1、2022-8-11第二篇第二篇 材料与焊接材料与焊接第八章第八章 化工设备材料化工设备材料 第一节第一节 概概 述述根据物料与适宜工作条件选材根据物料与适宜工作条件选材物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢压力与温度压力与温度蠕变、氢腐蚀、低温脆性等蠕变、氢腐蚀、低温脆性等2022-8-12第二节第二节 材料的性能材料的性能力学性能、物理性能、化学性能和力学性能、物理性能、化学性能和加工性能加工性能一、力学性能一、力学性能决定许用应力决定许用应力强度、硬度、弹性、塑性、韧性等强度、硬度、弹性、塑性、韧性等 2022-8-131 1、强度、强度是指材料抵抗外加载荷而不致是指材料抵抗外加
2、载荷而不致失效破坏的能力失效破坏的能力 按所抵抗外力作用的形式可分按所抵抗外力作用的形式可分为：为：抵抗外力的静强度抵抗外力的静强度抵抗冲击外力的冲击强度抵抗冲击外力的冲击强度抵抗交变外力的疲劳强度抵抗交变外力的疲劳强度2022-8-14按环境温度可分为：按环境温度可分为：常温下抵抗外力的常温常温下抵抗外力的常温强度强度高温下抵抗外力的高温高温下抵抗外力的高温强度强度低温下抵抗外力的低温低温下抵抗外力的低温强度强度2022-8-15常温强度指标：常温强度指标：屈服强度和抗拉屈服强度和抗拉(压压)强度强度屈强比适当屈强比适当蠕变极限蠕变极限n n疲劳极限疲劳极限r r,r r=minmin/ma
3、x max,应力循环系数或应力循环系数或应力比应力比-1-1,以以10106 6-10-107 7次不被破坏的应力次不被破坏的应力 n02022-8-162 2、硬度、硬度局部抵抗能力局部抵抗能力弹性、强度与塑性的综合性能指标弹性、强度与塑性的综合性能指标压入硬度：布氏硬度压入硬度：布氏硬度(HB)(HB)、洛氏、洛氏硬度硬度(HRC(HRC、HRB)HRB)和维氏硬度和维氏硬度(HV)HV)低碳钢低碳钢 b b=0.36=0.36 HBHB高碳钢高碳钢 b b=0.34=0.34 HBHB灰铸铁灰铸铁 b b=0.1=0.1 HBHB2022-8-173 3、塑性、塑性延伸率延伸率%100%
4、1001LLLP断面收缩率断面收缩率%1001AAA化工设备材料一般要求化工设备材料一般要求5 5=10%-20%=10%-20%2022-8-184 4、冲击韧性、冲击韧性冲击韧度冲击韧度k k，使其破坏所消，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件耗的功或吸收的能除以试件的截面面积的截面面积低温容器所用钢板低温容器所用钢板k k值不得值不得低于低于3030J/cmJ/cm2 22022-8-19二、物理性能二、物理性能密度、熔点、比热容、热导率、密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。弹性模量与泊松比等。2022-8-110三、化学性
5、能三、化学性能1 1、耐腐蚀性、耐腐蚀性金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力能力2 2、抗氧化性、抗氧化性高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度强度选耐热材料选耐热材料2022-8-111四、加工工艺性能四、加工工艺性能1 1、可铸性：收缩与偏析、可铸性：收缩与偏析2 2、可锻性、可锻性3 3、焊接性、焊接性4 4、可切削加工性、可切削加工性2022-8-112第三节第三节 碳钢与铸铁碳钢与铸铁“铁碳合金铁碳合金”由由9595以上铁和以上铁和0.050.054 4碳及碳及1 1左右杂质元素所组成左右杂质元素所组成合金合金一般含碳量一般含碳量
6、0.020.022 2称为钢；称为钢；大于大于2 2称为铸铁；称为铸铁；当含碳量小于当含碳量小于0.020.02时称纯铁时称纯铁(工业纯工业纯铁铁)；含碳量大于含碳量大于4.34.3的铸铁极脆的铸铁极脆2022-8-113一、铁碳合金的组织结构一、铁碳合金的组织结构1 1、金属的组、金属的组织与结构织与结构在金相显微在金相显微镜下看到的镜下看到的金属的晶粒，金属的晶粒，简称组织简称组织2022-8-114电子显微镜观察到金属原子各种规则电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称金属的晶体结构，简称结构排列，称金属的晶体结构，简称结构 不同温度下纯铁体心立方与面心立方不同温度下纯铁体心立方与面心立
7、方晶格晶格 体心立方晶格塑性比面心立方晶格体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。的好，而后者的强度高于前者。2022-8-115铸铁一般碳以石墨形式存在，铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。有不同的组织形貌。球墨铸铁强度最高；细片状石墨次球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。之；粗片状石墨最差。2022-8-1162 2、纯铁的同素异构转变、纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称体心立方晶格的纯铁称a a-Fe-Fe，面心立方晶，面心立方晶格的铁称为格的铁称为g g-Fe-Fe。a a-Fe-Fe加热可变为加热可变为g g-Fe-Fe，反之高温下的，反之
