第4章對容器設計的安全要求(3)壓力容器的材料

第四章對容器設計的安全要求§4-3壓力容器的材料對材料性能的基本要求壓力容器的使用條件多種多樣，如處理、輸送易燃、易爆、有腐蝕性、有毒與有害等物料，操作壓力可能從真空到高壓甚至超高壓、溫度從低溫到高溫，使得設備處在極其復雜的操作條件下運行，這就對壓力容器的選材提出了不同的要求。選用材料的一般要求(1)材料品種應符合我國資源和供應情況；(2)材質可靠，能保證使用壽命；(3)要有足夠的強度，良好的塑性和韌性，對腐蝕性介質能耐腐蝕；(4)便于制造加工，焊接性能良好；(5)經濟上合算。選材不當所引起的事故因選材不當所引起的事故頗多。如2001年3月某公司人造水晶224號超高壓水晶釜發(fā)生爆炸，釜體下部被撕開長1130mm、寬約200mm的缺口，與缺口等面積的一塊鋼板被炸斷飛出1.5m遠，將水泥地砸出深300mm的凹坑，4根M40×2的地腳螺栓均被剪斷，釜體歪斜倒在鄰近的釜上，爆炸沖擊波將車間部分門窗損壞，直接經濟損失約30萬元。該釜設計壓力151Mpa，設計溫度400℃，工作壓力137Mpa，工作溫度380℃，工作介質為堿溶液，釜體材質33CrNi3MoVA，為超高壓三類壓力容器。分析事故原因可知，除了違規(guī)操作，導致溫度失控，超壓運行外，NaOH、NaN02溶液對33CrNi3MoVA材料是極為敏感的應力腐蝕介質，釜體材料存在應力腐蝕。因此，要滿足各種壓力容器每個具體工況的要求，合理的選用材料是設計化工設備的主要環(huán)節(jié)，也是提高壓力容器的安全可靠性，確保其安全運行的前提。為能選擇合適的材料制造壓力容器，保證壓力容器安全正常地進行工作，必須首先了解材料的基本性能。對材料性能的基本要求材料的性能包括:力學性能物理性能化學性能工藝性能其它性能力學性能構件在使用過程中受力(載荷)超過某一限度時，就會發(fā)生變形，甚至斷裂失效。金屬材料在外力作用下所引起的變形和破壞過程，大致可分為三個階段：(一)彈性變形階段；(二)彈—塑性變形階段；(三)斷裂。一般的斷裂有兩種形式：斷裂之前沒有明顯塑性變形階段的，稱為脆性斷裂；經過大量塑性變形之后才發(fā)生斷裂的，稱為韌性斷裂。力學性能我們把材料在外力（或外加能量）的作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為（包括變形、抗力、彈性、塑性、強度、硬度和韌性等特征指標），即在外力作用下不產生超過允許的變形或不被破壞的能力，叫做材料的力學性能（亦稱機械性能）。1．強度指標2．塑性指標3．硬度4．韌性指標5．缺口敏感性強度指標強度是固體材料在外力作用下抵抗產生塑性變形和斷裂的特性。常用的強度指標有屈服點和抗拉強度。屈服點(也叫屈服極限)(σs)抗拉強度（強度極限）(σb)蠕變極限(σn)持久極限(σD)疲勞極限（σ-1）屈服點(也叫屈服極限)(σs)金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加或緩慢增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象，習慣上稱為“屈服”。發(fā)生屈服現(xiàn)象時的應力，即開始出現(xiàn)塑性變形時的應力，稱為“屈服點”，用σs(MPa)表示。它即代表材料抵抗產生塑性變形的能力。

式中Ps──是載荷不再增加，甚至有所降低時，試件還繼續(xù)伸長的最小負荷(N)；F0──試件的原始接面積，m2。除退火的或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等少數(shù)合金有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)金屬合金沒有明顯的屈服點。因此，工程中規(guī)定發(fā)生0.2％殘余伸長時的應力，作為“條件屈服點”，稱為屈服強度，以σ0.2(MPa)表示。

式中P0.2──為產生0.2％殘余伸長的負荷(N)。抗拉強度（強度極限）(σb)金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應力值，叫做強度極限。由于外力形式的不同，有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度等?？估瓘姸仁菈毫θ萜髟O計常用的性能指標，它是試件拉斷前最大負荷下的應力，以σb(MPa)表示。

式中Pb為拉斷前試件所承受的最大負荷(N)?？箯潖姸仁氰T鐵等低塑性的脆性材料的強度指標之一，以σbb(MPa)表示。

式中M——彎矩，N·m；W——標準試件的抗彎斷面模數(shù)，m3。工程上所用金屬材料，不僅希望具有高的σs值，而且還希望具有一定的屈強比(σs/σb)。屈強比愈小，就具有較大的塑性儲備，愈不容易發(fā)生危險的脆性破壞，但是，屈強比太低，材料的強度水平就不能充分發(fā)揮。反之，屈強比愈大，材料的強度水平能得到充分發(fā)揮，但塑性儲備較小。實際上，一般還是希望屈強比高一些。蠕變極限(σn)所謂蠕變，是指在高溫時，在一定的應力下，應變隨時間而增加的現(xiàn)象，或者金屬在高溫和應力作用下逐漸產生塑性變形的現(xiàn)象。材料在高溫條件下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，用蠕變極限σn(MPa)表示。蠕變極限(σn)常用的蠕變極限有兩種。一種是在工作溫度下，引起規(guī)定變形速度(如v=1×10-5mm／(mm·h)或v=1×10-4mm／(mm·h))的應力值；另一種是在一定工作溫度下，在規(guī)定的使用時間內，使試件發(fā)生一定量的總變形的應力值。如在某一溫度下，在一萬或十萬小時內產生的總變形量為1％時的最大應力。材料的蠕變極限與溫度、蠕變速度有關。表中給出了不銹耐酸鋼(0Cr18Ni9Ti)在不同溫度及不同蠕變速度下的蠕變極限值（MPa）。持久極限(σD)在給定溫度下，促使試樣或工件經過一定時間發(fā)生斷裂的應力叫做持久極限，以σD(MPa)表示。在化工容器用鋼中，設備的設計壽命一般為十萬小時，以

(σD)表示試件經十萬小時斷裂的應力。也可以表示成σDt，上標t表示溫度，下標D表示載荷作用至斷裂時的小時數(shù)。σ100000500表示材料在500℃的溫度下，經載荷作用105小時即發(fā)生斷裂的應力值。持久強度是一定溫度和一定應力下材料抵抗斷裂的能力。在相同的條件下，能支持的時間越久，則該材料抵抗斷裂的能力越大。疲勞極限（σ-1）很多構件與零件，經常受到大小及方向變化的交變載荷，這種交變載荷，使金屬材料在應力遠低于屈服極限即發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為“疲勞”。金屬在無數(shù)次交變載荷作用下，而不致引起斷裂的最大應力，稱為“疲勞極限”。實際上不可能進行無數(shù)次的試驗，而把經106～108次循環(huán)試驗作為疲勞強度。如鋼在純彎曲交變載荷下循環(huán)5×106次時，所測得不發(fā)生斷裂的最大應力，即算作它的彎曲疲勞強度，用σR(MPa)表示。下標R代表應力比或循環(huán)特征。例如σ-1即代表材料在對稱循環(huán)（R=-1）時彎曲交變應力下的疲勞極限。塑性指標金屬的塑性，是指金屬在外力作用下產生塑性變形而不被破壞的能力。常用的塑性指標是延伸率和斷面收縮率。延伸率(δ)試件受拉力拉斷后，總伸長的長度與原始長度之比的百分率，稱為延伸率，以δ(％)表示。

式中l(wèi)k——試件斷裂后的標距長度，mm；l0——試件的原始標距長度，mm；

ΔlK——斷裂后試件的絕對伸長，mm。為了便于比較，試件必須標準化?，F(xiàn)國內采用的拉伸試樣有：長圓試樣用l0/d0=10(d0為試樣直徑）、短圓試樣用l0/d0=5，其延伸率分別用δ5或δ10表示。斷面收縮率(ψ)試件受拉力拉斷后，斷面縮小的面積同原始截面面積比值的百分率，叫做斷面收縮率，以ψ(％)表示。

