使用用的壓力容容器、管道道、設(shè)備及及其構(gòu)件脆脆性斷裂時時有發(fā)生。。高溫及低溫構(gòu)件用鋼52低溫用鋼的的工況和特特點低溫用鋼低溫脆斷的的特點名義應(yīng)力較較低，低于于屈服強度度或設(shè)計應(yīng)應(yīng)力，也稱稱低應(yīng)力脆脆斷；構(gòu)件低溫脆脆斷之前沒沒有明顯的的塑性變形形或只有局局部的少量量塑性變形形，有脆性性斷口特征征；裂紋擴展速速度快；原有韌性較較低，低溫溫缺口敏感感性和韌性性更差。53低溫用鋼的的力學性能能要求低溫用鋼屈強比比比值愈接接近1，變脆的可可能性愈大大低溫沖擊韌韌性及韌脆脆轉(zhuǎn)變溫度度影響低溫韌韌性的因素素晶體結(jié)構(gòu)化學成分形形成鐵素晶粒尺寸熱處理與顯微組織缺口效應(yīng)和應(yīng)力集中其他影響因素鋼板厚度、加工硬化、焊接缺陷及殘余應(yīng)力、加載速度、溫度變化、介質(zhì)化學作用。54低合金低溫溫用鋼低溫用鋼以Mn作為為主主加加元元素素，，改改善善鋼鋼的的低低溫溫韌韌性性16Mn常用用普普通通低低合合金金鋼鋼，，-40℃使使用用的的鋼鋼板板16MnDR硫、、磷磷等等雜雜質(zhì)質(zhì)含含量量比比16MnR低09Mn2V正火火組組織織是是細細小小的的鐵鐵素素體體和和少少量量珠珠光光體體，，塑塑性性良良好好，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工工藝藝性性與與低低碳碳鋼鋼相相近近。。-70℃低溫下使使用的鋼板板09Mn2VDR，鋼管及鍛鍛鋼09Mn2VD有良好的低低溫韌性。。55鎳鋼低溫用鋼低溫用鎳鋼鋼中鎳的含含量常有2.25%、3.5%和9.0%。2.25%Ni-60℃時使用的的最經(jīng)濟的的鎳鋼，正正火組織是是珠光體+鐵素體組織織，珠光體體數(shù)量有所所增加，晶晶粒較細。。3.5%Ni-100℃時使用的的標準鋼種種，常作低低溫熱交換換器的鋼管管，正火后后進行高溫溫回火，消消除內(nèi)應(yīng)力力。9.0%Ni-200℃低溫下使使用，正火火組織是馬馬氏體+貝氏體，回回火過程中中有奧氏體體出現(xiàn)。奧奧氏體碳含含量高，低低溫下穩(wěn)定定而不易56高錳奧氏體體鋼低溫用鋼降低高錳鋼鋼中的碳含含量；增加加錳的含量量和加入其其他奧氏體體形成元素素（如鋁、、氮、銅等等），保證證獲得奧氏氏體并使奧奧氏體在低低溫下穩(wěn)定定；加入強強化元素使使奧氏體固固溶強化，，并使晶粒粒細化。用得較多的的是20Mn23Al和15Mn26Al4，分別在-196℃和-253℃下使用，，加工工藝藝性與18-8型奧氏體不不銹鋼相似似。57鉻鎳奧氏體體不銹鋼低溫用鋼在-200℃以下使用用的低溫用用鋼，常用用的有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9。奧氏體不銹銹鋼在低溫溫下長期使使用，會發(fā)發(fā)生奧氏體體向馬氏體體的轉(zhuǎn)變，，使塑性和和韌性有所所降低。但但有資料表表明，即使使出現(xiàn)大量量的相變，，鋼的塑性性和韌性仍仍能保持較較高的水平平。奧氏體不銹銹鋼還具有有在液氫溫溫度（-253℃）下阻止止應(yīng)力應(yīng)力力集中部位位破裂的特特性，在深深冷條件下下被廣泛采采用。