1、电厂金属材料第四章 火电厂常用金属材料电厂金属材料 第一节 碳钢和铸铁碳、锰、硅、硫、磷是碳钢中的常存元素，统称五大元素，在炼钢是碳、锰、硅、硫、磷是碳钢中的常存元素，统称五大元素，在炼钢是要对含量进行分析和控制。碳在钢中的影响已如前述。锰、硅、硫、要对含量进行分析和控制。碳在钢中的影响已如前述。锰、硅、硫、磷则称为常存杂质，它们的含量对碳钢的性能也有较大的影响。磷则称为常存杂质，它们的含量对碳钢的性能也有较大的影响。 （1）锰的影响，锰的影响， 锰作为炼钢时的脱氧剂而残存在钢中。它以置换固溶锰作为炼钢时的脱氧剂而残存在钢中。它以置换固溶体的形式溶入铁素体，可以提高钢的强度。特别是它能与钢中的
2、硫，体的形式溶入铁素体，可以提高钢的强度。特别是它能与钢中的硫，化合形成高熔点的化合形成高熔点的MnS化合物，可消除硫的脆热性，因此，锰是有化合物，可消除硫的脆热性，因此，锰是有益元素。在碳钢中锰的含量一般不超过益元素。在碳钢中锰的含量一般不超过1.2%以下。以下。 (2)硅的影响，硅的影响， 硅与锰相似，也是炼钢脱氧是残存在钢中的。硅溶入铁素体可硅与锰相似，也是炼钢脱氧是残存在钢中的。硅溶入铁素体可以起固溶强化的作用，但含量增多是钢变脆，一般控制在以起固溶强化的作用，但含量增多是钢变脆，一般控制在0.4%以下。以下。一、碳钢中的基本元素一、碳钢中的基本元素电厂金属材料（3 3）硫的影响）硫的
3、影响 硫是从矿石和燃料中带来的，虽经炼钢，炼铁，还未能完硫是从矿石和燃料中带来的，虽经炼钢，炼铁，还未能完全消除而残存钢中。硫不溶于铁，但容易以全消除而残存钢中。硫不溶于铁，但容易以FESFES的形式与的形式与FEFE形成低熔点共形成低熔点共晶体并存在与晶界上这种共晶体在晶体并存在与晶界上这种共晶体在958958时熔化，使得在时熔化，使得在1100110012001200是是轧、锻的钢材发生晶间开裂并报废，称为热脆性，因此硫是有害元素，在轧、锻的钢材发生晶间开裂并报废，称为热脆性，因此硫是有害元素，在钢中的含量要控制在钢中的含量要控制在0.055%0.055%以下。当钢中有锰存在是，锰与硫产生
4、高熔以下。当钢中有锰存在是，锰与硫产生高熔点的点的MnSMnS（熔点（熔点16201620），可以消除硫的热脆性。），可以消除硫的热脆性。（4 4）磷的影响）磷的影响 磷也是矿石经冶炼残存在钢中的有害杂质，它可以溶入铁磷也是矿石经冶炼残存在钢中的有害杂质，它可以溶入铁素体中使钢的韧性下降，并使脆性转变温度升高，这种现象称作素体中使钢的韧性下降，并使脆性转变温度升高，这种现象称作冷脆性冷脆性。磷在钢中的含量被限制在磷在钢中的含量被限制在0.045%0.045%以内。以内。除了以上四种常存杂质外，还有氢、氧、氮等残存与钢中，这些气体易与除了以上四种常存杂质外，还有氢、氧、氮等残存与钢中，这些气体易
5、与形成白点、气孔和非金属夹杂物。特别是氧化夹杂，如形成白点、气孔和非金属夹杂物。特别是氧化夹杂，如SiO2、MnO等。等。这些缺陷的存在，均要使钢材质量下降。这些缺陷的存在，均要使钢材质量下降。对于重要的电力设备零件，如汽轮机轮毂、叶片等，要求非金属夹杂物限定在一定范围内。对于重要的电力设备零件，如汽轮机轮毂、叶片等，要求非金属夹杂物限定在一定范围内。电厂金属材料二、二、碳钢的分类、编号和用途（1）碳钢的分类）碳钢的分类 碳钢的分类方法很多，通常按照钢的含碳量、质量和用途碳钢的分类方法很多，通常按照钢的含碳量、质量和用途分类。分类。按含碳量分为：按含碳量分为：a 低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0
6、.25；b 中碳钢：含碳量在中碳钢：含碳量在0.250.6之间之间c 高碳钢：含碳量高碳钢：含碳量0.6。按钢的质量分为：按钢的质量分为： 普通碳素钢：钢中含普通碳素钢：钢中含S0.055，P0.045； 优质碳素钢：钢中含优质碳素钢：钢中含S0.04，P0.040； 高级优质碳素钢：钢中含高级优质碳素钢：钢中含S0.030，P0.035。电厂金属材料按钢的用途分为：按钢的用途分为： 碳素结构钢：用于制造工程构件碳素结构钢：用于制造工程构件(铁塔、锅炉支架、厂房钢结构、起铁塔、锅炉支架、厂房钢结构、起重设备和工程机械结构、水冷壁管、风管、榆粉管道、及机械零件重设备和工程机械结构、水冷壁管、风管
7、、榆粉管道、及机械零件f抽、齿轮、螺栓、螺母等抽、齿轮、螺栓、螺母等)。一般为低、中碳钢。一般为低、中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种工具、刀具、刃具、模具、轴承等。一般碳素工具钢：用于制造各种工具、刀具、刃具、模具、轴承等。一般属于高碳钢。属于高碳钢。（2）碳钢的编号及用途）碳钢的编号及用途 世界上许多工业国家都有自己的编号方法。我世界上许多工业国家都有自己的编号方法。我国碳钢的编号方法按国碳钢的编号方法按GB70079分为三种。分为三种。 1）碳素结构钢）碳素结构钢 这类钢的牌号是按照力学性能中的屈服强度分成五类来编号的这类钢的牌号是按照力学性能中的屈服强度分成五类来编号的,数字也数字也大说