式中FK——斷裂后試件的最小截面積，mm。；F0——試件的原始截面積，mm。。斷面收縮率ψ與試件尺寸無關，它能更可靠、更靈敏地反映材料塑性的變化。延伸率和斷面收縮率，都是用來度量金屬材料塑性大小的，延伸率和斷面收縮率愈大，表示金屬材料的塑性愈好。如純鐵的延伸率幾乎為50％，20R的d5不小于25%；16MnR的d5不小于21%；1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%，而普通鑄鐵的延伸率還不到1％，因此，鑄鐵的塑性非常差。最小值：錳鋼、碳鋼δ≥16%，合金鋼δ≥14%(對于同類材料，強度越高，尺寸越小，但塑性就越差。塑性好，不但易發(fā)現(xiàn)，而且可松弛局部超應力，而避免斷裂)。冷彎（角）冷彎角也是衡量金屬材料和焊縫塑性的指標之一，它是由冷彎試驗測定的。金屬材料和焊接接頭在室溫下以一定的內半徑進行彎曲，在試樣被彎曲受拉面出現(xiàn)第一條裂紋前，金屬材料的變形越大，其塑性就越好。焊接接頭的冷彎試驗常以一定的彎曲角度（α=120°或180°)下是否出現(xiàn)裂紋為評定標準。冷彎試驗不但是對壓力容器用材的一項驗收指標，而且在容器制造過程中，對焊接工藝試板和產品試板均需做冷彎試驗。（對不銹鋼，沖擊試驗可以不做，但冷彎試驗必須做。）硬度硬度是指金屬材料抵抗其它更硬物體壓入表面的能力。硬度不是一個單純的物理量，而是反映材料彈性、強度與塑性等的綜合性能指標。常用的硬度測量方法都是用一定的載荷(壓力)把一定的壓頭壓入金屬表面，然后測定壓痕的面積或深度。當壓頭和壓力一定時，壓痕面積愈大或愈深，硬度就愈低。根據(jù)壓頭和壓力的不同，常用的硬度指標可分為布氏硬度(HBS鋼球壓頭、HBW硬質合金球壓頭)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、維氏硬度(HV)和肖氏硬度（HS）等。布氏硬度布氏硬度測量方法是以直徑為D(mm)的鋼球，在載荷F(N)下壓入金屬表面；如圖所示。經規(guī)定保壓時間卸載后，根據(jù)試件表面壓痕直徑d(mm)按下式計算材料的布氏硬度。硬度試驗中，如果材料布氏硬度小于等于450，采用鋼球壓頭，用HBS表示布氏硬度；如果材料布氏硬度大于450且小于等于650，則采用硬質合金球壓頭，布氏硬度則用HBW表示；如果硬度大于650HBW，測量結果不準確，須改用洛氏硬度測量方法。布氏硬度的特點是比較準確，因此用途很廣，但不能測硬度更高的金屬，如HBW＞650以上。也不能測太薄的試樣，而且布氏硬度壓痕較大，易損壞表面等。硬度是材料的重要性能指標之一。一般說來，硬度高強度也高，耐磨性較好。大部分金屬硬度和強度之間有一定的關系，因而可用硬度近似地估計抗拉強度值。根據(jù)經驗，它們的關系為（應力均已Mpa計）：對于碳鋼，當HBS≤140時，σb≈（3.68～3.76）HBS；當140＜HBS≤450時，σb≈（3.40～3.51）HBS對于碳鋼及低合金鋼，450＜HBW≤650時，σb≈（3.36～4.08）HBW。韌性指標沖擊韌性是衡量材料韌性的一個指標，是材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常以標準試樣的沖擊吸收功AK表示。沖擊韌性目前工程技術上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定金屬承受沖擊載荷的能力，其試驗方法和原理如圖所示。擺錘沖斷試樣所失去的位能為沖擊功（試件所吸收的功）：Ak=G(H1-H2)焦耳！吸收功的高低取決于——材料能否迅速塑性變形的能力。

沖擊韌性將欲測定的材料先加工成標準式樣，如圖1—4所示。然后放在試驗機的機座上，又將具有一定重量G的擺錘舉至一定的高度H1，使其獲得一定的位能(GH1)，再將其釋放，沖斷試樣，擺錘的剩余能量為GH2。擺錘沖斷試樣所失去的位能，即沖擊負荷使試樣破斷所做的功，稱為沖擊功，以AK表示，單位是N·m。，則AK=GH1－GH2=G(H1－H2)N·m（J）。用試樣缺口處截面積F(cm2)去除AK，即得到沖擊韌性（ak）：N·m/cm2(J/cm2)沖擊韌性韌性是材料在外加動載荷突然襲擊時的一種及時和迅速塑性變形的能力。韌性高的材料，一般都有較高的塑性指標；但塑性較高的材料，卻不一定都有高的韌性。其所以如此，就是因為靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動載荷下不一定能迅速塑性變形。雖然壓力容器的各承壓部件一般都不承受沖擊載荷，但沖擊值αK對材料的脆性轉化比較敏感，也就是說，沖擊值也可以反映鋼的低溫冷脆性能。因此，使用溫度較低的壓力容器都把材料在使用溫度下的沖擊值αK作為控制指標。沖擊功AKV因為同一材料在沖擊試驗時所消耗的功主要取決于發(fā)生塑性變形的體積，而不僅僅取決于缺口處橫截面積F，所以用F來平均AK也是不夠確切的。沖擊試驗常用試樣有梅氏（U形缺口）試樣，夏比（V形缺口）試樣。試驗數(shù)據(jù)表明，夏比（V形缺口）試樣缺口尖端的圓角小，能模擬較高的應力集中和反映材料的缺口敏感性，它對考核材料低溫時的韌性（脆性）較梅氏試樣敏感。因此，我國《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》中規(guī)定，對低溫容器用材料，要提供夏比（V形缺口）沖擊功AKV。GB150參考采用了ASMEⅧ-1的有關規(guī)定，以沖擊功AKV為20J作為低碳鋼強度級別的鋼材的驗收判據(jù)。

斷裂韌性表示材料韌性的一個新指標是平面應變斷裂韌性KⅠC，可反映材料對裂紋擴展的抵抗能力。它表征材料抵抗脆性斷裂的能力。這是根據(jù)斷裂力學為理論依據(jù)，計算各種缺陷的應力強度因子，以缺陷的應力強度因子和小于該溫度下材料的斷裂韌性作為防止脆斷的準則。缺口敏感性缺口敏感性是指在帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴展的能力，屬于材料的韌性范疇。但它和材料的沖擊韌性不同，是在靜載荷下抵抗裂紋擴展的性能。而沖擊韌性是指材料承受動載荷時抵抗裂紋擴展的能力。一種常用缺敏感性試驗方法是：從垂直鋼材軋制面方向開出帶有60°角的“V”形缺口，缺口深度為2mm，在油壓機上進行彎曲試驗，彎曲時支點的跨距為40mm，求得載荷P－撓度f曲線，根據(jù)曲線的陡降程度判定缺口敏感性是否合格。物理性能金屬材料的物理性能有相對密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比(有時也將其歸入機械性能)等。熱膨脹性金屬及合金受熱時，一般說來體積都要膨脹(即幾何尺寸要伸長)，這一特性稱為熱膨脹性。通常應用的是線膨脹系數(shù)，以αl表示。（mm/（℃·mm），簡作1/℃）式中l(wèi)——試件原始長度，mm

Δl——試件伸長量，mm；

Δt——溫度差，℃。異種鋼的焊接，要考慮到它們的線膨脹系數(shù)是否接近，否則會因膨脹量不等而使構件變形或損壞。有些設備的襯里及組合件，應注意材料的線膨脹系數(shù)要和基體材料相同或接近，以免受熱后因膨脹量不同而松動或破壞。彈性模量與泊松比

材料在彈性范圍為，應力和應變成正比，即σ=Eε。這個比例系數(shù)E稱為彈性模量，單位為N/m2，它直接表示金屬材料在彈性變形階段的應力和應變關系。彈性模量是金屬材料對彈性變形抗力的指標，是衡量材料產生彈性變形難易程度的。材料的彈性模量越大，使它產生一定量的彈性變形的應力也越大。金屬的彈性模量主要取決于金屬原子結構、結晶點陣和溫度等因素，而合金化、熱處理和冷熱加工等因素對它的影響很小，因此，彈性模量是金屬材料最穩(wěn)定的性能之一。對同一種材料，彈性模量E隨溫度的升高而降低。泊松比是拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比，以μ表示。對于各種鋼材，它近乎為一個常數(shù)，即μ=0.3?；瘜W性能金屬的化學性能是指材料在所處的介質中的化學穩(wěn)定性，即材料是否會與介質發(fā)生化學和電化學作用而引起腐蝕。金屬的化學性能主要是耐腐蝕性和抗氧化性。耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。常用金屬材料在酸堿鹽類介質中的耐腐蝕性可查表。耐腐蝕性能：是指材料在使用條件下（包括溫度、壓力、濕度及含有雜質等）抵抗工作介質侵蝕的能力。按腐蝕深度評定金屬的耐蝕性(連續(xù)腐蝕)采用三級標準：但對壓力容器，一般常見的是斑點、深坑腐蝕，而最嚴重，最危險的是晶間、應力腐蝕。從最不利條件考慮。有些氣體在常溫下對材料沒有腐蝕，而在高溫下卻嚴重腐蝕。有些氣體在干燥下對材料沒有腐蝕，而在含有水分時卻嚴重腐蝕。抗氧化性在現(xiàn)代工業(yè)生產中的許多設備，如各種工業(yè)鍋爐、熱加工機械、汽輪機及各種高溫化工設備等，它們在高溫工作條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過程，還有其他氣體介質如水蒸汽、CO2、SO2等的氧化腐蝕作用．因此鍋爐給水中的含氧量和其它介質中的硫及其它雜質的含量對鋼的氧化是有一定影響的。工藝性能金屬和合金的加工工藝性能是指在保證加工質量的前提下加工過程的難易程度。工藝性能主要有：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理性能等。這些性能直接影響化工設備和零部件的制造工藝方法，也是選擇材料時必須考慮的因素。金屬材料的加工分為冷加工和熱加工。冷加工有冷卷、冷沖壓、冷鍛、冷擠壓及機械切削加工等；熱加工有熱卷、熱沖壓、鑄造、熱鍛、焊接及熱處理等。冷塑性焊接性能冷塑性冷塑性變形：金屬在室溫或較低溫度下發(fā)生的永久變形。當壓力容器用鋼板冷加工時，要求制造容器的材料具有良好的冷塑性。材料的冷塑性由所要求的塑性指標可以得到保證。焊接性能焊接性能：也稱可焊性，鋼的含碳量越高，可焊性越差。合金元素成分大部分也不利于它的焊接。C<0.3%的碳鋼(普通碳鋼，優(yōu)質碳鋼)和C<0.2%的普通低合金鋼具有良好的可焊性。Ce碳當量日本:英國:

一般認為碳當量Ce<0.45%的合金鋼，具有良好的可焊性，注意可焊性，主要是防止焊接裂紋。氫含量、鋼板厚度對其也有影響。其它性能1．組織穩(wěn)定性2．抗松弛性3．應變時效敏感性組織穩(wěn)定性鋼經長期時效(在工作溫度下長期保溫或在應力狀態(tài)下長期保溫)后，其室溫沖擊值往往因組織不穩(wěn)定(如滲碳體分解造成石墨化；珠光體內的片狀滲碳體轉變成尺寸較大球狀滲碳體)而有所降低。某些珠光體耐熱鋼在400～600℃長期保溫發(fā)生脆化后，只是沖擊值顯著降低，而其它機械性能指標，包括塑性則無明顯變化。出現(xiàn)這種脆性的原因，一般認為是由于溶質原子在固溶體晶粒間界上發(fā)生偏析，降低了晶粒間的結合強度。奧氏體耐熱鋼和合金出現(xiàn)這種時效脆性的溫度范圍是600～800℃。出現(xiàn)脆性后，與珠光體耐熱鋼不同，不只是引起沖擊韌性降低，塑性指標也會發(fā)生顯著變化，往往還會引起強度指標，特別是持久強度的降低。出現(xiàn)這種脆性的原因，通常是由于脆性的第二相(碳化物、氮化物等)沿晶界析出的結果。抗松弛性試樣和零件在高溫和應力狀態(tài)下，如維持總變形不變；隨著時間的延長自發(fā)地減低應力的現(xiàn)象稱為松弛。鍋爐、汽輪機和高溫化工設備中很多零件是在松弛條件下工作的，如螺栓等緊固件。緊固件擰緊加上初應力后，在高溫下經過一段時間發(fā)生松弛，總變形中的一部分彈性變形轉變?yōu)樗苄宰冃?，緊固件中的應力便降低了一部分，此時緊固件中所剩下的應力叫做“剩余應力”。如果剩余應力愈高，則稱材料的抗松弛性能愈好。應變時效敏感性應變時效是金屬及其合金在冷加工變形后，由于在室溫或較高溫度下的內部脫溶沉淀(對低碳鋼來說主要是氮化物的析出)，會使各種性能(主要是沖擊韌性)隨時間延長而發(fā)生變化(降低)。壓力容器常用材料金屬:黑色金屬(碳鋼合金鋼—絕大部分，鑄鐵)有色金屬：銅、鋁、鈦及其合金非金屬：工程塑料（硬聚氯乙烯塑料、聚乙烯塑料、耐酸酚醛塑料、聚四氟乙烯塑料、玻璃鋼等）碳纖維復合材料:優(yōu)點是重量輕、強度高、耐腐蝕壓力容器常用材料在壓力容器設計中，正確地選擇材料對保證容器的結構合理、安全使用和降低制造成本都是至關重要的。壓力容器使用的主要材料是碳素鋼和低合金鋼，這兩類鋼材構成了壓力容器的基礎材料。牌號表示原則

根據(jù)國家標準（GB/T221—2000)的規(guī)定，牌號中化學元素用化學符號或漢字表示，產品用途、冶煉和澆注方法采用漢字或拼音字母并用的原則。鋼鐵產品用途、冶煉和澆注方法表示法

鋼號表示法

普通碳素結構鋼的牌號根據(jù)GB700—88，普通碳素結構鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點的數(shù)值、材料質量等級符號、脫氧方法符號等四部分按順序組成。例如，Q235-A?F，其中Q——鋼材屈服點"屈"字漢語拼音首位字母；235——鋼材試件厚度（直徑）<16mm時屈服點的數(shù)值，單位為MPa;A(B，C，D)——鋼材質量等級；F(b,Z)——脫氧方法中沸騰鋼"沸"字漢語拼音首位字母（b為脫氧方法中半鎮(zhèn)靜鋼半字漢語拼音首位字母;Z為鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)字漢語拼音首位字母，在牌號組成表示方法中，"Z"符號予以省略）。鋼材的成分與分類工程上廣泛應用的金屬材料是鋼和鑄鐵，它們的總產量要比其他所有金屬產量的總和還要多幾百倍。鋼和鑄鐵由95%以上的鐵和0.05%?4%的碳及1%左右的其他雜質元素組成，因此鋼和鑄鐵又稱為"鐵碳合金"。一般含碳量在0.02%?2%的稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鑄鐵。當含碳量小于0.02%時，稱為工程純鐵，極少使用；當含碳量大于4.3%時，鑄鐵太脆，沒有實際應用價值。金屬的組織與結構

工業(yè)上作為結構使用的金屬材料是固態(tài)的。固態(tài)金屬都屬于晶體物質。通常在低于1500倍的顯微鏡下觀察到的金屬的晶粒，稱為金屬的顯微組織，即金屬的金相組織，簡稱組織，如圖所示。金屬的組織與結構

如果用X光和電子顯微鏡則可以觀察到金屬原子的各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結構，簡稱結構?；诣T鐵中石墨的不同組織形式這種金屬內部的微觀組織和結構的不同形式，影響著金屬材料的性質。圖為灰鑄鐵中石墨的不同組織形式，其中球狀石墨的鑄鐵強度最好，細片狀石墨次之，粗片狀石墨最差。純鐵在不同溫度下的晶體結構如圖所示為純鐵在不同溫度下的晶體結構。其中，如圖(a)所示為面心立方晶格，稱為γ-Fe；如圖(b)所示為體心立方晶格，稱為α-Fe。前者的塑性好于后者，而后者的強度高于前者。(a)(b)純鐵的同素異構轉變

α-Fe經加熱可轉變?yōu)棣?Fe，反之，高溫下的γ-Fe冷卻可轉變?yōu)棣?Fe。這種在固態(tài)下晶體結構隨溫度變化的現(xiàn)象,稱為“同素異構轉變”。這一同素異構轉變是在910℃下恒溫完成的。鐵的同素異構轉變是固態(tài)下鐵原子重新排列的過程，實質上也是一種結晶過程。純鐵塑性較好，強度較低，在工業(yè)上用得很少，常用的是鐵碳合金。鐵與碳的相互關系和碳鋼的基本組織

碳對鐵碳合金性能的影響極大，鐵中加入少量的碳以后，強度顯著增加，這是由于碳加入后引起了內部組織改變的緣故。兩種物質的相互關系基本上可以分為溶解、化合與混合幾種，而鐵和碳的關系也遵循這一普遍原則。碳在鐵中的存在形式有固溶體（兩種或兩種以上元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式的物體叫做固溶體）、化合物和混合物。下面具體介紹鐵和碳溶解、化合和混合所形成的各種基本組織。鐵素體(F)碳溶解在α-Fe中所形成的固溶體叫做鐵素體，以F表示，如圖所示。由于α-Fe的原子間隙很小，所以溶碳能力極低，在室溫下僅能溶解0.006%的碳。所以鐵素體強度和硬度低，但塑性和韌性很好。因而含鐵素體的鋼（如低碳鋼）就表現(xiàn)出軟而韌的性能。奧氏體（A）碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶體叫做奧氏體，以A表示，如圖所示。由于γ-Fe原子間隙較大，所以碳在γ-Fe鐵中的溶解度比在α-Fe中大得多。如在727℃時可溶解0.77%，在1148℃時可達最大值2.11%。碳鋼只有加熱到727℃(稱為臨界點）以上，組織發(fā)生轉變時才存在奧氏體。奧氏體的性能特點是強度、硬度高，塑性低，韌性好，且沒有磁性。滲碳體（C）鐵和碳以化合物形態(tài)出現(xiàn)的碳化鐵，稱為滲碳體，以C表示。其中鐵原子與碳原子之比為3:1，即Fe3C。其含碳量高達6.69%。Fe3C的性能既不同于鐵，也不同于碳。其硬度高(HBW為784),塑性幾乎為零，熔點約為1600℃。由于Fe3C又硬又脆，純粹的Fe3C在工業(yè)上并無用處。Fe3C以不同的大小、形狀與分布出現(xiàn)在組織中，對鋼的組織與性能影響很大。滲碳體在一定條件下可以分解為鐵和碳，這種游離的碳是以石墨形式存在的。鐵碳合金中碳的含量小于2%時，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，這就是碳素鋼；當碳的含量大于2%時，部分碳就以游離石墨的形式存在于合金中，這就是鑄鐵。石墨本身的性質是質軟，強度低。石墨分布在鑄鐵中相當于對鑄鐵挖了許多孔洞，因而鑄鐵的抗拉強度和塑性都比鋼的低。珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體二者組成的機械混合物，以P表示。碳素鋼中珠光體組織的平均含碳量約為0.77%。它的力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強度、硬度比鐵素體顯著增高，塑性、韌性比鐵素體要差，但比滲碳體要好得多。萊氏體（L）萊氏體是珠光體和初次滲碳體共晶混合物，以L表示。它存在于高碳鋼和白口鐵中。萊氏體具有較高的硬度（HBW＞686），是一種較粗而硬的組織。馬氏體（M）鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷（淬火）下來，得到一種碳原子在α-Fe鐵中過飽和的固溶體，稱為馬氏體，以M表示。馬氏體組織有很高的硬度，而且硬度隨著含碳量的增大而提高。但馬氏體很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。馬氏體由于碳原子過飽和，所以不穩(wěn)定，加熱后容易分解或轉變?yōu)槠渌M織。鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖又稱鐵碳合金相圖，它是描繪鐵碳合金內部組織、成分（含碳量）與溫度關系的圖形。它能顯示出不同含碳量的鋼和鑄鐵在緩慢加熱或冷卻過程中組織變化的規(guī)律，是研究鋼鐵組織與性能的基礎，對于鋼鐵的各種熱加工工藝，也具有重要的指導意義。由圖可以看出，含碳量為0.77%的鋼，是由單一的珠光體所組成，稱為共析鋼；含碳量小于0.77%的鋼，是由鐵素體加珠光體所組成，稱為亞共析鋼；含碳量大于0.77%而小于2.11%的鋼，是由珠光體加滲碳體所組成，稱為過共析鋼。含碳量為2.11%～4.3%的鑄鐵，由珠光體加滲碳體加萊氏體所組成。含碳量為4.3%的鑄鐵為單一的萊氏體組織。含碳量在4.3%以上的鑄鐵的平衡組織，則是由萊氏體加滲碳體所組成。鐵碳合金狀態(tài)圖