腐蝕的工況況特點過程裝備往往往在腐蝕蝕性介質(zhì)中中工作，因因為腐蝕或或者腐蝕和和其他力學學性能、結(jié)結(jié)構(gòu)等因素素共同作用用引起失效效?；どa(chǎn)產(chǎn)中的腐腐蝕危害害居行業(yè)業(yè)之首腐蝕的經(jīng)經(jīng)濟損失失最大最易發(fā)生生突發(fā)的的惡性事事故造成的環(huán)環(huán)境污染染最嚴重重阻礙新工工藝新技技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)的概率率最大消耗人類類的資源源最多耐腐蝕構(gòu)件用鋼合金元素素對金屬屬耐蝕性性的影響響Cr：是提高高耐蝕性性的主要要元素，，是熱力力學上不不穩(wěn)定，，但易鈍鈍化的金金屬。鈍鈍化環(huán)境境（氧化化性適中中）有效效。①形成成穩(wěn)定致致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時，形成成單相鐵鐵素體組組織。③提高高基體電極電位位(n/8規(guī)律)Ni：電極電電位較鐵鐵正、鈍鈍化。和Cr同時加入入，擴大大奧氏體體相區(qū)，，加工性性和焊接接性能好好。耐腐蝕構(gòu)件用鋼Mo：鈍化、、增加合合金抗還還原性介介質(zhì)、氯氯離子腐腐蝕及耐耐點蝕能能力。Fe-Cr-Ni合金，足足夠的Cr含量及同同時加入入Mo，改善耐耐點蝕性性能。Si：添加到到不銹鋼鋼、低合合金鋼、、鑄鋼等等合金中中，提高高耐蝕性性，耐氯氯化物應(yīng)應(yīng)力腐蝕蝕破裂、、耐點蝕蝕、耐熱熱濃硝酸酸腐蝕、、抗氧化化、耐海海水腐蝕蝕等。Si和Mo同時加入入到Cr-Ni不銹鋼中中，提高高抗應(yīng)力力腐蝕及及點蝕性性能。大氣及在在海水飛飛濺帶的的耐蝕性性。合金元素對金屬耐蝕性的影響Cu：含0.1~0.2%Cu的碳鋼產(chǎn)產(chǎn)生良好好的耐大大氣腐蝕蝕的性能能。添加Cu的不銹鋼鋼具有良良好的耐耐硫酸腐腐蝕性能能。提高不銹銹鋼在海海水中的的縫隙腐腐蝕。Ti和Nb：提高不銹銹鋼抗晶間間腐蝕。N：提高奧氏氏體不銹鋼鋼在氯化物物環(huán)境中耐耐點蝕和縫縫隙腐蝕性性能。以鋼中存在在Cr、Mo為前提。雙相不銹鋼鋼中有利于于兩相控制制。在酸中一般般耐蝕性提提高。合金元素對金屬耐蝕性的影響雜質(zhì)對鋼鐵鐵耐蝕性的的影響C：碳高，則則降低耐蝕蝕性。馬氏體不銹銹鋼中＜0.2%，沉淀硬化化不銹鋼中中＜0.1%，馬氏體時時效鋼中＜＜0.03%，才能保持持耐蝕性。。增加奧氏體體不銹鋼的的點蝕傾向向，鐵素體體不銹鋼的的晶間腐蝕蝕和晶間應(yīng)應(yīng)力腐蝕敏敏感性。低碳、超低低碳以及超超純不銹鋼鋼，碳質(zhì)量量降至＜0.03%或0.02%，C+N的質(zhì)量分數(shù)數(shù)降至＜0.015%。耐腐蝕構(gòu)件用鋼N使鐵素體不不銹鋼對晶晶間腐蝕敏敏感。對點蝕、縫縫隙腐蝕、、應(yīng)力腐蝕蝕也有害P降低奧氏體體不銹鋼在在硝酸中的的耐蝕性.對低碳、超超低碳不銹銹鋼晶間腐腐蝕有害。。Si0.8~1.0%范圍內(nèi)，降降低鋼耐硝硝酸腐蝕性性，增加晶晶間腐蝕敏敏感性。高Si不銹鋼中含含量4%~6%。雜質(zhì)對鋼鐵耐蝕性的影響S硫化物易溶溶于酸性氯氯化物溶液液，使鋼對對點腐蝕、、縫隙腐蝕蝕敏感。Mn、S比值低時，，耐點蝕Mn硫化錳降低低耐蝕性.降低S含量，耐點點蝕性能提提高。