8、高温下的g g-Fe-Fe冷却可变为冷却可变为a a-Fe-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称称“同素异构转变同素异构转变”。纯铁的同素异构转变是在纯铁的同素异构转变是在910910恒温下完恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程。成的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依据。是钢进行热处理的依据。2022-8-1173 3、碳钢的基本组织、碳钢的基本组织碳在铁中的存在形式有固溶体、碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。化合物和混合物三种。固溶体：两种或两种以上的元素固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持在
9、固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体溶剂晶格原来形式的物体这三种不同的存在形式，形成了这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。不同的碳钢组织。2022-8-118（1 1）铁素体）铁素体碳溶解在碳溶解在a a-Fe-Fe中形成固溶体称铁素体。中形成固溶体称铁素体。a a-Fe-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.0060.006），强度和硬度低，但塑性和），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。性能。2022-8-119（2 2）奥氏体）奥氏体碳溶解在碳溶解在g g-F
10、e-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。铁中形成固溶体称奥氏体。g g-Fe-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比原子间隙较大，碳的溶解度比a a-Fe-Fe中大得多，如在中大得多，如在723723时可溶解时可溶解0.80.8，在在11471147时可达最大值时可达最大值2.062.06。奥氏体组织是在奥氏体组织是在a a-Fe-Fe发生同素异构转变发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。度，故塑性、韧性较好，且无磁性。2022-8-120（3 3）渗碳体）渗碳体碳和铁形成一种化合物（碳和铁形成一种化合物（FeFe3 3C C）称渗）称
11、渗碳体。碳体。熔点约熔点约16001600，硬度高，塑性几乎等，硬度高，塑性几乎等于零。于零。铁碳合金含碳量小于铁碳合金含碳量小于2 2时，其组织是时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。钢。含碳量大于含碳量大于2 2时，部分碳以石墨形式时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。力。2022-8-121（4 4）珠光体）珠光体铁素体与渗碳体的机械混合物。铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁之
12、间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要比铁素体差，但比渗碳体要好得多。好得多。2022-8-122（5 5）莱氏体）莱氏体珠光体和初次渗碳体的共晶混珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。合物。具有较高的硬度，是一种较粗具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。口铸铁、高碳钢中。2022-8-123（6 6）马氏体）马氏体钢和铁从高温急冷下来的组织，钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在是碳原子在a a-Fe-Fe中过饱和的固溶中过饱和的固溶体。体。具有很高的硬度，但很脆，延伸具有很高的硬度，但很
13、脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。性低，几乎不能承受冲击载荷。2022-8-124二、二、铁铁碳碳合合金金状状态态图图2022-8-125按组织不同：按组织不同：含碳量含碳量0.8%，过共析钢，过共析钢含碳量含碳量=0.8%，共析钢，共析钢钢在加热时形成单一的奥氏体组织。钢在加热时形成单一的奥氏体组织。2022-8-126按组织不同：按组织不同：含碳量含碳量=4.3%=4.3%，共晶生铁，共晶生铁 含碳量含碳量2%2%4.3%4.3%，亚共晶生铁，亚共晶生铁 含碳量含碳量4.3%4.3%6.67%6.67%，过共晶生铁，过共晶生铁所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳所有生铁组织中都有莱氏体，多数
14、碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。为铸铁。2022-8-127三、钢的热处理三、钢的热处理钢、铁固态下加热、保温和不同的冷钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为求的物理、化学与力学性能，称为热处理。热处理。普通热处理：退火、正火、淬火、回普通热处理：退火、正火、淬火、回火火表面热处理：表面淬火、化学热处理表面热处理：表面淬火、化学热处理2022-8-1281 1、退火和正火、退火和正火退火：缓慢加热到临界点以上的某一温退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓
15、慢冷却。度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。部分内应力，防止工件变形。正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。性可显著提高。铸、锻件切削加工前一般退火或正火。铸、锻件切削加工前一般退火或正火。2022-8-1292 2、淬火和回火、淬火和回火加热至淬火温度加热至淬火温度(临界点以上临界点以上303050)50)，并保温一段时间，后投入，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火剂中冷却。淬火后得到的组织
16、是马氏体。增加淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。硬度、强度和耐磨性。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。油中淬火。2022-8-130回火是淬火后进行的一种较低温回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。度的加热与冷却热处理工艺。回火可以降低或消除零件淬火后回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。的内应力，提高韧性。在在150150250250范围内的回火称范围内的回火称“低温回火低温回火”。回火马氏体有较。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内
17、应力和脆高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。行低温回火处理。2022-8-131中温回火温度是中温回火温度是300300450450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为高温回火温度为500500680680。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬火加高温回火习惯上称为淬火加高温回火习惯上称为“调质处调质处理理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。螺
18、栓等。2022-8-132时效热处理：材料经固溶处理或时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。间而变化的过程。时效可进一步消除内应力，稳定时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类零件尺寸，它与回火作用相类似。似。2022-8-1333 3、表面淬火、表面淬火使零件表面层比心部具有更高使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定劳强度，而心部则具有一定的韧性。的韧性。2022-8-1344 4、化学热处理、化学热处理有渗碳
19、、渗氮有渗碳、渗氮(氮化氮化)、渗铬、渗硅、渗铬、渗硅、渗铝、氰化渗铝、氰化(碳与氮共渗碳与氮共渗)等。等。渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；磨性；渗铝可提高耐热、抗氧化性；渗铝可提高耐热、抗氧化性；氮化与渗铬的零件，表面比较硬，氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；可显著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。2022-8-135四、碳钢四、碳钢1 1、常存杂质元素对钢材性能的影响、常存杂质元素对钢材性能的影响硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等（1 1）硫）硫 有害元素。有害元素。FeSFeS和和 F
20、eFe形成形成低熔点低熔点(985)(985)化合物。钢材热加化合物。钢材热加工工1150115012001200，过早熔化而导致，过早熔化而导致工件开裂，称工件开裂，称“热脆热脆”。高级优质钢：高级优质钢：S S0.02%0.02%0.03%0.03%；优质钢：优质钢：S S0.03%0.03%0.045%0.045%；普通钢：普通钢：S S0.055%0.055%0.7%0.7%以下。以下。2022-8-136（2 2）磷）磷有害元素。虽能使强度、硬度增高，有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。但塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使钢材显著变脆，特别是在低温时，使
21、钢材显著变脆，称称“冷脆冷脆”。使冷加工及焊接性变使冷加工及焊接性变坏，坏，高级优质钢：高级优质钢：P P0.025%0.025%；优质钢：优质钢：P P0.04%0.04%；普通钢：普通钢：P P0.085%0.085%。2022-8-137（3 3）锰）锰脱氧剂。有益元素。脱氧剂。有益元素。MnSMnS(1600)(1600)，部分消除硫的有害作用。部分消除硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，与锰具有很好的脱氧能力，与FeOFeO成为成为MnOMnO进入炉渣，从而改善钢的品进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和质，特别是降低脆性，提高强度和硬度。硬度。在在0.5%0.5%0
