工程材料-过控-7-黑色金属及其选用.pptx

工程材料工程材料Dalian University of Technology第第7 7章章 黑色金属及其选用黑色金属及其选用*主主 要要 内内 容容压力容器用钢压力容器用钢 工况分析及对材料性能的要求 压力容器用钢 高温及低温构件用钢高温及低温构件用钢 高温用钢、低温用钢耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢 腐蚀的工况特点、合金元素的影响 杂质的影响、耐蚀钢材零部件用钢零部件用钢 回转件用钢、支撑件用钢有色金属及其合金有色金属及其合金 压力管道工况分析 管道用钢及铸铁*3 过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反响设备及各种储罐等。压力容器用钢压力容器用钢4过程装备使用（化工生产）的特点：1）生产的连续性强 2）生产的条件苛刻 3）介质的腐蚀性强 4）介质大多易燃易爆有毒性 5）温度和压力变化大 6）平安至关重要 压力容器用钢压力容器用钢5过程装备的根本要求平安可靠性要求平安可靠性要求化工设备必须具有足够的化工设备必须具有足够的强度强度和和刚度刚度，良好的，良好的韧性韧性、耐腐蚀性耐腐蚀性和可靠的和可靠的密封性密封性。工艺条件要求工艺条件要求 工艺性能要求包括：反响设备的反响速度、换热设备工艺性能要求包括：反响设备的反响速度、换热设备的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。经济合理性要求经济合理性要求在满足工艺要求和平安可靠运行的前提下，要尽量做在满足工艺要求和平安可靠运行的前提下，要尽量做到适用和经济合理。到适用和经济合理。便于操作和维护便于操作和维护环境保护要求环境保护要求 压力容器用钢压力容器用钢6过程装备设备的特点功能原理多样化功能原理多样化 外壳多为外壳多为压力容器压力容器化工化工机械机械电气一体化电气一体化 设备结构大型化设备结构大型化 压力容器用钢压力容器用钢7压力容器须满足三个条件：压力容器须满足三个条件：所承受的压力超过所承受的压力超过0.1MP0.1MP。容器直径大于容器直径大于0.150.15米且容积大于米且容积大于0.0250.025立方米。立方米。所盛装的介质为气体、液化气体或最所盛装的介质为气体、液化气体或最高工作温度超过其沸点的液体。高工作温度超过其沸点的液体。压力容器用钢压力容器用钢8根本承压部件根本承压部件根本承压部件根本承压部件1.1.1.1.筒体筒体筒体筒体2.2.2.2.封头封头封头封头3.3.3.3.密封装置密封装置密封装置密封装置(法兰、密封元件、稳固件）法兰、密封元件、稳固件）法兰、密封元件、稳固件）法兰、密封元件、稳固件）4.4.4.4.开孔开孔开孔开孔(人人人人/手孔手孔手孔手孔)5.5.5.5.接管接管接管接管6.6.6.6.支座支座支座支座附件附件附件附件7.7.7.7.平安附件（平安阀、爆破片）平安附件（平安阀、爆破片）平安附件（平安阀、爆破片）平安附件（平安阀、爆破片）8.8.8.8.测量与操作仪表测量与操作仪表测量与操作仪表测量与操作仪表 压力容器的结构压力容器的结构9压力容器的分类1、按设计压力分类 低压容器 0.1 MPap1.6 MPa。中压容器 1.6 MPap10.0 MPa。高压容器 10.0 MPap100 MPa。超高压容器 p100 MPa。压力容器用钢压力容器用钢10 压力容器的分类压力容器的分类113 3、按工作温度分、按工作温度分类 低温容器低温容器 设计温度温度-20-20。常温容器常温容器 设计温度温度-20-20200 200。中温容器中温容器 设计温度温度200200450 450。高温容器高温容器 设计温度温度450 450 压力容器的分类压力容器的分类124 4、按壁厚分类、按壁厚分类 薄壁容器薄壁容器 K=DK=D0 0/D/Di i1.21.2厚壁容器厚壁容器 K=DK=D0 0/D/Di i 1.21.2 压力容器的分类压力容器的分类135 5、按、按压力容器平安技术监察规程压力容器平安技术监察规程分类分类 压力容器的分类压力容器的分类14 压力容器的分类压力容器的分类15力学性能因素引起的压力容器失效：1）韧性断裂 内部压力超载，均匀腐蚀、高温氧化、磨损等造成壁厚减薄。2）脆性断裂 氢脆、碱脆、相脆化、碳化物析出脆化、低温脆化、辐照脆化等。3）疲劳脆断强 流体产生振动、周期性温度变化，多为低周高应力疲劳。压力容器用钢压力容器用钢16压力容器对材料性能的要求：1）压力容器大都为低碳钢 2）良好的冶金质量 3）优良的综合力学性能 强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7时在设计制造中予以重视，大于0.80.85时特殊对待。