鐵鋼在加熱或冷卻過程中，其內部組織發(fā)生轉變的溫度叫做臨界溫度，或稱臨界點。在狀態(tài)圖中的臨界點有A1（PSK線）、A3（GS線）和ACM（ES線），各臨界點的組織轉變情況如下。A1——在圖中是一條水平線，溫度為727℃,它表示各種鋼在加熱到727℃以上時，珠光體開始轉變成奧氏體。反之，從高溫冷卻至727℃以下時，奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w。A3——它表示亞共析鋼加熱到A3以上時，其組織中的鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體。反之，當冷卻到A3時，奧氏體開始轉變?yōu)殍F素體。ACM——它表示過共析鋼加熱到ACM以上時，其組織中的滲碳體全部溶解到奧氏體中。反之，當冷卻到ACM時，奧氏體中開始析出滲碳體。ACM和A3點一樣，都是隨著含碳量的變化而變化。狀態(tài)圖中的ACD線為液相線，即液態(tài)合金開始結晶時溫度的連線。AECF線為固相線，即液態(tài)合金結晶終了溫度的連線。鐵碳合金狀態(tài)圖

通過對鐵碳合金狀態(tài)圖的分析可知，碳鋼的組織主要取決于含碳量的多少。當含碳量極低時（<0.006%），碳原子全部溶解到鐵中，通常組成單一的鐵素體組織。隨著含碳量的增加，珠光體量逐漸增加，而鐵素體量逐漸減少。當含碳量達到0.77%時，碳鋼組織全部為珠光體。含碳量超過0.77%，碳鋼組織中除了珠光體外，開始出現(xiàn)滲碳體。隨著含碳量的增加，滲碳體量不斷增多且呈網(wǎng)狀分布在晶界上，正是由于上述組織的變化，引起鋼的性能隨含碳量而變化。如珠光體量不斷增加，鋼的強度和硬度不斷提高，而塑性和韌性有所降低，當網(wǎng)狀滲碳體出現(xiàn)時，又使強度略有降低。鋼材的分類按化學成分按金屬品質按冶煉方式按冶煉設備按脫氧程度和澆注制度按用途化學成分分類鋼分為碳鋼和合金鋼兩類。碳鋼是指含碳量小于2.06%的鐵碳合金。按含碳量可分為低碳鋼（含碳量小于0.25%)、中碳鋼（0.25%～0.55%)和高碳鋼(大于0.55%)。合金鋼是為了改善鋼的某些性能而加入一定量的一種或幾種合金元素的鋼。根據(jù)鋼中合金元素總含量的不同可以分為：合金元素總含量（質量分數(shù)）不大于5%的低合金鋼、合金元素總含量在5%～10%之間的中合金鋼和合金元素總含量大于10%的高合金鋼。鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼按鋼的品質分類鋼的品質主要指鋼的純潔度。鋼的純潔度以鋼中所含硫、磷等有害雜質的多少來衡量。據(jù)此可將鋼分類為普通碳鋼（P≤0.045%，S≤0.050%)、優(yōu)質碳鋼(P≤0.040%,S≤0.035%)和高級優(yōu)質碳鋼（P≤0.030%，S≤0.030%)。優(yōu)質碳鋼的表示方法是在鋼號后面加一個A字，如20A。鋼普通鋼優(yōu)質鋼高級優(yōu)質鋼按冶煉方法分類按冶煉設備:可分類為平爐鋼、電爐鋼和轉爐鋼。平爐鋼是在有拱形爐頂?shù)钠綘t里，利用外來熱源熔化鑄鐵和廢鋼所煉出來的鋼。此種冶煉方法易于控制成分和除去有害雜質，煉出的鋼質量較高。電爐鋼是在電爐里利用電能產生的高溫冶煉出來的鋼。電爐鋼中大量是電弧爐鋼。在電弧爐中，由于能準確地控制爐溫，充分進行冶煉反應，故有害雜質除去較完全，煉出的鋼質量很高，鋼中氣體和偶存的有害元素含量都極低。轉爐鋼是在可轉動的爐里，向髙溫液態(tài)鐵水供給空氣，利用鐵水中的雜質與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應產生的熱量冶煉出的鋼。在冶煉轉爐鋼過程中向爐里吹入氧氣，強化鋼液的高溫化學反應，使雜質除去較為完全，能夠得到質量較高的鋼。按冶煉方法分類按脫氧程度和澆注制度:可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼

沸騰鋼冶煉時只用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼，含氧量為0.03%?0.07%，其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生[FeO]+[C]=CO+[Fe]的自脫氧反應，放出大量的CO氣體，出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠，因而內部結構疏松。這個缺點通過碾壓時的壓合作用可以得到克服。沸騰鋼錠沒有縮孔處的廢棄部分，所以成材率高，成本低。但沸騰鋼的鋼錠含碳量常有一些偏析。鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼在澆注前用Si、Al等元素對鋼液進行完全脫氧，把FeO中的氧還原出來，生成Si02和A1203，使得鋼中含氧量不超過0.01%(通常是0.002%?0.003%)。鋼錠模上大下小，澆注后鋼液從底部向上、向中心順序地凝固，在鋼錠上部形成集中縮孔，鍛壓時將這一部分截去，因而成材率較低，成本較高。但這種方法鑄成的鋼錠內部緊密堅實，因此重要用途的優(yōu)質碳鋼和合金鋼大都是鎮(zhèn)靜鋼?；毫θ萜饕话愣家x用鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼之間，澆注前在盛鋼桶內或鋼錠模內加入脫氧劑，錠模也是上小下大，鋼錠的特征是具有薄的緊密外殼，頭部還有縮孔，鋼錠內部結構下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。由于此種鋼經部分脫氧，能早期消除模內沸騰，所以鋼錠的偏析發(fā)展較弱。這是生產這種鋼錠的主要原因。同時這種鋼錠頭部切除較小，成材率也較高。沸騰鋼成材率高、成本低，但鋼錠內有小氣泡、偏析嚴重，不允許用于重要的壓力容器。鎮(zhèn)靜鋼鋼錠致密，質量較好，但成材率低、成本較高。按用途分類可分為建筑鋼、結構鋼（碳素結構鋼，合金結構鋼）、彈簧鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐熱鋼等）鋼建筑鋼結構鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼特殊性能鋼鋼材的元素組成鋼中除碳、鐵以外，還含有少量錳（Mn)、硅（Si)、硫(S)、磷（P)、氧（0)、氮（N)和氫（H)等元素。這些元素并非為改善鋼材質量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質元素。另外為改善鋼材性能也加入一些金屬元素，這些金屬元素有：鉻（Cr)，錳（Mn)，鎳（Ni)，硅(Si),硼（B)，鎢（W),鉬（Mo)，釩（V)，鈦（Ti)和稀土元素（Re)等。它們在鋼中都起一定的作用。①錳（Mn)錳（Mn)是一種良好的脫氧劑，又是一種很好的脫硫劑，焊接時經常利用它脫氧和脫硫。錳是低合金鋼中最常用的強化元素。在鋼中含量小于2%時，對于低合金鋼來說，可提高鋼的強度和韌性。對于中、高合金鋼而言，隨著強度的增加，其塑性和韌性則要降低。增加含錳量可以提高鋼的強度、耐磨性和低溫沖擊韌性。錳的含量在0.8%以下時，一般認為是常存的雜質；含量在0.8%以上時，可認為是合金元素。前者是冶煉中引入的，可脫氧和減輕硫的有害作用，是一種有益元素。后者當含錳量較高時，錳能溶解于鐵素體，起強化鐵素體的作用。按技術條件規(guī)定，優(yōu)質碳素結構鋼中含錳量是0.5%?0.8%，而較高含錳量碳鋼中，含錳量可達0.7%?1.2%。②硅（Si)硅（Si)是強的脫氧劑?？商岣咪摰目寡趸?、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質的腐蝕性。但含量超過2%時會使鋼的塑性和韌性降低，所以在低合金鋼中硅的含量要加以適當限制。硅的含量少于0.5%時,認為是常存雜質。它也是煉鋼過程中為了脫氧而引入的。脫氧不完全的鋼（如沸騰鋼），其中的硅含量小于0.3%。硅在鋼中或者溶于鐵素體內，或者以脫氧生成物Si02的形式殘存于鋼中。溶于鐵素體的硅，可提高鋼的強度、硬度，可算是一種有益元素。③鉻(Cr)鉻(Cr)在化學性能方面它不僅能提高金屬耐腐蝕性能，也能提高抗氧化性能。當其含量達到13%時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。鉻能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但它使鋼的塑性和韌性降低。隨含鉻量增加，可焊性變差。④鎳(Ni)鎳(Ni)主要是形成穩(wěn)定的奧氏體組織，提高耐蝕性能，并且它能提高奧氏體鋼的高溫強度和持久強度，提高鋼的塑性，能促進石墨化。鎳、鉻同時存在時，鋼材既具有較高塑性，又具有較高的硬度和強度。鎳對鋼鐵性能有良好的作用。它能提高淬透性，使鋼具有很高的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳能提高耐腐燭性和低溫沖擊韌性。鎳基合金具有更高的熱強性能。鎳被廣泛應用于不銹鋼和耐熱鋼中。⑤鉬（Mo)鉬（Mo)在鐵素體中有較大的溶解度，有明顯的固溶強化作用。同時又是強的碳化物形成元素。它可以提髙鋼的熱強性，并提高鋼的高溫強度和硬度，細化晶粒。在鋼中加入鉬，可以防止回火脆性。但鉬有促進石墨化傾向。含鉬小于0.6%時可提高塑性。鉬能抗氫腐蝕。⑥鈦（Ti）和鈮（Nb）鈦（Ti）和鈮（Nb）是強烈地形成碳化物的元素，所形成的碳化物極為穩(wěn)定，常用來做穩(wěn)定劑，在不銹鋼中起穩(wěn)定碳的作用，減少鉻與碳化合的機會，防止鉻鎳奧氏體鋼在高溫下或焊接后產生晶間腐蝕，還可提高耐熱性。鈦能細化晶粒，從而提高鋼的韌性，改善鋼的可焊性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。⑦釩（V）釩（V）對碳、氮都有很強的親和力，能在鋼中形成穩(wěn)定的碳化物和氮化物，細化晶粒，降低鋼的過熱敏性（彈性顯著增加），并提高鋼的高溫強度、韌性和提高淬透性。使它具有良好的抗沖擊和抗彎曲能力，不易磨損和斷裂。鉻鋼中加少量釩（1％），在保持鋼的強度情況下，能改善鋼的塑性。釩是重要合金鋼的添加元素。它既是一種脫氧劑，又能強化合金鋼，被譽為“合金的維生素”，因此許多合金鋼中都加入釩。⑧鋁鋁為強脫氧劑，能顯著細化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。鋁還能提高鋼的抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質腐蝕有良好作用。鋁的價格比較便宜，所以在耐熱合金鋼中常以它來代替鉻。⑨稀土元素稀土元素可提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。⑩硫（S）的影響硫是鋼中有害元素。碳鋼中的硫來源于礦石和冶煉中的焦炭，硫和鐵生成的FeS（硫化亞鐵）存在于鋼中，F(xiàn)eS易和Fe能形成低熔點的共晶體（熔點為985℃),其熔點低于鋼材熱加工開始溫度（1150～1200℃)。在被加熱到1000～1200℃時，共晶體熔化，導致鋼材在高溫時破裂，這種現(xiàn)象稱為"熱脆性"，在焊接時會產生熱裂紋。含硫量愈高，這種熱脆性就愈嚴重。硫化物在鋼中易造成偏析，降低焊接結構的抗層狀撕裂能力和鋼材的韌性。所以硫是一種有害元素，鋼中硫含量應控制在0.07%以下。⑾磷（P）的影響磷是鋼中有害元素，來源于礦石。磷在鋼中能溶于鐵素體內，可使鋼材在室溫時的強度、硬度增加，塑性和韌性下降。特別是降低低溫沖擊韌性，即鋼的"冷脆性"，使鋼的冷加工及焊接性能變壞。鋼材在回火過程中，磷偏析于晶界，引起鋼材的回火脆性，這在Cr-Mo鋼中特別明顯。所以磷也是一種有害元素。含磷量愈高，冷脆性愈強，故鋼中磷含量控制較嚴，一般應小于0.06%。⑿氧(0)的影響煉鋼以后，氧在鋼中常以MnO、SiO2、FeO、Al2O3等夾雜物形式存在，它們的熔點高，并以顆粒狀存在于鋼中，從而破壞了鋼基體的連續(xù)性，大大降低了鋼的力學性能，如沖擊韌性、疲勞強度等。所以氧也是一種有害元素。⒀氮（N）的影響鐵素體的溶氮能力很低。當鋼中溶有過量的氮，加熱至200～250℃時，會析出氮化物，這種現(xiàn)象稱為"時效"，使鋼的硬度、強度提高，塑性下降。在鋼液中加入Al、Ti進行固氮處理，使氮固定在AlN和TiN中，就可消除鋼的時效傾向。⒁氫（H）的影響氫在鋼中的嚴重危害是造成"白點"。它常存在于軋制的厚板或大鍛件中，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的銀白色斑點，在橫斷面上則表現(xiàn)為細長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會突然斷裂，造成事故?；毫θ萜饔娩?，不允許有白點存在。氫產生白點冷裂，主要是因為鋼由高溫奧氏體冷卻至較低溫度時，氫在鋼中的溶解度急劇下降。當冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面逸出，留在鋼中一些缺陷處，由原子狀態(tài)氫變成分子狀態(tài)氫。氫分子不能擴散，在積聚的局部地區(qū)產生幾百大氣壓的巨大壓力，使該處局部應力超過了鋼的抗拉強度而在該處形成"白點"——裂紋源。鋼的熱處理鋼鐵在固態(tài)下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織，滿足所要求的物理、化學與力學性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。熱處理工藝不僅應用于鋼和鑄鐵,亦廣泛應用于其他金屬材料。設備和零件經過熱處理，可使其材料的各種性能按所需要求得到改善和提高，充分發(fā)揮合金元素的作用和材料潛力，延長使用壽命，并減少金屬材料的消耗。廉價的普通碳素鋼，經過專門的熱處理以后，其性能有時并不比合金鋼差。鋼的熱處理工藝曲線鋼的常規(guī)熱處理工藝退火正火淬火回火退火與正火退火是把工件加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后隨爐一起緩慢冷卻下來，以得到接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方法。正火是將工件加熱至臨界點以上30～50℃，并保溫一段時間，然后將工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來。正火的冷卻速度要比退火的快一些，因而晶粒更細化。如圖所示為各種退火、正火的加熱溫度及冷卻速度。退火和正火的作用相似，可以降低硬度，提高塑性；調整組織，部分改善力學性能；使組織均勻化，消除部分內應力。淬火

淬火是將鋼加熱至淬火溫度——臨界點以上30～50℃(圖1-16)，并保溫一定時間，然后在淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火劑的冷卻能力按以下次序遞增：空氣、油、水、鹽水。合金鋼導熱性比碳鋼差，為防止產生過高應力，合金鋼一般都在油中淬火；碳鋼可在水和鹽水中淬火。淬火可以增加工件的硬度、強度和耐磨性。淬火時冷卻速度太快，容易引起變形和裂紋；冷卻速度太慢，又達不到技術要求，因此，淬火常常是產品質量的關鍵所在?；鼗?/p>

回火是在零件淬火后再進行一次較低溫度（A1以下的某一溫度）的加熱與冷卻處理工藝。回火可以降低或消除工件淬火后的內應力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術上所需要的性能。回火處理有以下幾種：（1）低溫回火（2）中溫回火（3）高溫回火低溫回火零件經淬火后，再加熱至150～250℃，保溫1～3h，然后在空氣中冷卻，得到一種叫做回火馬氏體的組織，硬度比淬火馬氏體稍低，但殘余應力得到部分消除，脆性有所降低。一般對需要硬度高、強度大、耐磨的零件進行低溫回火處理。中溫回火要求零件具有較高的韌性、彈性和屈服強度時，可采用中溫回火，中溫回火加熱溫度為350～500℃。高溫回火要求零件的強度、韌性、塑性都較好時，采用高溫回火。高溫回火的加熱溫度為500～650℃。這種淬火加高溫回火的操作，習慣上稱為"調質處理"，它可以大大改善零件的力學性能。調質處理廣泛地應用于各種重要的零件。45號鋼經正火與調質兩種不同熱處理45鋼（Φ20～40mm)經熱處理后的力學性能化學熱處理