作為合金元元素，加3%Mn，對鋼的耐耐蝕性影響響不大。雜質(zhì)對鋼鐵耐蝕性的影響碳鋼的耐蝕蝕性碳鋼在強腐腐蝕介質(zhì)、、大氣、海海水、土壤壤中都不耐耐腐蝕，需需采取保護護。在室溫的堿堿或堿性溶溶液中耐蝕蝕。鹽酸、硫酸酸、硝酸中中與濃度有有關(guān)。溫度升高、、腐蝕加快快?；瘜W成分的的影響碳、磷、硫硫；錳、硅硅。組織的影響響珠光體、索索氏體、屈屈氏體、馬馬氏體耐腐蝕構(gòu)件用鋼耐蝕低合金金鋼耐大氣腐蝕蝕的低合合金元素的作用主要是改變銹層的晶體結(jié)構(gòu)及降低缺陷，提高銹層的致密度和對鋼的附著力。Cu、P、Cr、Ni，在鋼表面富集并形成非晶態(tài)層。Cu是最有效的元素，陽極鈍化學說及表面富集學說。P、Cr一般與其他元素配合，Ni含量較多時有效。稀土元素可以提高低合金鋼的耐大氣腐蝕性能。碳鋼的耐蝕性抗氫、氮、、氨腐蝕用用低合金鋼鋼氫腐蝕與氮氮脆低合金鋼耐耐氫、氮、、氨腐蝕的的機理抗氫腐蝕：降低鋼的的含碳量；；加入碳化化物形成元元素抗氮化：加入氮化化物形成元元素用鋼使用溫度在在220℃以下，可可以不考慮慮氫腐蝕與與氮化問題題，用碳素素鋼或一般般的高強度度低合金鋼鋼。在350℃以下，考考慮氫腐蝕蝕，用低鉻鉻、鉬抗氫氫鋼。350℃以上，同同時考慮，，用鈦、釩釩、鈮及較較高鉻、鉬鉬。耐蝕低合金鋼耐濕H2S開裂用低合合金鋼硫化氫應(yīng)力力腐蝕，氫氫脆斷裂氫鼓泡、氫氫致開裂、、硫化物應(yīng)應(yīng)力腐蝕開開裂、應(yīng)力力導向氫致致開裂組織耐開裂裂性能遞減減：鐵素體體+均勻分布細細微球狀碳碳化物組織織→完全淬淬火+回火組織→→正火+回火組織→→正火組織織→網(wǎng)狀未未回火的馬馬氏體組織織化學成分中中影響最重重要的是鋼鋼材的純凈凈度添加鈮、鈦鈦、釩、鋁鋁、硼和稀稀土元素較較為有效，，鉻、鉬同同時加入效效果較好。。耐蝕低合金鋼耐蝕高合金金鋼耐腐蝕構(gòu)件用鋼馬氏體不銹銹鋼主要是Cr13型不銹鋼，碳碳量超過0.1%，鋼號為1Cr13~4Cr13隨含碳量提高高，強度、硬硬度提高，，耐蝕性下下降.⑴1Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下下的組織:S回不銹鋼棒1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及及良好的綜綜合力學性性能。用于要求塑韌性較高高的耐蝕件件，如汽輪機機葉片等.汽輪機葉片透平轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼⑵3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。。使用狀態(tài)下下的組織：M回。具有較高強強度、硬度度。用于要求耐耐蝕、耐磨磨件，醫(yī)療療器械、量量具等。醫(yī)療器械不銹鋼刀馬氏體不銹鋼1Cr17削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器鐵素體不銹銹鋼典型鋼號如如0Cr13、1Cr17及含鉻為25~30%的鋼等。⑴成分：高鉻低碳碳，000Cr18Mo2、000Cr25Mo1⑵無α?γ相變，不能進行行熱處理強強化。⑶組織：單相鐵素素體不銹鋼鋼中σ相⑷性能特點耐酸蝕，抗抗氧化能力力強，塑性性好。