4）良好的材料组织和组织稳定性 5）良好的加工工艺性能和焊接性能 压力容器用钢压力容器用钢17压力容器用钢 制造压力容器用钢主要有碳素钢、低合金高强钢、低温钢，中温抗氢钢、不锈钢、耐热钢，复合钢板；受压元件用钢材品种有钢板、钢管、锻钢、棒钢、铸钢等。低碳钢 用于低压薄壁容器，有一定的强度、良好的塑性、韧性和加工工艺性，焊接性能良好。Q235-AF、Q235-A，提供拉伸试验的b、s和值；Q235-B做常温冲击试验；Q235-C做0冲击试验。20R 容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严格的要求 压力容器用钢压力容器用钢18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（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）4mm6mm厚度间隔为0.5mm6mm30mm厚度间隔为 lmm30mm60mm厚度间隔为2mm碳素钢板材有Q235-A、Q235-AF、08、10、15、20等。压力容器用钢压力容器用钢19压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表 压力容器用钢压力容器用钢20（2 2）钢管）钢管无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管有冷轧和热轧。一般无缝钢管常用材料有10、15、20等；有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、锅炉用无缝管等。有缝管分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。（3 3）型钢）型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；工字钢、槽钢、角钢广泛用于工业建筑和金属结构。压力容器用钢压力容器用钢21（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，用于制造各种承等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。锻钢有锻钢有0808、1010、1515、5050等牌号，压力容器用等牌号，压力容器用2020、2525等制作管板、法兰、顶盖等。等制作管板、法兰、顶盖等。压力容器用钢压力容器用钢22低合金高强度钢低合金高强度钢钢板为钢板为16MnR16MnR、15MnVR15MnVR、15MnNbR15MnNbR、18MnMoNbR18MnMoNbR、13MnNiMoNbR13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR07MnCrMoVR及及16MnDR16MnDR等低温用低合金钢。钢管为等低温用低合金钢。钢管为16Mn16Mn、15MnV15MnV。常见的有：。常见的有：16MnR16MnR、15MnVR15MnVR。钢板钢板牌号牌号使用温度使用温度壳体钢板厚壳体钢板厚度度mm说明说明20R-204756100严于碳素结构钢严于碳素结构钢16MnR-204756120参加适量参加适量Mn元素强元素强度显著提高度显著提高 压力容器用钢压力容器用钢2316MnR屈服强度屈服强度350MPa350MPa的低合金高强度钢，具有良好的综的低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用于于-20475-20475的中低压压力容器壳体及承压构件、液的中低压压力容器壳体及承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。化石油气瓶及中小型球罐。缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生裂纹。裂纹。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2416MnR，MnMn的作用：的作用：溶于铁素体产生较强的固溶强化作用；溶于铁素体产生较强的固溶强化作用；降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提高强度和韧性；高强度和韧性；降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。含量超过含量超过1.5%1.5%，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2515MnNbR屈服强度屈服强度370MPa370MPa，显微组织为铁素体，显微组织为铁素体+珠光体。珠光体。