將零件放在某種化學介質中，通過加熱、保溫、冷卻等過程，使介質中的某些元素滲入零件表面，改變表面層的化學成分和組織結構，從而使零件表面具有某些性能?；瘜W熱處理有：滲碳、滲氮、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化等。其中，滲碳或碳與氮共滲（氰化）可提高零件的耐磨性；滲鋁可提耐熱抗氧化性；滲氮、滲鉻可顯著提高耐腐蝕性；滲硅可提高耐腐蝕性。今天的課就上到這里壓力容器常用的鋼種對于不同用途的壓力容器，其工作壓力、工作溫度、介質特性各不相同，因此壓力容器使用的鋼材類型較多，需要結合使用條件來確定。(1)碳素鋼壓力容器常用的碳素鋼有碳素結構鋼和專用碳素鋼兩種。GB150—1998《鋼制壓力容器》列入的碳素鋼板有：普通碳素鋼Q235-B和Q235-C、壓力容器鋼20R；碳素鋼管10、20、20g；碳素鋼鍛件20、35；碳素鋼螺柱和螺母35等。Q235系列中的兩個鋼號Q235-B、Q235-C都是低碳鎮(zhèn)靜鋼，它們的適用范圍見表3-2。20R是列入GB6654—1996《壓力容器用鋼板》中唯一的碳素鋼，其冶煉工藝嚴格，高于一般的碳素鋼，含硫、磷有害雜質元素較少。鋼材組織均勻，表面質量高，同時保證鋼材的化學成分和力學性能。一般用于制造中低壓小型容器的殼體、法蘭或管板等。表3-2碳素鋼板的適用范圍鍋爐鋼和容器鋼在鍋爐和化工壓力容器制造中，經常采用專門用途的鍋爐鋼和容器鋼，在鋼號后面分別以g和R表示。如20g、22g、16Mng和20R、16MnR等。鍋爐鋼和容器鋼都是采用優(yōu)質碳素鋼，且要求鋼的質地均勻，無時效傾向，因此選用雜質及有害氣體含量較低的低碳鎮(zhèn)靜鋼。鍋爐鋼和容器鋼都有板材和管材。鍋爐鋼板常用于鍋爐和其他壓力容器的殼體等承壓構件。鍋爐鋼板常處于中溫(350℃以下）、高壓狀態(tài)下工作，它除承受較高內壓外，還要承受沖擊、疲勞載荷及蒸汽介質的腐蝕作用。壓力容器的使用工況，如壓力、溫度、介質特性（主要是腐蝕性）和操作特點等與鍋爐相比，范圍更廣，差別更大，情況也更復雜。對鍋爐鋼板和壓力容器鋼板的要求鍋爐和壓力容器的安全運行與很多因素有關，其中材料性能是最重要的因素之一。為了確保鍋爐和壓力容器的使用安全，鍋爐和壓力容器在制造技術要求上也極為嚴格。綜合以上諸多因素，對鍋爐鋼板和壓力容器鋼板都提出了較高的要求，主要是：(1)中、常溫容器材料應具有較高的工作溫度強度及室溫強度；高溫容器材料應具有足夠的蠕變強度和持久強度；承受疲勞載荷的容器材料應具有足夠的疲勞強度。(2)良好的塑性、韌性和冷彎性能；(3)較低的缺口敏感性；(4)良好的焊接性能和其他加工工藝性能；(5)良好的冶金質量。常用鍋爐鋼板的應用范圍目前，對壓力容器用厚鋼板在技術條件、檢驗方法、驗收等方面均按GB6654—1996《壓力容器用鋼板》所規(guī)定的要求執(zhí)行。低合金鋼亦稱低合金高強度鋼，是在碳素鋼的基礎上加入少量Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb、P等合金元素構成的，它的含碳量較低，多數(shù)均小于0.2%，其組織多數(shù)仍為鐵素體和珠光體組織。少量合金元素的加入可以大大提高鋼材的強度，并改善了鋼材的耐腐蝕性能和低溫性能。低合金鋼可軋制成各種鋼材，如板材、管材、棒材和型材等。它廣泛用于制造遠洋輪船、大跨度橋梁、高壓鍋爐、大型容器、汽車、礦山機械及農業(yè)機械等。其中屬鋼板的用量最大。常用的鋼板有：16MnR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR。常用的鋼管有：16Mn、09MnD、12CrMo、10MnWVNb等。16MnR16MnR是應用最廣泛的低合金鋼，具有良好的力學性能和工藝性能，一般在熱軋狀態(tài)下使用，主要用于制造中低壓石油化工設備和球罐。對于中、厚板材（大于或等于30mm)，為改善其韌性，可進行900?920℃正火處理，正火后強度略有下降，但塑性、韌性、低溫沖擊值都有顯著提高。16MnR的可焊性良好，比碳素鋼具有較好的耐大氣腐蝕和海水腐蝕性能。但缺口敏感性大于碳素鋼，在有缺口存在時，疲勞強度下降，且易產生裂紋。采用16MnR制造的大型化工容器，其重量比采用碳鋼制造的輕1/3，用15MnVR制造的球形貯罐，與碳鋼制造的相比可節(jié)省鋼材45%，用15MnTi代替20g制造的氨合成塔，每臺可節(jié)省30?40t鋼材。低合金鋼具有耐低溫性能，這對北方高寒地區(qū)使用的車輛、橋梁、容器等具有十分重要的意義。高合金鋼常用的高合金鋼材有0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2等。0Cr13是鐵素體鋼，以鉻為主要合金元素，一般含碳≤0.15%，含鉻量在12%?30%。這類鋼在加熱和冷卻時不發(fā)生相變，因此不能用熱處理方法改變其組織和性能。高溫加熱或焊接時易造成晶粒長大粗化。其次，在400?500℃長期加熱后，常會出現(xiàn)溫度升高，韌性急劇下降，并且耐腐蝕性也降低。由于這種現(xiàn)象多發(fā)生在475℃附近加熱后，故稱為475℃脆化。另外，在500～820℃范圍內長期加熱后，會引起鋼的韌性大幅度下降，發(fā)生相脆性。這類鋼通常用于腐蝕性不強和防污染的設備，如抗水蒸氣、碳酸氫銨等設備。高合金鋼具有單相奧氏體組織的奧氏體鋼是以鉻鎳為主要合金元素的高合金鋼材，應用范圍最廣。這類鋼的特點是具有優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學性能，冷、熱加工和成形性，可焊性和在許多介質中的良好耐蝕性。目前用來制造各種貯槽、塔器、反應釜、閥件等化工設備。為防止晶間腐蝕，常加Ti或Nb。如0Cr18Ni9在濃度小于65%，溫度低于80℃的硝酸中是穩(wěn)定的，在醋酸和不含氯離子、濃度小于50%的沸磷酸以及海水中也是穩(wěn)定的。在鋼中加Mo、Cr還能提高鋼在尿素、硫酸等介質中的耐腐蝕性。0Cr17Mn3Mo2N鋼常溫下具有奧氏體和鐵素體雙相組織，兩相的相對含量取決于合金元素的性質及其含量。這類鋼由于存在雙相，相對于奧氏體鋼，具有較好的可焊性，焊后不需要熱處理，并且晶間腐蝕、應力腐蝕開裂的傾向比較小。不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼一般是高合金鋼，是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。嚴格地講，不銹鋼是指耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是指能抵抗酸和其他強腐蝕性介質腐蝕的鋼。而耐酸鋼一般都具有不銹的性能。不銹鋼中同時加入鉻和鎳，可形成單一的奧氏體組織。根據(jù)所含主要合金元素的不同，不銹鋼常分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼。目前，還有我國自行研制的節(jié)鎳（無鎳）不銹鋼。①鉻不銹鋼在鉻不銹鋼中，起耐腐蝕作用的主要元素是鉻，鉻能固溶于鐵的晶格中形成固溶體。在氧化性介質中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧化膜，對鋼材起保護作用而且耐腐蝕。但這種耐腐蝕作用的強弱常與鋼中的含碳、含鉻量有關。當含鉻量大于11.7%時，鋼的耐蝕性就顯著地提高，而且含鉻量愈多愈耐蝕。但由于碳是鋼中必須存在的元素，它能與鉻形成鉻的碳化物（如Cr23C6等），因而可能消耗大量的鉻，致使鐵固溶體中的有效鉻含量減少，使鋼的耐蝕性降低，故不銹鋼中含碳量愈少愈耐腐蝕。為了使鐵固溶體中的含鉻量不低于11.7%，以保證耐腐蝕性能，就要將不銹鋼的含鉻量適當?shù)靥岣撸詫嶋H應用的不銹鋼，其平均含鉻量都在13%以上。①鉻不銹鋼1）1Cr13(含碳量≤0.15%)和2Cr13(平均含碳量為0.2%)等鋼種經調質后有較高的強度與韌性，并對弱腐蝕介質（如鹽水溶液、硝酸、濃度不高的某些有機酸等）在溫度低于30℃時，有良好的耐蝕性。在淡水、海水、蒸氣、潮濕大氣條件下，也具有足夠的耐蝕性，但在硫酸、鹽酸、熱硝酸、熔融堿中耐蝕性低，故多用做化工設備中受力大的耐蝕零件，如軸、活塞桿、閥件、螺栓、浮閥（塔盤零件）等。①鉻不銹鋼2）0Cr13和Cr17Ti等鋼種因含形成奧氏體的碳元素量少（都小于0.1%)，含鉻量多，且鉻、鈦（少量）都是形成鐵素體的元素，故在高溫與常溫下都是鐵素體組織，因而常在退火狀態(tài)下使用。它們具有較好的塑性，而且耐氧化性酸（如稀硝酸）和硫化氫氣體腐蝕，故常用來部分代替高鉻鎳18-8型不銹鋼用于化工設備上，如用于維尼綸生產中耐冷醋酸和防鐵銹污染產品的耐腐蝕設備上。②鉻鎳不銹鋼鉻鎳不銹鋼的典型鋼號是0Cr18Ni9(304)，其中含C≤0.8%,Cr17%?19%，Ni8%?11%，故常以其Cr、Ni平均含量"18-8"來表示這種鋼的代號(包括1Cr18Ni9Ti（321）)。因鋼中含有形成奧氏體的鎳元素量較多，故18-8鋼加熱至1100?1150℃，并在水中淬火后，常溫下也能得到單一的奧氏體組織，鋼中的C、Cr、Ni都全部固溶于奧氏體晶格中。經這種熱處理后，奧氏體18-8不銹鋼具有較高的抗拉強度，較低的屈服點，極好的塑性和韌性，其焊接性能和冷彎成型等工藝性能也很好，是目前用來制造各種貯槽、塔器、反應釜、閥件等化工設備使用最廣泛的一類不銹鋼。②鉻鎳不銹鋼1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9均屬于18-8系列不銹鋼種類，其區(qū)別主要是含碳量的多少和是否含有鈦。它們的機械性能基本上無太大的差異。在不銹鋼品種生產的初期，受冶煉技術的限制，無法將不銹鋼中的含碳量降下來，因此在其中加入少量的鈦以提高它的耐腐蝕能力。隨著技術的進步，低碳和超低碳的不銹鋼的生產已不在是問題，所以，0Cr18Ni9得應用越來越廣泛，而1Cr18Ni9Ti則淪為限制生產和不推薦使用的品種。②鉻鎳不銹鋼18-8鋼，除具有鉻不銹鋼的氧化鉻薄膜的保護作用外，且因鎳能使鋼得到單一的奧氏體組織，故在很多介質中比鉻不銹鋼具有更高的耐蝕性。18-8鋼對65%以下、溫度低于70℃，或60%以下、溫度低于100℃的硝酸，以及苛性堿（熔融堿除外）、硫酸鹽、硝酸鹽、硫化氫、醋酸等都很耐蝕，并且有良好的抗氫、氮性能，而對還原性介質，如鹽酸、稀硫酸等則是不耐蝕的。18-8鋼在含有氯離子的溶液中易遭受腐蝕，嚴重時往往引起鋼板穿孔腐蝕。另外，18-8鋼容易產生一種所謂晶間腐蝕的現(xiàn)象。當18-8鋼加熱到400?850℃，或自高溫緩慢冷卻（如焊接）時，碳會從過飽和奧氏體中以碳化鉻（Cr23C6)的形式沿晶界析出，使奧氏體晶界附近的含鉻量降低至不銹鋼耐腐蝕所需要的最低含量（12%)以下，從而使腐蝕集中在晶界附近的貧鉻區(qū)，這種沿晶界附近產生的腐蝕現(xiàn)象，稱為晶間腐蝕。低溫容器用鋼在化工生產中，有些設備[如深冷分離、空氣分離、潤滑油脫脂、液化天然氣、液化石油氣、液氫（-252.8℃)、液氦（-269℃)和液體CO2(-78.5℃)等的貯存]常處于低溫狀態(tài)下工作，因而其零部件必須采用能承受低溫的金屬材料制造。普通碳鋼在低溫下（-20℃以下）變脆，沖擊韌性顯著下降，往往容易引起低溫脆斷，造成嚴重后果。因此，對低溫用鋼的基本要求是：具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性。為了保證這些性能，低溫鋼的含碳量應盡可能降低，其平均含碳量為0.08%?0.18%，以形成單相鐵素體組織，再加入適量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素以改善鋼的綜合力學性能。但在深冷條件下，鐵素體低溫鋼還不能滿足上述基本要求，而單相奧氏體組織可以滿足這些要求。我國研制成功的15Mn26Al4鋼就是這一類型低溫鋼，其中Mn是形成奧氏體的基本元素，Al作為穩(wěn)定奧氏體組織的元素。低溫容器用鋼目前國外低溫設備用鋼材，主要是以高鉻鎳鋼為主，其次是使用鎳鋼、銅、鋁等。結合我國的資源情況，近年我國研制成功了無鉻鎳的低溫鋼系列，并逐步應用于生產。例如，使用溫度為-40~-110℃的低溫鋼都屬于低合金鋼，這些低溫鋼的組織均為鐵素體；使用溫度為-196~-253℃的低溫鋼是Fe-Mn-Al系新鋼種，它是單相奧氏體組織。低溫容器用鋼GB150《鋼制壓力容器》標準中規(guī)定設計溫度小于或等于-20℃的壓力容器為低溫容器。對于低溫容器，破壞的主要原因是低溫脆性斷裂，因此至關重要的是材料的低溫韌性。大多數(shù)鋼材，隨著溫度的降低，強度會有所增加，而韌性則下降，并且存在于鋼中的硫、磷等微量元素和氮、氫和氧等氣體對鋼的低溫韌性都產生不良的影響。所以GB150中規(guī)定低溫容器受壓元件用鋼必須是鎮(zhèn)靜鋼，同時低溫壓力容器使用的專用鋼的硫、磷含量都低于一般合金鋼。低溫容器用鋼GB150—1998《鋼制壓力容器》列入的低溫用鋼的鋼號有：16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR和07MnNiCrMoVDR，其中07MnNiCrMoVDR尚未納入材料標準。除了上述的專用鋼材，含鎳較高的合金鋼也常用在低溫環(huán)境，如2.5Ni、9Ni、0Cr18Ni9等，這些鋼主要用于空氣分離、氣體凈化、石油產品的深加工等。用于制造低溫壓力容器的鋼板都應進行低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗，切取試樣應在鋼板的橫向。當不能制作標準的低溫夏比（V形缺口）沖擊試樣，而采用小試樣時，小試樣的沖擊功指標根據(jù)試樣寬度按比例縮減。高溫容器用鋼在原油加熱、裂解、催化設備中，常用到許多能耐高溫的鋼材，例如裂解爐管，在工作時就要求能承受650?800℃的高溫。在這樣高的溫度下，一般碳鋼是無法承受的，必須采用耐熱鋼。這主要是因為一般碳鋼在較高的溫度下，抗氧化腐蝕性能和強度變得很差。如20號鋼在高于540℃時，在氧化性的氣體中，鋼的表面就會被氧腐蝕而生成氧化皮，并層層剝落。在強度方面，20號鋼在500℃時屈服點只有50MPa，比在室溫時低得多。這是因為20號鋼在480?500℃時，鋼中的Fe3C開始分解出石墨碳（此過程稱為石墨化過程），而石墨的強度是極低的。另外，鋼在再結晶溫度（20號鋼約為400℃)以上受力變形時，沒有冷作硬化，因而使鋼變得很軟，強度很低，塑性極好，抗蠕變性能很差。因而，從強度與抗氧化腐蝕兩方面來考慮，一般碳鋼大多只能用于400℃以下的溫度。當使用溫度要求更高時，就應選用其他更耐熱的鋼種。高溫設備對鋼材的要求：良好的化學穩(wěn)定性與熱強性。(1)化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性又稱熱穩(wěn)定性，主要是指鋼材抵抗高溫氣體（如O2、H2S、SO2等）腐蝕的能力，但對一般耐熱鋼來說，高溫氣體主要是指O2，所以，耐熱鋼的熱穩(wěn)定性主要是抗氧化性。在鋼中加入Cr、Al、Si等合金元素，可以提高鋼的熱穩(wěn)定性，這主要是由于鋼中的Cr(或Al，Si)被氧化后能生成一層致密的氧化膜，保護鋼的表面,從而避免氧的繼續(xù)侵蝕。(2)熱強性在一定熱穩(wěn)定性的前提下，鋼材的高溫強度愈高，蠕變過程愈緩慢，說明其熱強性愈好。為了提高鋼的熱強性，通常采用三種方法：①強化固溶體。在鋼中加入Cr、Mo等元素，在高溫時仍可固溶強化鐵素體與奧氏體。②穩(wěn)定金相組織。鋼中加入Cr、Mo、V、Ti等形成穩(wěn)定碳化物的元素，便可在高溫下抑制和阻止珠光體中滲碳體的球化、聚集、石墨化等，從而減少或消除因金相組織不穩(wěn)定而造成熱強性降低的現(xiàn)象。同時，由于這些穩(wěn)定碳化物分布于鋼組織內（特別是碳化釩常呈彌散形式分布于晶內或晶間），可顯著提高鋼材對高溫蠕變的抗力，故可提高使用溫度。③提高鋼的再結晶溫度。明顯的蠕變主要是在再結晶溫度以下產生，若設法提高鋼的再結晶溫度，便可提高熱強性。在鋼中加入合金元素Mo、Cr、W（鎢），可顯著提高鋼的再結晶溫度，其中Mo的作用最大，每增加1%的Mo，約可提高再結晶溫度115℃，而每增加1%的Cr，約可提高再結晶溫度45℃。在鋼中加入多量的Ni、Mn和少量的氮，便使鋼得到單一的奧氏體組織，從而使鋼的再結晶溫度由普通碳鋼的450℃提高到800℃以上。高溫容器用鋼壓力容器在常溫以上的使用溫度一般在400～600℃。使用的鋼材多為低合金耐熱鋼。耐熱鋼主要合金元素有鉻（Cr)，鋁（Al)，硅（Si)，鎳（Ni)，錳(Mn),釩（V)，鈦（Ti)，鈮（Nb)等，在高溫下具有較高的強度和良好的化學穩(wěn)定性。常用低合金耐熱鋼按成分可分為鉬鋼Mo、鉻鉬鋼Cr-Mo和鉻鉬釩鋼Cr-Mo-V三類。按材料顯微組織可分為珠光體鋼和貝氏體鋼兩類。鉬鋼是在碳素鋼基礎上添加少量鉬發(fā)展出的耐熱鋼，具有較高的持久強度，良好的可焊性和綜合力學性能，并具有一定的抗氫蝕能力。其缺點是在500～550℃長期停留會出現(xiàn)石墨化，同時韌性有所下降；鉻鉬鋼中鉻的加入消除了鋼的石墨化傾向，并使鋼的高溫強度和抗氫腐蝕性能都有所提高，常用于制造石油化工的加氫精制裝置。其中12CrMo1R是鉻鉬鋼中具有最高的持久強度和抗氫性能，常用在制造高溫、高壓及高氧分壓環(huán)境下工作的加氫反應器；鉻鉬釩鋼中加入了釩，而減少了鉻和鉬的含量，具有良好的組織穩(wěn)定性。標準中列入的低合金耐熱鋼的牌號有：15CrMoR(lCr-O.5Mo),14Cr1MoR(1.25Cr-0.5Mo)和12Cr2Mo1R(2.25Cr-1.OMo)。對于工作溫度更高的受壓元件可以選用高合金鋼，0Cr18Ni9就是一種高合金抗氫鋼，它不僅有良好的抗氫腐蝕性能，而且還具有優(yōu)良的耐熱性和加工工藝性。(8)有色金屬