8、明屈服强度大说明屈服强度Rel值越高值越高,碳钢中的含碳量也越高碳钢中的含碳量也越高;塑性也就要越低塑性也就要越低. 碳素结构钢用于制造螺栓、螺母、钢板、圆钢以及各类型钢，广泛应碳素结构钢用于制造螺栓、螺母、钢板、圆钢以及各类型钢，广泛应用于机械制造及建筑等行业中。用于机械制造及建筑等行业中。电厂金属材料2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 （a a） 正常含锰量的优质碳素结构钢：含锰量正常含锰量的优质碳素结构钢：含锰量0.80.8。编号方法简单，用两位数字表示编号方法简单，用两位数字表示, ,数字表示含碳量的万分之几。数字表示含碳量的万分之几。例如例如20号钢、号钢、45号钢即表示含碳量为
9、号钢即表示含碳量为0.20、0.45的优质碳素结构钢。钢号从的优质碳素结构钢。钢号从05、08、10、15、20直直到到85。如如20Mn(20锰锰)或或65Mn（65锰）。优质碳素结构钢的牌号、成分和力学性能见表锰）。优质碳素结构钢的牌号、成分和力学性能见表23。如作焊丝用的写作如作焊丝用的写作H08，又如锅炉用的，又如锅炉用的20号优质碳素结构钢可写作号优质碳素结构钢可写作20g（或（或20锅），锅），20g可用作锅炉钢板、压可用作锅炉钢板、压力容器和锅炉水冷壁及小型汽包等。力容器和锅炉水冷壁及小型汽包等。（b） 较高含锰量的优质碳素结构钢：含锰量在较高含锰量的优质碳素结构钢：含锰量在0。
10、712洲之间。洲之间。编号方法是在编号方法是在正常含锰量优质碳素结构钢钢号的后面加写正常含锰量优质碳素结构钢钢号的后面加写Mn(或猛或猛)表示，表示，在优质碳素结构钢中，对于专门用途的优质碳素结构钢编号，是在钢号前面或后面加一在优质碳素结构钢中，对于专门用途的优质碳素结构钢编号，是在钢号前面或后面加一个表示用途的汉字或汉字的拼音符号。个表示用途的汉字或汉字的拼音符号。电厂金属材料 优质碳素结构钢的应用。低碳优质碳素结构钢优质碳素结构钢的应用。低碳优质碳素结构钢可用作桥梁起重及工程机可用作桥梁起重及工程机械，钢结构件，还可渗碳后使用，制作机械零件；械，钢结构件，还可渗碳后使用，制作机械零件；中碳
11、优质碳素结构钢中碳优质碳素结构钢可经可经调质后制作轴、齿轮、温度不超过调质后制作轴、齿轮、温度不超过450的汽轮机转子、联轴器和汽缸紧因的汽轮机转子、联轴器和汽缸紧因件；件；中、高碳优质碳素结构钢中、高碳优质碳素结构钢可用作各类弹簧、板黄和钢丝绳等。可用作各类弹簧、板黄和钢丝绳等。优质碳素优质碳素结构钢结构钢一般经热处理后使用，或在正火状态下供应。若含一般经热处理后使用，或在正火状态下供应。若含S、P量更低的叫量更低的叫高级优质碳素结构钢，就在钢号后面加写高级优质碳素结构钢，就在钢号后面加写A字字(或高字或高字)，如，如20 A(或或20高高)。 20 A广泛应用于锅炉的水冷壁管。广泛应用于锅
12、炉的水冷壁管。 3）碳素工具钢：）碳素工具钢： 碳素工具钢的含碳量一般在碳素工具钢的含碳量一般在65一一1. 3之间。编号方法是用字母之间。编号方法是用字母T(或碳或碳)加数加数字表示，数字表示含碳量的千分之几。例如字表示，数字表示含碳量的千分之几。例如T8、T12（碳（碳8、碳、碳12）表示含碳量）表示含碳量为为0.8、1.2的碳素工具钢。钢号为的碳素工具钢。钢号为T7、T8T13(碳碳7、碳、碳8碳碳13)。碳素。碳素工具钢含工具钢含S、P量均较少，属于优质钢。量均较少，属于优质钢。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号后加写若为高级优质碳素工具钢，则在钢号后加写A字字(或高字或高字)，如，如T
13、8A、T12A(碳碳8高、碳高、碳12高高)。电厂金属材料三、 铸铁铸铁是含碳量为铸铁是含碳量为211一一669的铁碳合金，工业上常用铸铁的含碳量在的铁碳合金，工业上常用铸铁的含碳量在25一一40之间。锰、硅、硫、磷的含量比碳钢多。之间。锰、硅、硫、磷的含量比碳钢多。1、概述在工业上应用的铸铁中，碳一般是以石墨状态存在，这使得铸铁有许多优点。在工业上应用的铸铁中，碳一般是以石墨状态存在，这使得铸铁有许多优点。（1）有优良的铸造性能有优良的铸造性能：浇注的温度低、流动性好、偏析倾向小、收缩率小等。不：浇注的温度低、流动性好、偏析倾向小、收缩率小等。不仅适合浇铸大型铸件，也适合浇铸薄小件。仅适合浇