强度、韧性高于强度、韧性高于16MnR16MnR，焊接性能和抗硫化氢性能与，焊接性能和抗硫化氢性能与其相似。其相似。主要取代进口钢板，用于液化石油气大型储罐，可明主要取代进口钢板，用于液化石油气大型储罐，可明显降低钢板厚度、加工费用，保证加工质量。显降低钢板厚度、加工费用，保证加工质量。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2615MnVR、18MnMoNbR屈服强度分别为屈服强度分别为390MPa390MPa、440MPa440MPa，强度较高，但，强度较高，但塑性、韧性都较塑性、韧性都较C-MnC-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性钢低，且有较高的缺口敏感性和时效敏感性。和时效敏感性。15MnVR15MnVR主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高压容器内筒及层板、锅炉汽包等。压容器内筒及层板、锅炉汽包等。18MnMoNbR18MnMoNbR用于制造高压容器承压壳体，如氨合成用于制造高压容器承压壳体，如氨合成塔和尿素合成塔等。塔和尿素合成塔等。这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前已较少使用制造新设备。已较少使用制造新设备。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2713MnNiMoNbR目前国内单层卷焊厚壁压力容器的一个综合力学性能目前国内单层卷焊厚壁压力容器的一个综合力学性能较理想的钢号。较理想的钢号。利用固溶强化提高钢材的热强性，利用固溶强化提高钢材的热强性，400400屈服强度仍屈服强度仍可达可达300MPa300MPa；参加参加NbNb元素并操作轧制，呈现微合金化组织；元素并操作轧制，呈现微合金化组织；S S、P P含量尽量降低，含量尽量降低，0.025%0.025%。钢板的韧性、塑性高，低温下也有高的冲击汲取功。钢板的韧性、塑性高，低温下也有高的冲击汲取功。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2807MnCrMoVR 用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。推举使用温度推举使用温度-20350-20350。低的焊接裂纹敏感性，操作碳当量低的焊接裂纹敏感性，操作碳当量0.42%0.42%，焊接冷，焊接冷裂纹敏感性组成裂纹敏感性组成0.2%0.2%，厚度，厚度50mm50mm厚板可以不预厚板可以不预热或稍加预热。热或稍加预热。已已建造建造公称容积公称容积502000m502000m3 3的氧气、氮气、氢气、的氧气、氮气、氢气、液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐4040余台。余台。成为我国建造大型球罐的主要钢种。成为我国建造大型球罐的主要钢种。低合金钢强度钢低合金钢强度钢2907MnCrMoVR 含碳量低（含碳量低（0.09%），高强度（），高强度（s490MPa，b为为610740MPa）。）。采用最正确的微合金化处理，添加采用最正确的微合金化处理，添加Ni、Cr、Mo、V、B等；等；合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组织结构；织结构；先进的脱硫设备和真空处理手段，降低先进的脱硫设备和真空处理手段，降低S、P含量、提含量、提高洁净度。高洁净度。低合金钢强度钢低合金钢强度钢30 压力容器用钢压力容器用钢31高温用钢高温用钢“高温高温”常指高于常指高于450450的工作温度；的工作温度；“耐热耐热”指材指材料在高温下有热稳定性和热强性。料在高温下有热稳定性和热强性。碳钢使用温度一般在碳钢使用温度一般在450450以下，高于以下，高于450450推举使推举使用耐热钢，高于用耐热钢，高于800800常用其他高温材料。常用其他高温材料。在高温工作条件下用钢的特点：在高温工作条件下用钢的特点：产生蠕变现象产生蠕变现象 力学性能随温度及载荷持续时间而变化力学性能随温度及载荷持续时间而变化 组织结构常会发生转变组织结构常会发生转变 高温及低温构件用钢高温及低温构件用钢32蠕变曲线蠕变曲线 高温用钢高温用钢理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕变速率，明显的加速阶段。变速率，明显的加速阶段。33蠕变机制蠕变机制 高温用钢高温用钢温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。变形速率随时间而下降；变形速率随时间而下降；加工硬化和回复、再结晶同时进行，加工硬化和回复、再结晶同时进行，变形速率根本保持恒定。