但有有脆化傾向：①475℃脆化：加熱到450~550℃停留，產(chǎn)生生脆化.再加熱到600℃快冷可消除除。②相脆化：在600~800℃℃長期加熱時時，析出硬硬而脆的相。鐵素體不銹鋼⑸用途途廣泛泛用用于于硝硝酸酸和和氮氮肥肥工工業(yè)業(yè)的的耐耐蝕蝕件件。。合成氨廠硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不銹鋼制品鐵素體不銹鋼奧氏氏體體不不銹銹鋼鋼主要要是是18-8（18Cr-8Ni）型型不不銹銹鋼鋼。。⑴性能能特特點點：具具有有良良好好的的耐蝕蝕性性，冷熱熱加加工工性性及可焊焊性性。高高的的塑韌韌性性,無磁磁性性。。⑵熱處處理理：采采用用固溶溶處處理理。即即加加熱熱到到1100℃℃使碳化物物溶解后后水冷；；穩(wěn)定化處處理。組織為單相奧氏氏體。不銹鋼帶不銹鋼⑶常用鋼種種為1Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni13Mo3、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni10Nb等廣泛用于于化工設(shè)備備及管道.反應(yīng)釜(316L)大型化工儲罐(304)熱交換器(316L)奧氏體不銹鋼奧氏體-鐵素體雙雙相不銹銹鋼主要是Cr22Ni5MoN，Cr25Ni7MoN。性能特點點：具有良良好的耐蝕性，含鎳量量低，強強度高，，耐點蝕蝕，抗應(yīng)應(yīng)力腐蝕蝕。鐵素體含含鉻量高高；加入入鉬、氮氮等元素素；鐵素素體阻止止裂紋擴擴展。不銹鋼耐蝕、耐耐磨、耐耐熱鑄鐵鐵和鑄鋼鋼耐蝕鑄鐵鐵添加硅、、鉻、鋁鋁等合金金元素，，形成保保護膜。。添加硅、、鉻、鉬鉬、銅、、鎳等，，提高電電極電位位。改變組織織，如獲獲得奧氏氏體，石石墨球化化等。高硅鑄鐵鐵硅含量為為14%~16%。在大多數(shù)數(shù)腐蝕介介質(zhì)中均均具有優(yōu)優(yōu)良的耐耐腐蝕性性能。加入2.5%~4.0%的鉬能提提高在鹽鹽酸、氯氯氣中的的耐蝕性性。耐腐蝕構(gòu)件用鋼其他耐蝕蝕鑄鐵加入3.5%~6.0%的鋁稱為為鋁鑄鐵。加入14~36%的鉻后，，稱為高鉻鑄鐵鐵。耐腐蝕蝕性好，，耐熱性性和耐磨磨性也很很好。加入12~36%的鎳稱為為高鎳鑄鐵鐵。強度、、塑性和和韌性明明顯提高高，特別別是在堿堿液中，，耐蝕性性能很好好。耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐磨鑄鐵鐵白口鑄鐵鐵是一種種良好的的耐磨鑄鑄鐵，但但脆性大大。加入Cr、Mo、Co、V、B等，形成成珠光體體合金白白口鑄鐵鐵，既有有高硬度度和高耐耐磨性，，又具有有一定的的韌性。。加入Cr、Ni、B等提高淬淬透性元元素，可可以形成成馬氏體體合金白白口鑄鐵鐵。鐵液注入入放有冷冷鐵的金金屬模成成型，灰灰口鑄鐵鐵+白口層。。減摩鑄鐵鐵，在軟基基體上嵌嵌有堅硬硬的強化化相。獲獲得細片片狀珠光光體；屈屈氏體和和馬氏體體基體；；加入Cu、Mo、Mn等強化基基體，少少量P形成磷共共晶，V、Ti等形成碳碳化物。。耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐熱鑄鐵鐵加熱爐爐爐底板、、換熱器器、廢氣氣管道等等。鑄鐵在高高溫下““氧化”和“生長”。