14、铸大型铸件，也适合浇铸薄小件。（2）由于石墨的存在，便于吸收机械振动能，使之变为热能。因此）由于石墨的存在，便于吸收机械振动能，使之变为热能。因此铸铁具有优良的铸铁具有优良的减震性减震性，特别适合制作各种机床床身、设备底座等。，特别适合制作各种机床床身、设备底座等。（3）石墨本身有润滑作用，故铸铁有干式减磨性石墨本身有润滑作用，故铸铁有干式减磨性。当有润滑剂存在时，由于石墨空。当有润滑剂存在时，由于石墨空洞有储油的能力，使铸铁的减磨性增加。洞有储油的能力，使铸铁的减磨性增加。（4）由于石墨割裂了基体的连续性，铸铁在切削时易于断屑，所以）由于石墨割裂了基体的连续性，铸铁在切削时易于断屑，所以铸铁
15、有很好的切铸铁有很好的切削加工工艺性能。削加工工艺性能。 铸铁的强度、塑性、韧性都很差，属于脆性材料这是铸铁的根本缺点铸铁的强度、塑性、韧性都很差，属于脆性材料这是铸铁的根本缺点。它的导热它的导热性差焊接性差，铸铁不适合制作各类结构件和重要零件。性差焊接性差，铸铁不适合制作各类结构件和重要零件。电厂金属材料2、铸铁的石墨化FeFe3C相图中，相图中，Fe3C作为一个组元是较稳定的相但在铁碳合金中，它仍是个亚作为一个组元是较稳定的相但在铁碳合金中，它仍是个亚稳相，石墨才是稳定的相。石墨具有简单六方晶体结构，如图稳相，石墨才是稳定的相。石墨具有简单六方晶体结构，如图219所示，密排面所示，密排面之
16、间间隔大。结合力弱，易于剥离，它的强度和塑性几乎是零。因此，石墨在铸铁之间间隔大。结合力弱，易于剥离，它的强度和塑性几乎是零。因此，石墨在铸铁中存在时可看成是许多空洞。中存在时可看成是许多空洞。 液态的铁水可以结晶成渗碳体，也可以直接结晶成石墨，图液态的铁水可以结晶成渗碳体，也可以直接结晶成石墨，图220为为Fe石墨相图，石墨相图，图中虚线是石墨析出线。含碳量为图中虚线是石墨析出线。含碳量为426的铁水在的铁水在1154时可同时析出奥氏体和时可同时析出奥氏体和石墨；在石墨；在1154738之间时可由奥氏体中析出二次石墨，之间时可由奥氏体中析出二次石墨， 或或Fe3C发生分解产生石发生分解产生石
17、墨；在共析反应阶段，含碳墨；在共析反应阶段，含碳068的奥氏体在的奥氏体在738时可同时析出铁素体与石墨。时可同时析出铁素体与石墨。电厂金属材料白口铸铁、灰口铸铁区别： Fe3C, 硬脆硬脆石墨石墨(G),软软C的存在形式电厂金属材料电厂金属材料影响石墨化的因素主要是化学成分和冷却速度。影响石墨化的因素主要是化学成分和冷却速度。碳和硅是促进石墨化的主碳和硅是促进石墨化的主要元素，碳和硅的含量越高，铸铁的石墨化越充分；其次是冷却速度，铸要元素，碳和硅的含量越高，铸铁的石墨化越充分；其次是冷却速度，铸铁件的冷却速度快时，易生成铁件的冷却速度快时，易生成Fe3C而白口化。冷却速度慢时，铸铁件易于而白
18、口化。冷却速度慢时，铸铁件易于石墨化。这受铸件的壁厚和造型材料、造型工艺的影响，例如采用金属模石墨化。这受铸件的壁厚和造型材料、造型工艺的影响，例如采用金属模时冷速快，采用砂模时冷速慢。时冷速快，采用砂模时冷速慢。铸铁中析出石墨后，若石墨化进行得彻底，将得到铁素体基体及石墨的组铸铁中析出石墨后，若石墨化进行得彻底，将得到铁素体基体及石墨的组织；若石墨化不完全，则得到铁素体及珠光体基体和石墨的组织或珠光体织；若石墨化不完全，则得到铁素体及珠光体基体和石墨的组织或珠光体和石墨的组织。和石墨的组织。铸铁的组织是在钢的基体上分布着不同大小和形状的石墨的组织。由于铸铁的组织是在钢的基体上分布着不同大小和
19、形状的石墨的组织。由于石石墨形态不同，铸铁可分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。墨形态不同，铸铁可分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。（1）灰口铸铁灰口铸铁是使用最广泛的铸铁，占铸铁总量的灰口铸铁是使用最广泛的铸铁，占铸铁总量的80%。由于断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。由于断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。电厂金属材料灰口铸铁中的石墨呈无规则的片状，将基本割裂成许多空洞，好像许多裂缝分布在灰口铸铁中的石墨呈无规则的片状，将基本割裂成许多空洞，好像许多裂缝分布在钢的基体上，是铸铁的力学性能下降。钢的基体上，是铸铁的力学性能下降。图图2-22是灰口铸铁显微组织图。灰口铸铁中的石墨越均匀、越细小越好。是灰口铸铁
