电站锅炉金属材料基础知识.ppt

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1、电站锅炉金属材料基础知识电站锅炉金属材料基础知识金属学基本概念 金属学就是研究金属和合金的性能与它们内部结金属学就是研究金属和合金的性能与它们内部结构之间的关系，以及影响金属与合金组织和性能构之间的关系，以及影响金属与合金组织和性能的因素的一门科学。的因素的一门科学。第一章第一章第一章第一章 金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构1.1.晶体定义：晶体定义：晶体定义：晶体定义：内部原子呈规则排列的物质称为晶体，原子的排列方式称为晶体结内部原子呈规则排列的物质称为晶体，原子的排列方式称为晶体结构。构。2.2.晶格与晶胞晶格与晶胞晶格与晶胞晶格与晶胞 n n金属中的原子堆垛：为便

2、于表述晶体内原子的排列规律，我们把原金属中的原子堆垛：为便于表述晶体内原子的排列规律，我们把原子看成刚性小球，金属晶体就是由这些刚性小球堆垛而成的子看成刚性小球，金属晶体就是由这些刚性小球堆垛而成的n n晶格：把原子看成一个结点，然后用假想的线条将这些结点连晶格：把原子看成一个结点，然后用假想的线条将这些结点连 结结起来，便构成了一个有规律性的空间格架称晶格起来，便构成了一个有规律性的空间格架称晶格n n晶胞：晶格中能完全反映晶格特征的最小几何单元称晶胞。晶胞中晶胞：晶格中能完全反映晶格特征的最小几何单元称晶胞。晶胞中各棱边的长度各棱边的长度a a、b b、c c称为晶格常数。由于晶体中原子重

3、复排列的称为晶格常数。由于晶体中原子重复排列的规律性，因此晶胞可以表示晶格中原子排列的特征。规律性，因此晶胞可以表示晶格中原子排列的特征。3.3.常见金属晶格类型常见金属晶格类型常见金属晶格类型常见金属晶格类型 体心立方晶格体心立方晶格(如如 铁铁)、面心立方晶格、面心立方晶格(如如 铁铁)、密排六方晶格，如下图所示。、密排六方晶格，如下图所示。1)1)体心立方晶格：体心立方晶格：如图所示，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八如图所示，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和立方体的中心各有一个原子。具有体心立方晶格的金个顶角和立方体的中心各有一个原子。具有体心立方晶格的金属有

4、：属有：-Fe-Fe（温度低于（温度低于912912的铁）、铬（的铁）、铬（CrCr）、钨（）、钨（WW）、钼）、钼（MoMo）、钒（）、钒（V V）、）、-TiTi（温度在（温度在88316688831668的钛）等。的钛）等。2)2)面心立方晶格：如图所示，面心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体面心立方晶格：如图所示，面心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于面心立方的金属有：的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于面心立方的金属有：-FeFe（温度在（温度在91213949121394的铁）、铝（的铁）、铝（AlAl）、铜（）、铜（CuCu）、银（

5、）、银（AgAg）、金）、金（AuAu）、镍（）、镍（NiNi）等。）等。3)3)密排六方晶格：密排六方晶格：如图所示，密排六方晶格的晶胞是一个上下底面为正六如图所示，密排六方晶格的晶胞是一个上下底面为正六边形的六柱体，在六柱体的十二个顶角和上、下底面的中心各有一个原边形的六柱体，在六柱体的十二个顶角和上、下底面的中心各有一个原子，六柱体的中间还有三个原子。具有密排六方晶格的金属有：镁子，六柱体的中间还有三个原子。具有密排六方晶格的金属有：镁（MgMg）、锌（）、锌（ZnZn）、）、-Ti-Ti（温度低于（温度低于883883的钛）、镉（的钛）、镉（CdCd）、铍）、铍（BeBe）等。）等。4

6、.4.晶格致密度晶格致密度 从原子堆垛可看出，上述三种晶格中原子排列的紧密程度不一样，从原子堆垛可看出，上述三种晶格中原子排列的紧密程度不一样，面心立方和密排六方晶格中的原子排列较紧密，经计算，晶格中面心立方和密排六方晶格中的原子排列较紧密，经计算，晶格中有有74%74%的空间被原子所占据，即这两种晶格的致密度均为，其余的空间被原子所占据，即这两种晶格的致密度均为，其余为晶格间隙；而体心立方晶格的原煤子排列较松散，其致密度为。为晶格间隙；而体心立方晶格的原煤子排列较松散，其致密度为。5.5.实际金属晶体结构实际金属晶体结构 晶体缺陷：在实际金属晶体中，存在原子不规则排列的局部区域，晶体缺陷：在

7、实际金属晶体中，存在原子不规则排列的局部区域，这些区域称为晶体缺陷。按缺陷的几何形态，晶体缺陷分为点缺这些区域称为晶体缺陷。按缺陷的几何形态，晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。三种晶体缺陷都会造成晶格畸变，使陷、线缺陷和面缺陷三种。三种晶体缺陷都会造成晶格畸变，使变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度。变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度。1)1)点缺陷（空位、间隙原子）：点缺陷（空位、间隙原子）：晶格中某个原子脱离了平衡位晶格中某个原子脱离了平衡位 置，形成空结点，称为空位；某置，形成空结点，称为空位；某个晶格间隙挤进了原子，称为间隙原子。个晶格间隙挤进了原子，称为间隙原子。空位与间