22、.8%0.8%以下时看成常存杂质。以下时看成常存杂质。优质碳素结构钢中，正常含锰量是优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.5%0.8%0.8%；高锰结构钢可达；高锰结构钢可达0.7%0.7%1.2%1.2%。2022-8-138（4 4）硅）硅脱氧剂。有益的元素。脱氧剂。有益的元素。硅与硅与FeOFeO能结成密度较小的硅酸盐炉能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。渣而被除去。硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑性、韧性降低。增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量常在镇静钢中的含硅量常在0.1%0.1%0.37%0.37%，沸腾钢中只含有沸腾钢中只含有0.0
23、3%0.03%0.07%0.07%。由于钢中硅含量一般不超过由于钢中硅含量一般不超过0.5%0.5%，对钢性能影响不大。对钢性能影响不大。2022-8-139（5 5）氧）氧有害元素。在炼钢末期要加入锰、有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。除尽。FeOFeO、MnOMnO、SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3，使强，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。度、冲击韧性等有严重影响。2022-8-140（6 6）氮）氮长时间放置或在长时间放置或在200200300300加热加热氮以氮化物
24、形式的析出，硬度、氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入钢液中加入AlAl、TiTi或或V V进行固氮处进行固氮处理，使氮固定在理，使氮固定在AlNAlN、TiNTiN或或VNVN中，可消除时效倾向。中，可消除时效倾向。2022-8-141（7 7）氢）氢氢脆、白点等缺陷。氢脆、白点等缺陷。变脆：氢化物变形小变脆：氢化物变形小 白点：组织缺陷处扩散氢，时白点：组织缺陷处扩散氢，时间长间长 2022-8-1422 2、分类与编号、分类与编号按用途：建筑及工程用钢、结构钢、按用途：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性弹簧
25、钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）能钢（不锈钢、耐热钢）按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢按品质：普通钢、优质钢和高级优质按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢钢2022-8-143（1 1）普通碳素钢）普通碳素钢Q235-AQ235-A，屈服强度数值（，屈服强度数值（MPaMPa）质量等级质量等级A A，B B，C C，D D。脱氧方法为脱氧方法为F F，b b，Z Z，TZTZ。化工压力容器用钢一般选用镇静化工压力容器用钢一般选用镇静钢。钢。普通碳素钢有普通碳素钢有 Q195Q195、Q215Q21
26、5、Q235Q235、Q255Q255及及 Q275Q275五个钢种。五个钢种。2022-8-144（2 2）优质碳素钢）优质碳素钢S S0.03%0.03%0.045%0.045%；P P0.04%0.04%0808、1010、1515、2020、2525、3030、3535、4040、4545、5050、8080等。平均含等。平均含碳量的万分之几。碳量的万分之几。4545号钢中含碳号钢中含碳量平均为量平均为0.45%(0.42%0.45%(0.42%0.50%)0.50%)。4545MnMn，锰含量较高的优质非合金，锰含量较高的优质非合金钢。钢。2022-8-145优质低碳钢（含优质低碳钢
27、（含C C0.25%0.25%），如），如0808、1010、1515、2020、2525；塑性好，；塑性好，焊接性能好，壳体、接管。焊接性能好，壳体、接管。优质中碳钢（含优质中碳钢（含C C量量0.3%0.3%0.60%0.60%）,如如3030、3535、4040、4545、5050与与5555；4545号钢搅拌轴号钢搅拌轴优质高碳钢（含优质高碳钢（含C C0.6%0.6%），如），如6060、6565、7070、8080。6060、6565钢主要用来钢主要用来制造弹簧，制造弹簧，7070、8080钢用来制造钢钢用来制造钢丝绳等。丝绳等。2022-8-146（3 3）高级优质钢）高级优质钢
28、S S0.02%0.02%0.03%0.03%；P P0.025%0.025%，均均0.03%0.03%。它的表示方法是在优质钢号后它的表示方法是在优质钢号后面加一个面加一个A A字，如字，如2020A A。2022-8-1473 3、碳钢的品种及规格、碳钢的品种及规格品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1 1）钢板）钢板（压力容器用热扎厚钢板）（压力容器用热扎厚钢板）4mm4mm6mm6mm厚度间隔为厚度间隔为0.50.5mmmm6mm6mm30mm30mm厚度间隔为厚度间隔为 lmmlmm30mm30mm60mm60mm厚度间隔为厚度间隔为2 2mmmm一
29、般碳素钢板材有一般碳素钢板材有 Q235-AQ235-A、Q235-Q235-A AF F、0808、1010、1515、2020等。等。2022-8-148（2 2）钢管）钢管无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管有冷轧和热轧。无缝钢管有冷轧和热轧。普通无缝钢管常用有普通无缝钢管常用有1010、1515、2020等。等。专门用途的无缝钢管，如热交换器用专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管白铁管)和不镀锌和不镀锌(黑铁管黑铁管)两种。两种。2022-8-