20、显微组织图。灰口铸铁中的石墨越均匀、越细小越好。灰口铁的铁水中用硅钙合金作变质处理（孕育），能细化灰口铸铁中的石墨，因而，灰口铁的铁水中用硅钙合金作变质处理（孕育），能细化灰口铸铁中的石墨，因而，可使铸铁的强度提高可使铸铁的强度提高100200Mpa。三种不同的基体的灰口铸铁，以珠光体基体的强。三种不同的基体的灰口铸铁，以珠光体基体的强度为最高，但脆性也较大；铁素体基体的灰口铸铁强度稍差一些，但脆性较小。度为最高，但脆性也较大；铁素体基体的灰口铸铁强度稍差一些，但脆性较小。灰口铸铁的牌号用符号灰口铸铁的牌号用符号HT及数字表示，数字表示铸铁的最低抗拉强度值及数字表示，数字表示铸铁的最低抗拉强度
21、值Rm。例如。例如HT200，其中的，其中的HT即表示灰口铸铁，数字即表示灰口铸铁，数字200表示灰口铸铁的表示灰口铸铁的Rm200Mpa。灰口铸铁被广泛作各种承受压力和要求消震性的灰口铸铁被广泛作各种承受压力和要求消震性的床身、轴承座、端盖、车床尾座、工作台、底座床身、轴承座、端盖、车床尾座、工作台、底座等工件。在电力工业中灰口铸铁可用作轴承盖、等工件。在电力工业中灰口铸铁可用作轴承盖、油泵体、低压汽缸和中压缸中部材料；油泵体、低压汽缸和中压缸中部材料；200MW机组隔板上的导叶、低压缸隔板等。机组隔板上的导叶、低压缸隔板等。灰口铸铁的微观组织 100电厂金属材料可锻铸铁中石墨多为团絮状，其
22、塑性和韧性高于灰口铸铁。图可锻铸铁中石墨多为团絮状，其塑性和韧性高于灰口铸铁。图2-232-23为可锻为可锻铸铁的微观组织，可锻铸铁牌号用铸铁的微观组织，可锻铸铁牌号用KTKT及数字表示，及数字表示，KTKT表示可锻铸铁，后面表示可锻铸铁，后面的两组数字表示最低抗拉强度的两组数字表示最低抗拉强度R Rm m和最低伸长率。例如，和最低伸长率。例如，KT350-10KT350-10表示表示R Rm m350MPa350MPa，A A11.311.31010。可可锻锻铸铁是白口铸铁在高温下长时间保温下获得的，所以生产周期长，成铸铁是白口铸铁在高温下长时间保温下获得的，所以生产周期长，成本高，已逐渐被
23、球墨铸铁取代。本高，已逐渐被球墨铸铁取代。（2）可锻铸铁可锻铸铁图图2-23 可锻铸铁的微观组织可锻铸铁的微观组织电厂金属材料电厂金属材料(3)(3)球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁是在灰口铸铁浇注前加入一定量的球化剂（如球墨铸铁是在灰口铸铁浇注前加入一定量的球化剂（如MgMg、CaCa和和RERE等）进等）进行球化处理，同时加入变质剂（通常加含行球化处理，同时加入变质剂（通常加含Si75Si75的硅铁）进行变质处理后的硅铁）进行变质处理后得到的。球墨铸铁中石墨多为球状，基体为铁素体、珠光体或铁素体加珠得到的。球墨铸铁中石墨多为球状，基体为铁素体、珠光体或铁素体加珠光体。光体。球墨铸铁的牌号用符号球
24、墨铸铁的牌号用符号QTQT及数字表示，及数字表示，QTQT表示球墨铸铁，数字表示球墨铸表示球墨铸铁，数字表示球墨铸铁的抗拉强度和延伸率的最低值。例如，铁的抗拉强度和延伸率的最低值。例如，QT600-02QT600-02表示表示R Rm m600MPa600MPa，A A22。由于球墨铸铁中石墨多为球状，大大减少由于球墨铸铁中石墨多为球状，大大减少了铸铁的应力集中，具有优良的力学性能，了铸铁的应力集中，具有优良的力学性能，而且工艺简单，成本低，所以广泛应用于而且工艺简单，成本低，所以广泛应用于制造各种机械零件，如发动机曲轴、连杆、制造各种机械零件，如发动机曲轴、连杆、轴瓦、齿轮、汽轮机汽缸、末级
25、隔板、中轴瓦、齿轮、汽轮机汽缸、末级隔板、中压阀门等。表压阀门等。表4-5为常用球墨铸铁的牌号和为常用球墨铸铁的牌号和性能。性能。微观组织如图微观组织如图4-3所示。所示。电厂金属材料电厂金属材料（4 4）合金铸铁）合金铸铁 合金铸铁是在铸铁中加入合金元素，以提高其力学性能，或者提高其耐磨、合金铸铁是在铸铁中加入合金元素，以提高其力学性能，或者提高其耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能，又成为特殊性能铸铁。耐蚀、耐热等特殊性能，又成为特殊性能铸铁。常用的合金铸铁常用的合金铸铁有耐磨铸铁，耐蚀铸铁和耐热铸铁有耐磨铸铁，耐蚀铸铁和耐热铸铁。 电厂金属材料1 1）耐磨铸铁）耐磨铸铁耐磨铸铁按其工作条件大体可分
26、为两种类型一种是在润滑条件下工作的，如耐磨铸铁按其工作条件大体可分为两种类型一种是在润滑条件下工作的，如机床导轨、汽缸套、活塞环和轴承等；另一种是在屋润滑的干摩擦条件下工机床导轨、汽缸套、活塞环和轴承等；另一种是在屋润滑的干摩擦条件下工作的，作的，如火电厂煤粉制备系统中的碎煤机、磨煤机中的零件如火电厂煤粉制备系统中的碎煤机、磨煤机中的零件。后一种耐磨铸。后一种耐磨铸铁也有称为抗磨铸铁的。铁也有称为抗磨铸铁的。在润滑条件下工作的耐磨铸铁，其组织为软基体上分布有硬相组成物，以便在润滑条件下工作的耐磨铸铁，其组织为软基体上分布有硬相组成物，以便在磨合后使软基体有所磨损，形成构槽，保持供润滑用的油膜。