变形速率根本保持恒定。大的塑性变形在晶界形成微孔和裂大的塑性变形在晶界形成微孔和裂纹，试件开始产生缩颈，塑性变形纹，试件开始产生缩颈，塑性变形速率加快，最后导致试件断裂。速率加快，最后导致试件断裂。34蠕变导致的失效蠕变导致的失效 高温用钢高温用钢过量变形失效过量变形失效 梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。蠕变断裂蠕变断裂 构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断裂指标作为判据。裂指标作为判据。应力松弛应力松弛 总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象。总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象。紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变恒紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变恒定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变，从定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变，从而使应力不断减小。而使应力不断减小。35高温组织结构变化高温组织结构变化 高温用钢高温用钢石墨化石墨化 钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。球化球化 低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低1015%1015%，严峻球，严峻球化降低化降低2030%2030%，而高温强度会下降到，而高温强度会下降到50%50%。36高温组织结构变化高温组织结构变化 高温用钢高温用钢合金元素的再分配合金元素的再分配 高温下长时间工作，合金元素在高温下长时间工作，合金元素在固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著降低，导致耐热钢的高温强度下降。降低，导致耐热钢的高温强度下降。新相的形成新相的形成 碳化物结构类型、数量和分布的变化，碳化物结构类型、数量和分布的变化，趋向形成稳定状态的碳化物。趋向形成稳定状态的碳化物。37高温腐蚀高温腐蚀 高温用钢高温用钢高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温气体，发高温环境往往是含氧、硫、氢、氮等的高温气体，发生化学反响，损耗金属，大多会在其外表上生成氧化生化学反响，损耗金属，大多会在其外表上生成氧化物、硫化物、氮化物等固体外表膜。物、硫化物、氮化物等固体外表膜。钢铁外表形成的固态氧化膜结构与性能各不相同，保钢铁外表形成的固态氧化膜结构与性能各不相同，保护性能的好坏取决于氧化物的高温稳定性，氧化膜的护性能的好坏取决于氧化物的高温稳定性，氧化膜的完整性、致密性、组织结构和厚度、膜与金属材料的完整性、致密性、组织结构和厚度、膜与金属材料的相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素；其中相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素；其中氧化膜的完整性和致密性是至关重要的。氧化膜的完整性和致密性是至关重要的。38高温用钢的性能要求高温用钢的性能要求 高温用钢高温用钢（1 1）高温用钢力学性能的考虑）高温用钢力学性能的考虑39高温用钢的性能要求高温用钢的性能要求 高温用钢高温用钢40高温用钢的性能要求高温用钢的性能要求 高温用钢高温用钢松弛稳定性松弛稳定性 指标有多种，最常用的是以金属在一定温度和一定初指标有多种，最常用的是以金属在一定温度和一定初应力作用下，经规定时间后剩余应力的大小来表示。应力作用下，经规定时间后剩余应力的大小来表示。41高温用钢的性能要求高温用钢的性能要求 高温用钢高温用钢（2 2）抗氧化性）抗氧化性 硫化、氮化、碳化、卤化等类型的高温腐蚀也是广硫化、氮化、碳化、卤化等类型的高温腐蚀也是广义的氧化。义的氧化。金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示。失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。