30、149（3 3）型钢）型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。边与不等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；件；扁钢常用作各种桨叶；扁钢常用作各种桨叶；角钢、工字钢及槽钢可做各种设角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架、塔盘支承及各种加强备的支架、塔盘支承及各种加强结构。结构。2022-8-150（4 4）铸钢和锻钢）铸钢和锻钢铸钢用铸钢用 ZGZG表示，表示，ZG25ZG25、ZG35ZG35等，用于制造各种承受重载荷的等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮
31、等。轮等。锻钢有锻钢有0808、1010、1515、5050等牌等牌号。石油化工容器用号。石油化工容器用2020、2525等等制作管板、法兰、顶盖等。制作管板、法兰、顶盖等。2022-8-151五、铸铁五、铸铁含碳量含碳量2%2%以上，含有以上，含有 S S、P P、Si Si、MnMn等杂质。等杂质。脆性材料，抗拉强度较低，但有良好脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。性。在一些介质在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性中有相当好的耐腐蚀性能。能。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸
32、铁、球墨铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。2022-8-1521 1、灰铸铁、灰铸铁2.7%2.7%4.0%4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。，片状石墨形式，断面暗灰色。有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、泵体泵体(机座、管路附件等机座、管路附件等)。在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。HTHT和抗拉强度和抗拉强度 b b值表示，如值表示，如 HT100HT100，其中，其中100100表示表
33、示 b b100MPa100MPa。常用灰铸铁牌号有常用灰铸铁牌号有HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350。2022-8-1532 2、球墨铸铁、球墨铸铁简称球铁。简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。灰铸铁，甚至接近钢材。用用QTQT、抗拉强度值、延伸率表示，、抗拉强度值、延伸率表示，如如QT400-18QT400-18，其中，其中400400表示表示 b b400MPa400MPa，1818表示表示=18%=18%。2022-8-1543 3、高
34、硅铸铁、高硅铸铁有高耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。有高耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂热导率小，线膨胀系数大，不适于制造热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的设备，否则容易产生裂纹。温差较大的设备，否则容易产生裂纹。常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器器牌号有：牌号有：STSi11Cu2CrRSTSi11Cu2CrR、STSi15RSTSi15R、STSi15Mo3RSTSi15Mo3R等。等。2022-8-155第四节第四节 合金钢合金钢在碳钢中添加适量的一种或多种在碳钢中添加适量的
35、一种或多种合金元素，得到或改善某些性能。合金元素，得到或改善某些性能。一、分类与编号一、分类与编号按合金元素总含量分：按合金元素总含量分：合金含量合金含量5%10%10%，高合金钢，高合金钢2022-8-156按用途分：按用途分：合金结构钢合金结构钢 调质结构钢、表面硬化钢调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构低碳马氏体钢、非调质结构钢钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢和耐热钢等不锈钢和耐热钢等 2022-8-157一种是汉字牌号，如一种是汉字牌号，如3535铬钼；铬钼；另一种是用国际化学符号，如另一种是用国际化学符号，如3535CrMoCrMo。表示含碳量平均为
36、万分之三十五表示含碳量平均为万分之三十五(或或0.35%)0.35%)，含，含 CrCr、MoMo在在1%1%左右。左右。当平均质量分数当平均质量分数1.5%1.5%、2.5%2.5%，3.5%3.5%时，在元素符号后面应标时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为明含量，可相应表示为2 2、3 3、4 4。如如3636Mn2SiMn2Si。2022-8-158二、合金元素对钢的影响二、合金元素对钢的影响目前常用的合金元素有：铬目前常用的合金元素有：铬(Cr)(Cr)，锰，锰(MnMn)，镍，镍(Ni)(Ni)，硅，硅(Si Si)，硼，硼(B)(B)，钨，钨(W)(W)，钼，钼(Mo)(Mo