銅及其合金：純（紫）銅黃銅（銅鋅合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（無錫青銅）輕金屬及其合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金①鋁及鋁合金鋁是輕金屬，密度小，熔點較低，導熱性和導電性都很高。鋁的強度低、塑性高，壓力加工性良好，在冷態(tài)和熱態(tài)下能輾壓和模壓，并能焊接和切割，但鑄造性不良。鋁在空氣和許多化工介質中有良好的耐蝕性，在大氣中極易與氧產生作用生成一層牢固致密的氧化膜，防止了氧與內部金屬基體的作用。所以鋁在大氣和淡水中有良好的耐蝕性，能抵抗?jié)庀跛?、磷酸、醋酸、有機化合物、干的氯和氯化氫、硫的化合物、硫蒸氣等的腐蝕，但不耐堿和鹽水的腐蝕。鋁及鋁合金常用于制造貯罐、塔、熱交換器、防污染設備及深冷設備。在容器中使用的牌號主要是工業(yè)純鋁和防銹鋁（鋁鎂合金和鋁錳合金），一般是板材和管材。少數(shù)硬鋁和鍛鋁牌號主要用于棒、型、鍛材等制造的零部件。②銅及銅合金純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，銅為面心立方晶格，無同素異構體，具有良好的強度、塑性、壓力加工性和耐磨性，易于成形與焊接。銅在堿類水溶液中有很高的耐蝕性；在醋酸和其他有機酸中，銅也是耐腐蝕的，例如在濃度小于50%、溫度小于60℃的硫酸中，銅能耐蝕。但在氨水及銨鹽中或有氧化劑存在時，銅的腐蝕很強烈。壓力容器常用的銅和銅合金有純銅、黃銅、錫青銅、鋁青銅、硅青銅、白銅等。錫青銅具有高強度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，在許多介質中比純銅耐腐蝕。錫青銅主要用來鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等。無錫青銅（如鋁青銅）的力學性能比黃銅、錫青銅好，具有耐磨、耐蝕特點，無鐵磁性，沖擊時不生成火花，主要用于加工成板材、帶材、棒材和線材。③鈦及鈦合金鈦具有密度小、強度高、耐蝕性高、難熔等特點，所以，在軍工、航空、化工和造船等工業(yè)中得到了廣泛應用。鈦和鈦合金在中性和堿性溶液中或在氧化性酸、含有氧化劑的非氧化性酸中均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，如在氯化物、硫酸鹽、氯酸鹽、濕氯氣和有機酸中就完全耐蝕。可用于制造反應器、合成塔襯里、熱交換器、蒸發(fā)器等壓力容器。用于制造壓力容器殼體的鈦材應在退火狀態(tài)下使用。鈦制化工設備在氯堿工業(yè)、純堿工業(yè)、農藥生產、尿素生產、鈦白粉生產、合成纖維和人造纖維、有機合成等行業(yè)中均有廣泛應用?；げ牧线x材的一般原則在設計和制造化工容器與設備時，合理選擇和正確使用材料是一項十分重要的工作。選擇容器用鋼必須綜合考慮：容器的操作條件——設計壓力、設計溫度、介質特性和操作特點等；材料的使用性能——力學性能、物理性能、化學性能（主要是耐腐蝕性能）；材料的加工工藝性能——焊接性能、熱處理性能、冷彎性能及其他冷熱加工性能；經濟合理性及容器結構——材料價格、制造費用和使用壽命等。容器的材料選擇須遵循下列一般原則：