27、在磨合后使软基体有所磨损，形成构槽，保持供润滑用的油膜。常用的为高常用的为高磷合金铸铁，使杂质中的含磷量提高到磷合金铸铁，使杂质中的含磷量提高到0.4%0.4%0.6%0.6%左右。左右。其中磷在铸铁中形其中磷在铸铁中形成磷化物作为硬相，铁素体或珠光体属于软基体。普通高磷铸铁的成分为成磷化物作为硬相，铁素体或珠光体属于软基体。普通高磷铸铁的成分为2.9%2.9%3.2%C3.2%C、1.4%1.4%1.7%Si1.7%Si、0.6%0.6%1.0%Mn1.0%Mn、0.4%0.4%0.65%P0.65%P、小于等于、小于等于0.12%S0.12%S。由于普通高磷铸铁的强度和韧性较差，还常加入铬
28、、钼、钨、铜、。由于普通高磷铸铁的强度和韧性较差，还常加入铬、钼、钨、铜、钛、钒等元素，构成合金高磷铸铁，使其组织细化，进一步提高力学性能和钛、钒等元素，构成合金高磷铸铁，使其组织细化，进一步提高力学性能和耐磨性。耐磨性。 电厂金属材料在润滑条件下应用的耐磨铸铁有在润滑条件下应用的耐磨铸铁有钒钛耐磨铸铁、钼铬耐磨铸铁、钨系耐钒钛耐磨铸铁、钼铬耐磨铸铁、钨系耐磨铸铁等。磨铸铁等。在干摩擦工况条件工作的耐磨铸铁，应具有高的硬度。目前常用的有低在干摩擦工况条件工作的耐磨铸铁，应具有高的硬度。目前常用的有低合金耐磨铸铁、中锰球墨铸铁、高铬铸铁等。合金耐磨铸铁、中锰球墨铸铁、高铬铸铁等。低合金耐磨铸铁种
29、类很多，有镍硬铸铁、硼白口铸铁、铬锰铜耐磨铸铁、低合金耐磨铸铁种类很多，有镍硬铸铁、硼白口铸铁、铬锰铜耐磨铸铁、铬钼铜耐磨铸铁等。铬钼铜耐磨铸铁等。中锰球墨铸铁是在稀土镁球墨铸铁中加入中锰球墨铸铁是在稀土镁球墨铸铁中加入5 59.59.5的锰元素，含硅的锰元素，含硅量控制在量控制在3.33.35.05.0范围内，其组织为马氏体残余奥氏体球状石范围内，其组织为马氏体残余奥氏体球状石墨碳化物，这种组织既有一定的韧性，又有较高的硬度，可用来制造墨碳化物，这种组织既有一定的韧性，又有较高的硬度，可用来制造球磨机磨球、衬板等既要受一定的冲击力又希望耐磨的零部件。球磨机磨球、衬板等既要受一定的冲击力又希望
30、耐磨的零部件。电厂金属材料高铬（高铬（12123535CrCr）铸铁）铸铁，因为含有较多的强碳化物元素铬，是无石墨，因为含有较多的强碳化物元素铬，是无石墨的白口铸铁。通过热处理后，基体可变成很硬的组织，还有许多硬的碳化的白口铸铁。通过热处理后，基体可变成很硬的组织，还有许多硬的碳化物。因而硬度很高，具有优良的耐磨性，特别是耐磨料磨损的性能。由于物。因而硬度很高，具有优良的耐磨性，特别是耐磨料磨损的性能。由于含铬高，而且呈颗粒状又比较细碎。因此，高铬铸铁有一定的韧性，适当含铬高，而且呈颗粒状又比较细碎。因此，高铬铸铁有一定的韧性，适当热处理之后还可进行切削加工。热处理之后还可进行切削加工。国内外
31、都十分重视对高铬铸铁的研究和推广应用。目前，还有将高铬铸铁和低碳钢符合浇铸成金属材料，这种复国内外都十分重视对高铬铸铁的研究和推广应用。目前，还有将高铬铸铁和低碳钢符合浇铸成金属材料，这种复合材质既有高硬度又有较好的韧性，因而扩大了高铬铸铁的应用范围。合材质既有高硬度又有较好的韧性，因而扩大了高铬铸铁的应用范围。2)耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐腐蚀是个相对的概念，介质不同时对铸铁的成分和组织有不同的要求。国耐腐蚀是个相对的概念，介质不同时对铸铁的成分和组织有不同的要求。国外耐蚀铸铁以镍铬系为主，我国则以高硅系为主，此外，还有铝系和铬系耐外耐蚀铸铁以镍铬系为主，我国则以高硅系为主，此外，还有铝系和铬系耐蚀
32、铸铁。蚀铸铁。高硅耐蚀铸铁中含硅量要超过高硅耐蚀铸铁中含硅量要超过13，若再增加铜或钼或稀土能进一步提高耐，若再增加铜或钼或稀土能进一步提高耐腐蚀能力，可用于制造耐酸泵、管道、阀门等化工设备。腐蚀能力，可用于制造耐酸泵、管道、阀门等化工设备。电厂金属材料（三）耐热铸铁（三）耐热铸铁工程上在高温时能抵抗腐蚀破坏并能承受一定载荷的铸铁称为耐热铸铁。为工程上在高温时能抵抗腐蚀破坏并能承受一定载荷的铸铁称为耐热铸铁。为了使铸铁具有耐热性能，可加入铬、钼、铝、硅等合金元素。了使铸铁具有耐热性能，可加入铬、钼、铝、硅等合金元素。加入铬、铝、硅后，能使铸铁在高温下表面形成一层致密的加入铬、铝、硅后，能使铸铁