加入Cr、Al、Si等元素形形成氧化化膜，得得到單相相鐵素體體基體。。Ni、Mn、Cu，得到單單相奧氏氏體基體體。Cr、V、Mo，穩(wěn)定碳碳化物。。石墨細化化和球化化。常用中硅硅球墨鑄鑄鐵（含含硅5~6%），高高鋁球球墨鑄鑄鐵（（含鋁鋁21~24%），高高鉻耐耐熱鑄鑄鐵（（含鉻鉻26~30%）。耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼鑄鋼形狀復(fù)復(fù)雜而而承載載能力力與綜綜合性性能要要求較較高的的構(gòu)件件，鑄鑄鐵難難以滿滿足性性能要要求，，鍛壓壓及其其他壓壓力加加工方方法難難于成成形。。與鑄鐵鐵相比比：流流動性性差，，凝固固過程程收縮縮率較較大。。ZG200-400、ZG310-570。加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等，制制成特特殊用用途的的合金金鑄鋼鋼。耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼表幾種材材料在在不同同溫度度和濃濃度的的酸、、堿和和鹽類類介質(zhì)質(zhì)中的的耐腐腐蝕性性耐耐沸10＜40＜10355沸任鈦300氣20干燥氣(110)(濃)××××50(20)＜75(96)××鉛××××(40)(10)3550(55)(＜27)20(20)＜60(80~100)××銅300氣1002010××××××(30)60(80~95)＞95鋁100溶液與氣體100250飽100≤90××＜40(＜40)(80~100)(＜10)沸(沸)40＜50(60~80)9518-8型不銹鋼(70)××20080××120260480≤35≥70100××20(70)70~80(80~100)××碳鋼(沸)(25)耐耐100潮濕耐耐(100)(34)30(＜35)＜12050~100≤沸＜70≥40＜40高硅鑄鐵STSi15R××××(480)(任)××20(70)70~80(80~100)××灰鑄鐵(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)氨尿素硫化氫硫酸銨氫氧化鈉鹽酸硫酸硝酸介質(zhì)材料耐腐蝕構(gòu)件用鋼零部件件用鋼鋼回轉(zhuǎn)件件用鋼鋼軸類工況：：承受受扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、彎彎曲、、拉伸伸、壓壓縮及及復(fù)合合載荷荷；對對稱交交變應(yīng)應(yīng)力下下工作作；局局部有有較大大應(yīng)力力集中中，摩摩擦磨磨損。。失效形形式：：疲勞勞斷裂裂；過過度磨磨損，，過量量變形形。性能要求求：高的的強度、、足夠的的剛度及及良好的的韌性；；高的疲疲勞極限限；摩擦擦部位，，較高硬硬度和耐耐磨性。。選材：輕輕載、低低速、不不重要的的軸，普普通碳鋼鋼；中等等載荷，，優(yōu)質(zhì)碳碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼；大大載荷或或高精度度，合金金鋼。黑色金屬及其選用齒輪類工況：齒齒根部受受彎曲應(yīng)應(yīng)力；齒齒面有相相互滾動動和滑動動摩擦的的摩擦力力；窄小小接觸處處承受很很大交變變接觸壓壓應(yīng)力；；一定沖沖擊載荷荷。