提高高温强度的途径提高高温强度的途径:固溶强化；固溶强化；析出强化；析出强化；晶界强化晶界强化(参加参加B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物 高温用钢高温用钢43高温用钢高温用钢 高温用钢高温用钢珠光体耐热钢珠光体耐热钢涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰常用钢号为常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合，是低合金钢。金钢。合金元素作用：合金元素作用：Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性；Mo提高热强性提高热强性(T再再);V弥散强化。弥散强化。热处理：热处理：正火处理正火处理组织组织:F+P用途：用途：600以下的以下的锅炉及管道锅炉及管道,压力容压力容器，热交换器，汽器，热交换器，汽轮机转子等。轮机转子等。烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管 珠光体耐热钢珠光体耐热钢马氏体耐热钢马氏体耐热钢常用钢号为常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WMoV；4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性;Mo提高热强性提高热强性(T再再);V弥散强化。弥散强化。热处理：调质。热处理：调质。组织：组织：S回回。汽轮机叶片汽轮机叶片 高温用钢高温用钢用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽轮机叶以下汽轮机叶片，又称叶片钢；片，又称叶片钢；4Cr9Si2主要用于制造使用温度低于主要用于制造使用温度低于750的发动机的发动机排气阀，又称气阀钢。排气阀，又称气阀钢。汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀(2Cr13)马氏体耐热钢马氏体耐热钢过热器过热器铁素体耐热钢铁素体耐热钢含含13%或或17%铬的简单铁素体钢及在其根底上参加铬的简单铁素体钢及在其根底上参加Si、Al等合金元素以提高抗氧化性的铁素体耐热钢。等合金元素以提高抗氧化性的铁素体耐热钢。抗氧化性强，但高温强度低，焊接性能差，脆性大，抗氧化性强，但高温强度低，焊接性能差，脆性大，多用于受力不大的加热锅炉构件。多用于受力不大的加热锅炉构件。高温用钢高温用钢常用钢号有常用钢号有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等。等。过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢铬镍含量铬镍含量18-8及及25-20的简单的简单奥氏体钢及在其根底上参加奥氏体钢及在其根底上参加W、Mo、V、Ti、Nb、Al等等元素，强化奥氏体。元素，强化奥氏体。Cr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理热处理采用固溶处理组织为单相组织为单相A。高温用钢高温用钢常用钢号有常用钢号有0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等。等。主要用于制造工作温度在主要用于制造工作温度在600850的高压锅炉过的高压锅炉过热器、承压反响管、汽轮热器、承压反响管、汽轮机叶片、叶轮、发动机气机叶片、叶轮、发动机气阀等。阀等。奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰50高温用钢选材高温用钢选材 高温用钢高温用钢制氢装置废热锅炉制氢装置废热锅炉混合预热二段混合预热二段 介质和烟气温度高，选用介质和烟气温度高，选用18-818-8型奥氏型奥氏体耐热钢；体耐热钢；原料预热二段和混合预热一段原料预热二段和混合预热一段 温度条件不及混合二温度条件不及混合二段苛刻，选用含段苛刻，选用含CrCr、MoMo、V V等合金元素的低合金耐热等合金元素的低合金耐热钢，如钢，如Cr5MoCr5Mo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15CrMo15CrMo；原料预热一段、省煤段、混合预热一段、水保护段和原料预热一段、省煤段、混合预热一段、水保护段和蒸发段蒸发段 炉管的实际温度不太高，用一般碳钢或低炉管的实际温度不太高，用一般碳钢或低CrCr、MoMo含量的珠光体低合金耐热钢，如含量的珠光体低合金耐热钢，如20R20R，12CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo等。等。51低温用钢低温用钢一般用于一般用于0 0以下温度的材料称为低温材料，金属材料以下温度的材料称为低温材料，金属材料使用低合金钢、镍钢和铬镍奥氏体钢，及钛合金、铝使用低合金钢、镍钢和铬镍奥氏体钢，及钛合金、铝合金等有色金属。