37、)，钒钒(V)(V)，钛，钛(Ti)(Ti)和稀土元素和稀土元素(Re)(Re)等。等。2022-8-1591 1、铬、铬提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到含量达到1313时，能使钢的耐腐蚀时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。性降低。2022-8-1602 2、锰、锰提高强度和提高低温冲击韧性。提高强度和提高低温冲击韧性。3 3、镍、镍提高淬透性，有很高的强度，而又保持提高淬透性，有很高的强度
38、，而又保持良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。2022-8-1614 4、硅、硅提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H H2 2S S等介质的腐蚀性。等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。5 5、铝、铝强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。降低冷脆性。提高抗氧化性和耐热性，对抵抗提高
39、抗氧化性和耐热性，对抵抗H H2 2S S介质腐介质腐蚀有良好作用。蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。2022-8-1626 6、钼、钼提高高温强度、硬度、细化晶粒、提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。7 7、钒、钒于固溶体中提高高温强度，细化晶于固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。粒，提高淬透性。铬钢中加少量钒，在保持钢的强度铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。情况下，能改善钢的塑性。2022-8-1638 8、钛、钛强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，强脱氧剂，可提高
40、强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。裂纹等倾向。在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀提高耐热性。提高耐热性。9 9、稀土元素、稀土元素提高强度，改善塑性、低温脆性、提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。耐腐蚀性及焊接性能。2022-8-164三、可焊接的低合金高强度钢三、可焊接的低合金高强度钢碳含量通常小于碳含量通常小于0.25%0.25%。有较高的屈服强度（有较高的屈服强度（30030010001000MPaMPa）和屈强比）和屈强比（s s/b b=0.65=0.650.950.95），），较好的冷热加工性
41、能、良好的焊接较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。抗大气、海水等腐蚀能力。2022-8-165低合金高强度钢按性能和用途分低合金高强度钢按性能和用途分高强度钢、低温钢和耐蚀钢高强度钢、低温钢和耐蚀钢1 1、高强度钢、高强度钢350MPa350MPa强度级，典型牌号为强度级，典型牌号为1616MnMn；400MPa400MPa强度级，典型钢号强度级，典型钢号1414MnMoVMnMoV500MPa500MPa强度级，典型强度级，典型1212MnNiCrMoVCuMnNiCrMoVCu用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输用
42、于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。送管线等的焊接结构件。2022-8-1662 2、低温钢、低温钢主要有主要有0909Mn2V(-70)Mn2V(-70)、06MnNb(-90)06MnNb(-90)3 3、耐蚀钢、耐蚀钢1010MnPNbREMnPNbRE钢耐海洋大气及海水钢耐海洋大气及海水腐蚀，腐蚀，1212MnAlVMnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。氢设备。2022-8-167大型化工容器大型化工容器1616MnRMnR，质量比碳钢，质量比碳钢轻轻 l/3l/3；与碳钢相比，用与碳钢相比，用1515MnVMnV制造球形贮制造球形贮罐可节省钢
43、材约罐可节省钢材约45%45%。根据容器的具体操作条件根据容器的具体操作条件(温度、压温度、压力力)和制造加工和制造加工(卷板、焊接卷板、焊接)要求，要求，选用选用2022-8-168四、专业用钢四、专业用钢锅炉用钢，压力容器用钢、焊接锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。气瓶用钢等。在钢号后面分别加注在钢号后面分别加注 g g、R R或或HPHP等，如等，如20g20g、16MnR16MnR和和1515MnVHPMnVHP等。等。质地均匀、杂质含量低，能满足质地均匀、杂质含量低，能满足某些力学性能的特殊检验项目要某些力学性能的特殊检验项目要求。求。2022-8-169五、特殊性能钢五、特殊