失效形式式：磨損損，齒面面疲勞損損傷，塑塑性變形形，斷裂裂。性能要求求：高接接觸疲勞勞強度，，表面硬硬度和耐耐磨性；；高的抗抗彎強度度，適當當心部強強度和韌韌性；良良好切削削性能。。選材：根據(jù)據(jù)傳動方式式、載荷性性質(zhì)與大小小、傳動速速度和精度度要求確定定用材及熱熱處理方式式。用材有鋼材材、鑄鐵、、有色金屬屬及工程塑塑料等?；剞D(zhuǎn)件用鋼齒輪類鋼材齒輪鋼材制造齒齒輪的毛坯坯有型材和和鍛件，重重要件用鍛鍛材。輕載、低速速或中速、、小沖擊、、精度一般般：中碳鋼鋼，正火或或調(diào)質(zhì)處理理；Q275、40、50。中載、中速速、一定沖沖擊載荷：：中碳鋼或或中碳低合合金鋼，正正火或調(diào)質(zhì)質(zhì)、高頻或或中頻淬火火及低溫回回火；40Cr。重載、高速速或中速，，較大沖擊擊載荷：低低碳滲碳鋼鋼或碳氮共共滲鋼，20Cr、20CrMnTi。精密傳動或或加工困難難：氮化鋼鋼，38CrMoAl。回轉(zhuǎn)件用鋼齒輪類鑄鋼齒輪尺寸較大、、形狀復(fù)雜雜，受一定定沖擊載荷荷。ZG270-500，ZG40Cr、ZG36CrMo、ZG42MnSi。正火或退火火，耐磨性性要求高的的進行表面面淬火。重載、高速速或中速，，較大沖擊擊載荷：低低碳滲碳鋼鋼或碳氮共共滲鋼，20Cr、20CrMnTi。精密傳動或或加工困難難：氮化鋼鋼，38CrMoAl?；剞D(zhuǎn)件用鋼齒輪類鑄鐵齒輪開式傳動齒齒輪較多應(yīng)應(yīng)用灰口鑄鑄鐵制造。。石墨起潤滑滑作用，切切削性能好好，成本低低；抗彎強強度差，性性脆，不耐耐沖擊。輕載、低速速、不受沖沖擊，精度度低的齒輪輪。HT200、HT250、HT300。閉式傳動齒齒輪，球墨墨鑄鐵代替替鑄鋼。QT600-3、QT150-10、QT100-15。去應(yīng)力退火火或正火、、回火處理理，表面淬淬火?；剞D(zhuǎn)件用鋼轉(zhuǎn)子與葉輪輪螺桿式壓縮縮機、離心心式壓縮機機、羅茨鼓鼓風機、離離心通風機機、齒輪泵泵、離心泵泵等。工況：高速速旋轉(zhuǎn)零部部件。轉(zhuǎn)子子的失效情情況與軸相相圖；葉輪輪常見疲勞勞斷裂、過過載斷裂與與變形。高溫蠕變、、應(yīng)力腐蝕蝕開裂、威威振磨損、、汽蝕、發(fā)發(fā)生疲勞。。性能要求：：轉(zhuǎn)子要求求淬透性及及綜合力學學性能；葉葉輪要求高高，強韌性性、耐腐蝕蝕、耐腐蝕蝕、減振、、鑄造及焊焊接性能，，尺寸精度度。選材：轉(zhuǎn)子子用軸類材材料；葉輪輪用型材、、鍛材、鑄鑄材?；剞D(zhuǎn)件用鋼支撐件用鋼鋼及鑄鐵緊固件常用的的緊固固件連連接是是螺栓栓連接接。工況：：螺栓栓受拉拉應(yīng)力力，螺螺紋受受切應(yīng)應(yīng)力。。主要要是斷斷裂失失效；；縫隙隙腐蝕蝕，電電偶腐腐蝕。。性能要要求：：強度度高；；塑性性韌性性好，，缺口口敏感感性小?。豢箍顾沙诔诜€(wěn)定定性高高；脆脆斷傾傾向小??；良良好化化學穩(wěn)穩(wěn)定性性；合合理匹匹配螺螺栓與與螺母母材料料。零部件用鋼軸承承滑動動軸軸承承和和滾滾動動軸軸承承。?；瑒觿虞S軸承承用用材材料料有有巴巴氏氏合合金金、、青青銅銅、、鋁鋁基基合合金金、、鋅鋅基基合合金金及及減減摩摩鑄鑄鐵鐵。。滾滾動動軸軸承承主主要要用用軸軸承承鋼鋼。。軸承承鋼鋼，，用用于于制制造造滾滾動動軸軸承承的的滾