33、在高温下表面形成一层致密的CrCr2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2氧化膜，能对金属起保护作用，使内层金属不被氧化。钼元素常与铬一氧化膜，能对金属起保护作用，使内层金属不被氧化。钼元素常与铬一起加入铸铁中能有效地提高铸铁的高温强度。起加入铸铁中能有效地提高铸铁的高温强度。电厂金属材料 合金钢是以铁和碳元素为基础，为了满足某方面的性能要求，有目的加入一合金钢是以铁和碳元素为基础，为了满足某方面的性能要求，有目的加入一些其他元素冶炼而成的钢。这种有目的加入的合金元素有些其他元素冶炼而成的钢。这种有目的加入的合金元素有铬、锰、硅、钼、钨、铬、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌
34、、硼、镍、锆、稀土钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等。等。合金元素加入后，可以合金元素加入后，可以提高钢的机械性能，改善钢的机械性能提高钢的机械性能，改善钢的机械性能。有些合金元素的。有些合金元素的含量达到一定时，还可以钢具有某些特殊的机械性能或特殊的物理化学性能。含量达到一定时，还可以钢具有某些特殊的机械性能或特殊的物理化学性能。一、合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的作用电厂金属材料（一） 合金元素在钢中的存在形式 1 形成合金铁素体 绝大多数合金元素可或多或少固溶于铁素体中，形成-Fe的间隙或置换固溶体 合金铁素体 合金元素有固溶强化作用电厂金属材料 对强硬度影响对强硬度影响 对韧性影响
35、对韧性影响由图可知，合金元素加入量愈多，铁素体的硬度就愈高，以硅、锰、镍元素为最显由图可知，合金元素加入量愈多，铁素体的硬度就愈高，以硅、锰、镍元素为最显著。由图著。由图4-2可知，硅量在可知，硅量在1%左右，锰量在左右，锰量在1.5%左右，既能提高铁素体的硬度，又左右，既能提高铁素体的硬度，又不降低韧性：铬元素含量在不降低韧性：铬元素含量在2%5%S时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。电厂金属材料 2 形成合金碳化物根据与碳的亲和力，合金元素分为两类：非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W
36、、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至强电厂金属材料 弱碳化物形成元素、中强碳化物形成元素可置换渗碳体中的铁原子 (Fe、Mn)3C 、 (Fe、Cr)3C （1）形成合金渗碳体意义： 合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点和硬度更高低合金钢中的主要强化相 电厂金属材料（2）形成特殊碳化物 强碳化物形成元素、或较高含量的中强碳化物形成元素（5%）： VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 形成特殊碳化物 特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更高，熔点与硬度也更高耐较高温度的强化相 高合金钢中的主要强化相电厂金属材料 第二相强化，提高耐磨性小结： 碳在钢中的存在形式及作用： (1)固溶于铁基体中； (
37、2)形成各类碳化物电厂金属材料二二 合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响 1 影响奥氏体、铁素体相区存在范围影响奥氏体、铁素体相区存在范围LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGC%6.69FeT JNA1 扩大扩大相区相区，使，使A3，A1 ： Ni、Mn、N 缩小缩小相区相区，使，使A3 ， A1 ： Cr、W、Mo、V、Ti、 Al、Si、B、Nb、Zr意义：意义：在室温下可能获得在室温下可能获得单相单相奥氏体奥氏体组织或组织或单相单相铁素体组织铁素体组织 奥氏体钢奥氏体钢铁素体钢铁素体钢合金元素对合金元素对A3及及A1温度的影响，使合温度的影响，使合金钢的热处
38、理加热温度发生变化金钢的热处理加热温度发生变化电厂金属材料2 影响相图临界点（影响相图临界点（S、E) *所有合金元素均使所有合金元素均使S、E点左移点左移 4Cr13过共析钢；过共析钢； W18Cr4V莱氏体钢莱氏体钢由于由于S点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同。例如含碳量例如含碳量0.4%的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入14%的铬以的铬以后，则变为珠光体的共析组织。后，则变为珠光体的共析组织。E点左移点左移，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于，就意味着出现莱氏体的含碳量降