合金等有色金属。生产、储存、运输和使用液化天然气、液化石油气、生产、储存、运输和使用液化天然气、液化石油气、液氧、液氢、液氮、液氦、液体二氧化碳等液化气体液氧、液氢、液氮、液氦、液体二氧化碳等液化气体的过程装备及构件，寒冷地区的过程装备及构件。的过程装备及构件，寒冷地区的过程装备及构件。低温下使用的压力容器、管道、设备及其构件脆性断低温下使用的压力容器、管道、设备及其构件脆性断裂时有发生。裂时有发生。高温及低温构件用钢高温及低温构件用钢52低温用钢的工况和特点低温用钢的工况和特点 低温用钢低温用钢低温脆断的特点低温脆断的特点名义应力较低，低于屈服强度或名义应力较低，低于屈服强度或设计应力，也称低应力脆断；设计应力，也称低应力脆断；构件低温脆断之前没有明显的塑构件低温脆断之前没有明显的塑性变形或只有局部的少量塑性变性变形或只有局部的少量塑性变形，有脆性断口特征；形，有脆性断口特征；裂纹扩展速度快；裂纹扩展速度快；原有韧性较低，低温缺口敏感性原有韧性较低，低温缺口敏感性和韧性更差。和韧性更差。53低温用钢的力学性能要求低温用钢的力学性能要求 低温用钢低温用钢屈强比屈强比 比值愈接近比值愈接近1 1，变脆的可能性愈大，变脆的可能性愈大低温冲击韧性及韧脆转变温度低温冲击韧性及韧脆转变温度影响低温韧性的因素影响低温韧性的因素晶体结构晶体结构化学成分化学成分 形成铁素体的元素会降低韧性，影响明显形成铁素体的元素会降低韧性，影响明显的元素有碳、锰、镍、硅、铝和微量有害元素。的元素有碳、锰、镍、硅、铝和微量有害元素。晶粒尺寸晶粒尺寸热处理与显微组织热处理与显微组织缺口效应和应力集中缺口效应和应力集中其他影响因素其他影响因素 钢板厚度、加工硬化、焊接缺陷及剩钢板厚度、加工硬化、焊接缺陷及剩余应力、加载速度、温度变化、介质化学作用。余应力、加载速度、温度变化、介质化学作用。54低合金低温用钢低合金低温用钢 低温用钢低温用钢以以MnMn作为主加元素，改善钢的低温韧性作为主加元素，改善钢的低温韧性16Mn16Mn常用一般低合金钢，常用一般低合金钢，-40-40使用的钢板使用的钢板16MnDR16MnDR硫、磷等杂质含量比硫、磷等杂质含量比16MnR16MnR低低09Mn2V09Mn2V正火组织是细小的铁素体和少量珠光体，塑性良好，正火组织是细小的铁素体和少量珠光体，塑性良好，结构工艺性与低碳钢相近。结构工艺性与低碳钢相近。-70-70低温下使用的钢板低温下使用的钢板09Mn2VDR09Mn2VDR，钢管及锻钢，钢管及锻钢09Mn2VD09Mn2VD有良好的低温韧性。有良好的低温韧性。55镍钢镍钢 低温用钢低温用钢低温用镍钢中镍的含量常有低温用镍钢中镍的含量常有2.25%2.25%、3.5%3.5%和和9.0%9.0%。2.25%Ni2.25%Ni-60-60时使用的最经济的镍钢，正火组织是珠光体时使用的最经济的镍钢，正火组织是珠光体+铁铁素体组织，珠光体数量有所增加，晶粒较细。素体组织，珠光体数量有所增加，晶粒较细。3.5%Ni3.5%Ni-100-100时使用的标准钢种，常作低温热交换器的钢管，时使用的标准钢种，常作低温热交换器的钢管，正火后进行高温回火，消除内应力。正火后进行高温回火，消除内应力。9.0%Ni9.0%Ni-200-200低温下使用，正火组织是马氏体低温下使用，正火组织是马氏体+贝氏体，回贝氏体，回火过程中有奥氏体出现。奥氏体碳含量高，低温下稳火过程中有奥氏体出现。奥氏体碳含量高，低温下稳定而不易发生相变。定而不易发生相变。56高锰奥氏体钢高锰奥氏体钢 低温用钢低温用钢降低高锰钢中的碳含量；增加锰的含量和参加其他奥降低高锰钢中的碳含量；增加锰的含量和参加其他奥氏体形成元素（如铝、氮、铜等），保证获得奥氏体氏体形成元素（如铝、氮、铜等），保证获得奥氏体并使奥氏体在低温下稳定；参加强化元素使奥氏体固并使奥氏体在低温下稳定；参加强化元素使奥氏体固溶强化，并使晶粒细化。溶强化，并使晶粒细化。用得较多的是用得较多的是20Mn23Al20Mn23Al和和15Mn26Al415Mn26Al4，分别在，分别在-196196和和-253-253下使用，加工工艺性与下使用，加工工艺性与18-818-8型奥氏体型奥氏体不锈钢相似。不锈钢相似。57铬镍奥氏体不锈钢铬镍奥氏体不锈钢 低温用钢低温用钢在在-200-200以下使用的低温用钢，常用的有以下使用的低温用钢，常用的有0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9。奥氏体不锈钢在低温下长期使用，会发生奥氏体向马奥氏体不锈钢在低温下长期使用，会发生奥氏体向马氏体的转变，使塑性和韧性有所降低。但有资料说明，氏体的转变，使塑性和韧性有所降低。但有资料说明，即使出现大量的相变，钢的塑性和韧性仍能保持较高即使出现大量的相变，钢的塑性和韧性仍能保持较高的水平。的水平。