（1）壓力容器用鋼材應符合GB150—1998《鋼制壓力容器》的要求，材料適用于設計壓力不大于35MPa的壓力容器。選材應接受國家質量技術監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。壓力容器受壓元件用鋼應是由平爐、電爐或氧氣頂吹轉爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。鋼材（板材、帶材、管材、型材、鍛件等）的質量與規(guī)格應符合現(xiàn)行國家標準、行業(yè)標準或有關技術規(guī)定。容器的材料選擇須遵循下列一般原則：

（2）壓力容器承壓構件使用普通低碳鋼的適用范圍見表。當操作溫度為-20?350

℃，壁厚不大，且無頻繁溫、壓波動時，可采用半鎮(zhèn)靜鋼代替鎮(zhèn)靜鋼。

對于殼體厚度大于30mm的20R和16MnR鋼板，用于法蘭、管板、平蓋等受壓元件厚度大于50mm的20R和16MnR鋼板，用于厚度大于16mm的15MnVR鋼板均應在正火狀態(tài)下使用。容器的材料選擇須遵循下列一般原則：

(3)—般情況下，按下列原則規(guī)定選材是經濟的。①所需鋼板厚度小于8mm時，在碳素鋼與低合金鋼之間，應優(yōu)先選用碳素鋼鋼板。在以剛度設計或結構設計為主時，亦應盡量選用普通碳素鋼鋼板。②在以強度設計為主時，應根據(jù)材料對壓力、溫度、介質等的使用限制，依次選用Q235-B、Q235-C、20R(20g)、16MnR、15MnVR、18MnMoNbR等鋼板（由于15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR焊接性能差，焊接工藝要求嚴格，在使用中發(fā)現(xiàn)較多壓力容器焊接接頭處有裂紋，因此，近年來為新鋼種13MnNiMoNbR和07MnCrMoVR所代替）。高壓容器應優(yōu)先選用低合金，高、中強度鋼。如選用屈服強度級別為350MPa和400MPa的低合金鋼16MnR與15MnVR，價格與碳素鋼相近，但強度比碳素鋼（如Q235-B和20g)高30%?60%。③所需不銹鋼厚度大于12mm時，應盡量采用襯里、復合、堆焊等結構型式。另外，不銹鋼應盡量不用做設計溫度小于等于500℃的耐熱用鋼。④珠光體耐熱鋼應盡量不用做設計溫度小于等于350℃的耐熱用鋼。在必須用做耐熱或抗氫用途時，應盡量減少、合并鋼材的品種與規(guī)格。（減少鋼材的品種與規(guī)格也是所有設計選材中應遵循的原則）⑤溫度不低于-100℃的低溫用鋼，應盡可能采用無鎳鉻鐵素體鋼，以代替鎳鉻不銹鋼和有色金屬；中溫用鋼（溫度不超過500℃)可采用含鉬或鋁的中、高強度鋼，以代替Cr-Mo鋼。⑥在有強腐蝕介質的情況下，應積極試用無鎳、鉻或少鎳、鉻的新型合金，（如含Si、Al、V、Mo的鋼種）。對要求耐大氣腐蝕及海水腐蝕場合，應盡量采用我國自己研制的含銅和含磷等鋼種，如.16MnCu、15MnVCu、12MnPV及10PcuRe（錸）、16MnRe、10MnPNbRe等。容器的材料選擇須遵循下列一般原則：

(4)通常，下列各類鋼材選用對象也是設計選材的指導準則。①碳素鋼用于介質腐蝕性不強的常、低壓容器，厚度不大的中壓容器，鍛件、承壓鋼管、非受壓元件以及其他由剛性和結構因素決定厚度的場合。②低合金高強度鋼用于介質腐蝕性不強、厚度較大（≥8mm)的受壓容器。③珠光體耐熱鋼用做抗高溫、氫或硫化氫腐燭，或設計溫度為350?650℃的壓力容器用耐熱鋼。⑤不銹鋼用于介質腐蝕性較強（電化學腐蝕、化學腐蝕）及防鐵離子污染時的耐腐蝕用鋼及設計溫度大于500℃或小于-100℃的耐熱或低溫用鋼。⑥不含穩(wěn)定化元素且含碳量大于0.03%的奧氏體不銹鋼，需經焊接或400℃以上熱加工時，