39、低，使含碳量低于2.11%的合金钢中出的合金钢中出现莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。现莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。电厂金属材料 三 对钢热处理的影响1 对加热时相转变的影响： 大多数合金元素都使奥氏体的长大减慢，成分均匀化难度加大 大多数合金钢比碳钢加热温度高，保温时间长； 但须考虑合金元素对A3的影响， 例含Mn钢 电厂金属材料2 对冷却转变（C曲线）的影响： 实质为对C曲线的影响：(1) 使C曲线位置和形状改变：典型应用：含Mo的贝氏体钢的设计原理非碳化物形成元素改变位置，不改变形状碳化物形成元素 改变位置与形状，使P、B转变分离电厂金属材料电厂金属材料(2) 大部分合金元素使C曲
40、线右移； 意义：提高淬透性 合金元素提高淬透性的顺序(由强至弱)： Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V 另 B 元素：添加0.0005%0.0035%量 显著提高淬透性电厂金属材料 3 合金元素对回火过程的影响(1) 提高钢的回火稳定性 回火稳定性定义： 钢在回火过程中抵抗软化的能力。原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗软化能力提高钢的回火稳定性。 合金碳化物稳定性高电厂金属材料意义： （1）在相同温度下回火，合金钢比碳钢有更高的强硬度；（2）相同强度下合金钢比碳钢可在更高温度下回火，有更好韧性。 电厂金属材料（2）产生二次硬化二次硬化：含较多W、Mo、V、Ti及较高C%的钢回火
41、时，硬度不是随回火温度升高单调下降，而是到某一温度后反而开始增大（400），并在另一更高温度（550）达到峰值。 回火温度，回火温度，HRC 200 400 600604020+5%Mo+2%Mo0.35C%电厂金属材料二、 合金钢的分类及编号方法（一）合金钢的分类合金钢的种类繁多，通常按钢的成分和用途来进行分类。合金钢的种类繁多，通常按钢的成分和用途来进行分类。 1、按化学成分分类1）按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于）按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金）、中合金钢（合金元素含量为钢（合金元素含量为5%10%）及高合金钢（合金元素大于）及高合
42、金钢（合金元素大于10%）。）。2）按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼等。）按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼等。 2、按用途分类1）合金结构钢）合金结构钢合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。2）合金工具钢）合金工具钢合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模
43、具钢和冷模具钢）、量具钢。钢和冷模具钢）、量具钢。3）特殊性能钢）特殊性能钢特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。等。电厂金属材料（二）合金钢的编号方法我国合金钢的牌号，由冶金部统一规定，是我国合金钢的牌号，由冶金部统一规定，是按照合金钢的用途和化学成分，用数字和元按照合金钢的用途和化学成分，用数字和元素的化学符号相结合的方法来表示的。素的化学符号相结合的方法来表示的。1、合金结构钢结构钢编号是：两位数字编号是：两位数字+元素符号元素符号+数字。数字。前面的两位数字表示钢中平均
44、含碳量的万分数；元素符号是指所含的合金元素；元素符前面的两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；元素符号是指所含的合金元素；元素符号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于1%或或1.5%时，钢号中只表明元素符号，时，钢号中只表明元素符号，不标数字。如果为不标数字。如果为2或或3，则表示该元素的平均含量为，则表示该元素的平均含量为1.5%2.5%或或2.56%3.5%。余类。余类推。推。例如例如40Mn2，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.4%，平均含锰量为，平均含锰量为2%；20Cr3MoWV，表示钢中平均含碳，表示钢中平均含碳量为量为0.2%，