44、性能钢不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢1 1、不锈钢、不锈钢不锈钢和耐酸钢的统称，也称不锈耐酸不锈钢和耐酸钢的统称，也称不锈耐酸钢钢一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢为不锈钢，的钢为不锈钢，称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐酸钢。为耐酸钢。2022-8-170通常按钢的金相组织分为铁素通常按钢的金相组织分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢和铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等马氏体不锈钢等2022-8-171（1 1）铁素体不锈钢）铁素体
45、不锈钢含碳含碳0.150.15，铬量在，铬量在12123030。有。有些钢种还含有钼、钛等元素。些钢种还含有钼、钛等元素。不锈纲中的含碳量都较低，不锈纲中的含碳量都较低，CrCr2323C C6 6而而消耗了铬。都在消耗了铬。都在1313以上。以上。对晶间腐蚀比较敏感；铬含量高时，对晶间腐蚀比较敏感；铬含量高时，脆性转变温度高，可焊性较差。脆性转变温度高，可焊性较差。lCr13lCr13、2Cr132Cr13、受冲击载荷较大零件、受冲击载荷较大零件 0Cr130Cr13、0Cr17Ti0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢耐氧化性酸和硫化氢气体腐蚀，部分代替高铬镍型不锈钢气体腐蚀，部分代替高铬镍型不
46、锈钢 2022-8-172（2 2）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢优异的综合性能，包括优良的力学性优异的综合性能，包括优良的力学性能，冷、热加工和成型性，可焊性能，冷、热加工和成型性，可焊性和在许多介质中的良好耐蚀性。和在许多介质中的良好耐蚀性。含氯离子，发生晶间腐蚀的倾向。含氯离子，发生晶间腐蚀的倾向。锰和氮代替不锈钢中的镍，发展出了锰和氮代替不锈钢中的镍，发展出了铬锰镍氮系和铬锰氮系不锈钢。例铬锰镍氮系和铬锰氮系不锈钢。例如如 Cr18Mn8Ni5Cr18Mn8Ni5、Cr18Mn10Ni5Mo3NCr18Mn10Ni5Mo3N。2022-8-173在在400400800800的温度范围内，的
47、温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬（碳从奥氏体中以碳化铬（CrCr2323C C6 6）形式沿晶界析出，使晶界附近的形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（铬与镍）含铬量降低合金元素（铬与镍）含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量（到耐腐蚀所需的最低含量（12%12%）以下，腐蚀就在此贫铬区产生。以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。2022-8-174防止晶间腐蚀的方法：防止晶间腐蚀的方法：1 1）降低含碳量）降低含碳量 0.06%0.06%时不易产生，时不易产生，0.03%0.03%时可靠地克服，超低碳不锈时可靠地克服，超低碳不锈钢，如钢，如0000
48、Cr19Nil0 Cr19Nil0 2 2）稳定碳原子，加入）稳定碳原子，加入TiTi，NbNb，V V，MoMo稳定剂，广泛用，稳定剂，广泛用，0 0Cr18Nil0TiCr18Nil0Ti、0Cr18NillNb 0Cr18NillNb 3 3）形成双相组织，加入铁素体促成元）形成双相组织，加入铁素体促成元素素TiTi，AlAl，Si Si，MoMo，铁素体含铬高、，铁素体含铬高、补充快，补充快，5%5%以内，阻断腐蚀通路。以内，阻断腐蚀通路。2022-8-175加入加入MoMo提高对氯离子提高对氯离子 ClCl-的耐的耐蚀能力，蚀能力，lCr18Nil2Mo3TilCr18Nil2Mo3
49、Ti。0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同时加。同时加入入 MoMo、CuCu，则在室温、浓，则在室温、浓度为度为50%50%以下的硫酸中也具以下的硫酸中也具有较高的耐蚀性，也可提高有较高的耐蚀性，也可提高在低浓度盐酸中的抗腐蚀性在低浓度盐酸中的抗腐蚀性2022-8-176防止晶间腐蚀的方法：防止晶间腐蚀的方法：4 4）控制热规范，快速加热和冷却，）控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢。或非常缓慢。5 5）补充热处理）补充热处理稳定化退火（免疫处理）：稳定化退火（免疫处理）：850850度度保温保温2 2小时，充分扩散小时，充分扩散高温淬火水冷（固熔）高温
50、淬火水冷（固熔）：11001100度度左右加热后淬火，单相奥氏体左右加热后淬火，单相奥氏体2022-8-1772 2、耐热钢和高温合金、耐热钢和高温合金例如石油化工的乙烯裂解、氨的合例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温度往往达到成等，温度往往达到10001000以上。以上。300300350350即需选用耐热钢，一即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在般耐热钢工作温度都在700700以下，以下，70070010001000用高温合金。用高温合金。2022-8-178耐热钢耐热钢CrCr、AlAl、Si Si铁素体形成元素，被高温铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一种致密的氧化膜。气体氧化后