奥氏体不锈钢还具有在液氢温度（奥氏体不锈钢还具有在液氢温度（-253-253）下阻止应）下阻止应力应力集中部位破裂的特性，在深冷条件下被广泛采力应力集中部位破裂的特性，在深冷条件下被广泛采用。用。腐蚀的工况特点腐蚀的工况特点过程装备往往在腐蚀性介质中工作，过程装备往往在腐蚀性介质中工作，因为腐蚀或者腐蚀和其他力学性能、因为腐蚀或者腐蚀和其他力学性能、结构等因素共同作用引起失效。结构等因素共同作用引起失效。化工生产中的腐蚀危害居行业之首化工生产中的腐蚀危害居行业之首腐蚀的经济损失最大腐蚀的经济损失最大最易发生突发的恶性事故最易发生突发的恶性事故造成的环境污染最严峻造成的环境污染最严峻阻碍新工艺新技术实现的概率最大阻碍新工艺新技术实现的概率最大消耗人类的资源最多消耗人类的资源最多 耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢合金元素对金属耐蚀性的影响合金元素对金属耐蚀性的影响Cr：是提高耐蚀性的主要元素，是：是提高耐蚀性的主要元素，是热力学上不稳定，但易钝化的金属。热力学上不稳定，但易钝化的金属。钝化环境（氧化性适中）有效。钝化环境（氧化性适中）有效。形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜.Cr含量大于含量大于13%时，形成单相时，形成单相铁素体组织。铁素体组织。提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8规律规律)Ni：电极电位较铁正、钝化。：电极电位较铁正、钝化。和和Cr同时参加，扩大奥氏体相区，同时参加，扩大奥氏体相区，加工性和焊接性能好。加工性和焊接性能好。耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢Mo：钝化、增加合金抗复原性介：钝化、增加合金抗复原性介质、氯离子腐蚀及耐点蚀能力。质、氯离子腐蚀及耐点蚀能力。Fe-Cr-Ni合金，足够的合金，足够的Cr含量及同含量及同时参加时参加Mo，改善耐点蚀性能。，改善耐点蚀性能。Si：添加到不锈钢、低合金钢、铸：添加到不锈钢、低合金钢、铸钢等合金中，提高耐蚀性，耐氯化钢等合金中，提高耐蚀性，耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等。硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等。Si和和Mo同时参加到同时参加到Cr-Ni不锈钢中，不锈钢中，提高抗应力腐蚀及点蚀性能。提高抗应力腐蚀及点蚀性能。大气及在海水飞溅带的耐蚀性。大气及在海水飞溅带的耐蚀性。合金元素对金属耐蚀性的影响合金元素对金属耐蚀性的影响Cu：含：含0.10.2%Cu的碳钢产生良的碳钢产生良好的耐大气腐蚀的性能。好的耐大气腐蚀的性能。添加添加Cu的不锈钢具有良好的耐硫的不锈钢具有良好的耐硫酸腐蚀性能。酸腐蚀性能。提高不锈钢在海水中的缝隙腐蚀。提高不锈钢在海水中的缝隙腐蚀。Ti和和Nb：提高不锈钢抗晶间腐蚀。：提高不锈钢抗晶间腐蚀。N：提高奥氏体不锈钢在氯化物环：提高奥氏体不锈钢在氯化物环境中耐点蚀和缝隙腐蚀性能。境中耐点蚀和缝隙腐蚀性能。以钢中存在以钢中存在Cr、Mo为前提。为前提。双相不锈钢中有利于两相操作。双相不锈钢中有利于两相操作。在酸中一般耐蚀性提高。在酸中一般耐蚀性提高。合金元素对金属耐蚀性的影响合金元素对金属耐蚀性的影响杂质对钢铁耐蚀性的影响杂质对钢铁耐蚀性的影响C：碳高，则降低耐蚀性。：碳高，则降低耐蚀性。马氏体不锈钢中马氏体不锈钢中0.2%，沉淀硬，沉淀硬化不锈钢中化不锈钢中0.1%，马氏体时效，马氏体时效钢中钢中0.03%，才能保持耐蚀性。，才能保持耐蚀性。增加奥氏体不锈钢的点蚀倾向，增加奥氏体不锈钢的点蚀倾向，铁素体不锈钢的晶间腐蚀和晶间铁素体不锈钢的晶间腐蚀和晶间应力腐蚀敏感性。应力腐蚀敏感性。低碳、超低碳以及超纯不锈钢，低碳、超低碳以及超纯不锈钢，碳质量降至碳质量降至0.03%或或0.02%，C+N的质量分数降至的质量分数降至0.015%。耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢N使铁素体不锈钢对晶间腐蚀敏感。使铁素体不锈钢对晶间腐蚀敏感。对点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀也有害对点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀也有害P降低奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性降低奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性.