45、平均含铬量为，平均含铬量为3%，钼、钨、钒元素的含量均小于，钼、钨、钒元素的含量均小于1.5%。合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用“G”字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素符号符号Cr及其平均含量的千分数。及其平均含量的千分数。如如GCr15，表示含碳量，表示含碳量0.95%1.05%，含铬量，含铬量1.3%1.65%的滚动轴承钢。的滚动轴承钢。电厂金属材料电厂金属材料2、合金工具钢编号：一位数字（或无数字）编号：一位数字（或无数字）+元素符号元素符号+数字。数字。一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构
46、相同。如果合一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合金工具中的含碳等于或大于金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构的钢号混淆。的钢号混淆。高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于1%，但在钢号中也不标出含碳量的数字。，但在钢号中也不标出含碳量的数字。例如例如W9Cr4V2，表示钢中平均含钨量为，表示钢中平均含钨量为9%，平均含铬量为，平均含铬量为4%，平均含钒量为，平均含钒量为2%，其含碳量经查，其含碳量经查表可知为表可知为0.85%0.
47、95%。例如例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为，平均含锰量为2%，含铬量小于，含铬量小于1%。又如。又如CrW5，表示，表示钢中含铬量小于钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为，平均含钨量为5%，含碳量则，含碳量则1%（经查表可知为（经查表可知为1.25%1.50%）。）。电厂金属材料3、特殊性能钢特殊性能钢一般可分为高合金与低合金两大类特殊性能钢一般可分为高合金与低合金两大类。高合金的特殊性能钢的钢号表示。高合金的特殊性能钢的钢号表示方法与合金工具钢相似。方法与合金工具钢相似。例如例如2Cr13，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.2%
48、，平均含铬量为，平均含铬量为13%；又如；又如1Cr18Ni，表示钢中平均，表示钢中平均含碳量含碳量0.1%，平均含铬量为，平均含铬量为18%，平均含镍量为，平均含镍量为9%，含钛量小于，含钛量小于1%。在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所含的合金元素及其含量。含的合金元素及其含量。例如例如Cr25Ti，钢中平均含铬量为，钢中平均含铬量为25%，含钛量小于，含钛量小于1%，经查表可知含碳量经查表可知含碳量0.12%。低合金特殊性能钢的钢号表示方法与合金结构钢相似。低合金特殊性能钢的钢号表示方
49、法与合金结构钢相似。例如例如25Cr2Mo1V，钢中平，钢中平均含碳量为均含碳量为0.25%，平均含铬量为，平均含铬量为2%，平均含钼量为，平均含钼量为%，含钒量小于，含钒量小于1%。电厂金属材料 标有小写的标有小写的“g”表示锅炉用钢板，如表示锅炉用钢板，如20g。标有大写的。标有大写的“G”表示锅炉用无缝钢管，如表示锅炉用无缝钢管，如20G。标有大写的。标有大写的“R”表表示容器用钢板，如示容器用钢板，如20R,16MnR。 锅炉用无缝钢管，锅炉用无缝钢管，20G和钢板和钢板20g，他们的平均含碳量都，他们的平均含碳量都是是0.2%。 汽包用钢如汽包用钢如20g，12Mng等，除氧器水箱用
50、钢如等，除氧器水箱用钢如20R，16MnR等。等。 非电力部门使用的容器用钢，如非电力部门使用的容器用钢，如12MnHP，“HP”表示焊表示焊接气瓶，接气瓶，16MnDR,“DR”表示低温容器等。表示低温容器等。 锅炉压力容器用钢电厂金属材料含硫、磷量极少的高级优质合金钢，其钢号的后面应以含硫、磷量极少的高级优质合金钢，其钢号的后面应以A A，例如例如50CrVA50CrVA。一些作专门。一些作专门用途的合金钢，还有专门的钢号记号，例如用途的合金钢，还有专门的钢号记号，例如16Mng16Mng，钢号中的，钢号中的g g表示锅炉用钢。表示锅炉用钢。第三节 合金钢性能概述 1 1、合金结构钢、合金