对低碳、超低碳不锈钢晶间腐蚀有害。对低碳、超低碳不锈钢晶间腐蚀有害。Si0.81.0%范围内，降低钢耐硝酸腐蚀范围内，降低钢耐硝酸腐蚀性，增加晶间腐蚀敏感性。性，增加晶间腐蚀敏感性。高高Si不锈钢中含量不锈钢中含量4%6%。杂质对钢铁耐蚀性的影响杂质对钢铁耐蚀性的影响S硫化物易溶于酸性氯化物溶液，使钢硫化物易溶于酸性氯化物溶液，使钢对点腐蚀、缝隙腐蚀敏感。对点腐蚀、缝隙腐蚀敏感。Mn、S比值低时，耐点蚀比值低时，耐点蚀Mn硫化锰降低耐蚀性硫化锰降低耐蚀性.降低降低S含量，耐点蚀性能提高。含量，耐点蚀性能提高。作为合金元素，加作为合金元素，加3%Mn，对钢的耐，对钢的耐蚀性影响不大。蚀性影响不大。杂质对钢铁耐蚀性的影响杂质对钢铁耐蚀性的影响碳钢的耐蚀性碳钢的耐蚀性碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、土壤中都不耐腐蚀，需采取保护。土壤中都不耐腐蚀，需采取保护。在室温的碱或碱性溶液中耐蚀。在室温的碱或碱性溶液中耐蚀。盐酸、硫酸、硝酸中与浓度有关。盐酸、硫酸、硝酸中与浓度有关。温度升高、腐蚀加快。温度升高、腐蚀加快。化学成分的影响化学成分的影响碳、磷、硫；锰、硅。碳、磷、硫；锰、硅。组织的影响组织的影响珠光体、索氏体、屈氏体、马氏体珠光体、索氏体、屈氏体、马氏体 耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢耐大气腐蚀的低合金钢耐大气腐蚀的低合金钢合金元素的作用主要是改变锈层的晶体结构及降低缺合金元素的作用主要是改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密度和对钢的附着力。陷，提高锈层的致密度和对钢的附着力。Cu、P、Cr、Ni，在钢外表富集并形成非晶态层。，在钢外表富集并形成非晶态层。Cu是最有效的元素，阳极钝化学说及外表富集学说。是最有效的元素，阳极钝化学说及外表富集学说。P、Cr一般与其他元素配合，一般与其他元素配合，Ni含量较多时有效。含量较多时有效。稀土元素可以提上下合金钢的耐大气腐蚀性能。稀土元素可以提上下合金钢的耐大气腐蚀性能。碳钢的耐蚀性碳钢的耐蚀性抗氢、氮、氨腐蚀用低合金钢抗氢、氮、氨腐蚀用低合金钢氢腐蚀与氮脆氢腐蚀与氮脆低合金钢耐氢、氮、氨腐蚀的机理低合金钢耐氢、氮、氨腐蚀的机理n抗氢腐蚀：降低钢的含碳量；参加碳化物形成元素抗氢腐蚀：降低钢的含碳量；参加碳化物形成元素n抗氮化：参加氮化物形成元素抗氮化：参加氮化物形成元素用钢用钢n使用温度在使用温度在220以下，可以不考虑氢腐蚀与氮化问题，以下，可以不考虑氢腐蚀与氮化问题，用碳素钢或一般的高强度低合金钢。用碳素钢或一般的高强度低合金钢。n在在350以下，考虑氢腐蚀，用低铬、钼抗氢钢。以下，考虑氢腐蚀，用低铬、钼抗氢钢。n350以上，同时考虑，用钛、钒、铌及较高铬、钼。以上，同时考虑，用钛、钒、铌及较高铬、钼。耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢耐湿耐湿H2S开裂用低合金钢开裂用低合金钢硫化氢应力腐蚀，氢脆断裂硫化氢应力腐蚀，氢脆断裂氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂、应力导向氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂、应力导向氢致开裂氢致开裂n组织耐开裂性能递减：铁素体组织耐开裂性能递减：铁素体+均匀分布细微球状碳化均匀分布细微球状碳化物组织物组织完全淬火完全淬火+回火组织回火组织正火正火+回火组织回火组织正火正火组织组织网状未回火的马氏体组织网状未回火的马氏体组织n化学成分中影响最重要的是钢材的纯洁度化学成分中影响最重要的是钢材的纯洁度n添加铌、钛、钒、铝、硼和稀土元素较为有效，铬、添加铌、钛、钒、铝、硼和稀土元素较为有效，铬、钼同时参加效果较好。钼同时参加效果较好。耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢耐蚀高合金钢耐蚀高合金钢 耐腐蚀构件用钢耐腐蚀构件用钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢主要是主要是Cr13型不锈钢，型不锈钢，碳量超过碳量超过0.1%，钢号为，钢号为1Cr134Cr13随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降.1Cr13、2Cr13热处理热处理:淬火淬火+高温回火高温回火使用状态下的组织使用状态下的组织:S回回不锈钢棒不锈钢棒1Cr13、2Cr13具有具有耐大气耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀能力及良好的综合能力及