8、隙原子周围的晶格偏离了理想晶格，即发生了空位与间隙原子周围的晶格偏离了理想晶格，即发生了“晶晶格畸变格畸变”，点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，点缺陷是，点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，点缺陷是动态变化着的，它是造成金属中物质扩散的原因。动态变化着的，它是造成金属中物质扩散的原因。2)2)线缺陷（刃型位错、螺型位错）：线缺陷（刃型位错、螺型位错）：它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。晶它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。晶体中最普通的线缺陷就是位错体中最普通的线缺陷就是位错.(.(晶体在结晶时受到杂质晶体在结晶时受到杂质温度变化或温度变化或

9、振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击切削切削研磨等机械应力研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形，原子行间相互滑移，而不再符合的作用，使晶体内部质点排列变形，原子行间相互滑移，而不再符合理想晶体的有秩序的排列，由此形成的缺陷称位错理想晶体的有秩序的排列，由此形成的缺陷称位错.).)这种错排现象是晶体内部局部滑移造成的，根据局部滑移的方式不同，这种错排现象是晶体内部局部滑移造成的，根据局部滑移的方式不同，可以分别形成螺型位错和刃型位错。在位错周围，由于原子的错排使可以分别形成螺型位错和刃型位错。在位错周围，由于原子的错排使晶格发生了畸变，使金属的强度

10、提高，但塑性和韧性下降。实际晶体晶格发生了畸变，使金属的强度提高，但塑性和韧性下降。实际晶体中往往含有大量位错，生产中还可通过冷变形后使金属位错增多，能中往往含有大量位错，生产中还可通过冷变形后使金属位错增多，能有效地提高金属强度。有效地提高金属强度。螺型位错 刃型位错 3)3)面缺陷（晶界、亚晶界）面缺陷（晶界、亚晶界）：面缺陷包括晶界和亚晶界。晶界是晶粒与晶粒之间的界面，另外，晶粒面缺陷包括晶界和亚晶界。晶界是晶粒与晶粒之间的界面，另外，晶粒内部也不是理想晶体，而是由位向差很小的称为嵌镶块的小块所组成，内部也不是理想晶体，而是由位向差很小的称为嵌镶块的小块所组成，称为亚晶粒，亚晶粒的交界称

11、为亚晶界。称为亚晶粒，亚晶粒的交界称为亚晶界。晶界处的原子需要同时适应相邻两个晶粒的位向，就晶界处的原子需要同时适应相邻两个晶粒的位向，就必须从一种晶粒位向逐步过渡到另一种晶粒位向，成必须从一种晶粒位向逐步过渡到另一种晶粒位向，成为不同晶粒之间的过渡层，因而晶界上的原子多处于为不同晶粒之间的过渡层，因而晶界上的原子多处于无规则状态或两种晶粒位向的折衷位置上。晶粒之间无规则状态或两种晶粒位向的折衷位置上。晶粒之间位向差较大（大于位向差较大（大于10101515）的晶界，称为大角度晶）的晶界，称为大角度晶界；亚晶粒之间位向差较小。亚晶界是小角度晶界。界；亚晶粒之间位向差较小。亚晶界是小角度晶界。面

12、缺陷同样使晶格产生畸变，能提高金属材料的强度。面缺陷同样使晶格产生畸变，能提高金属材料的强度。细化晶粒可增加晶界的数量，是强化金属的有效手段，细化晶粒可增加晶界的数量，是强化金属的有效手段，同时，细晶粒的金属塑性和韧性也得到改善同时，细晶粒的金属塑性和韧性也得到改善 4.4.金属的结晶金属的结晶 金属材料在冶炼过程中是由高温的液态金属冷却转变为固态金属的结晶过程，结金属材料在冶炼过程中是由高温的液态金属冷却转变为固态金属的结晶过程，结晶总是从晶核开始（晶核通常是依附于液态金属中固态微粒杂质而形成），液体晶总是从晶核开始（晶核通常是依附于液态金属中固态微粒杂质而形成），液体中原子不断向晶核聚集，

13、使晶核长大，直至所有的晶粒长大到互相接触，结晶即中原子不断向晶核聚集，使晶核长大，直至所有的晶粒长大到互相接触，结晶即告结束。实际晶体的原子排列并非完美无缺，在排列中常常会出现空位、间隙原告结束。实际晶体的原子排列并非完美无缺，在排列中常常会出现空位、间隙原子、置代原子、位错等微观缺陷。晶格缺陷会使材料的物理、化学性能发生改变，子、置代原子、位错等微观缺陷。晶格缺陷会使材料的物理、化学性能发生改变，例如空位、间隙原子、置代原子的存在引起周围晶格畸变，导致金属材料屈服强例如空位、间隙原子、置代原子的存在引起周围晶格畸变，导致金属材料屈服强度和抗拉强度增高，而位错的存在则会材料容易塑性变形，强度降

14、低。度和抗拉强度增高，而位错的存在则会材料容易塑性变形，强度降低。5.5.钢中晶界的重要特性钢中晶界的重要特性:n n晶界比晶粒容易被腐蚀；晶界比晶粒容易被腐蚀；n n晶界的熔点比晶粒低；晶界的熔点比晶粒低；n n当金属内部发生相变时，晶界是优先成核的部位；当金属内部发生相变时，晶界是优先成核的部位；n n原子在晶界上扩散比晶粒内快；原子在晶界上扩散比晶粒内快；n n晶界对晶粒的滑移变形起阻碍作用，晶界不易产生塑性变形；晶界对晶粒的滑移变形起阻碍作用，晶界不易产生塑性变形；n n晶界处容易聚集与晶粒元素不同的其他杂质元素的原子。晶界处容易聚集与晶粒元素不同的其他杂质元素的原子。第二章第二章 铁

15、碳平衡相图铁碳平衡相图1.1.纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变n n固态金属随温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异构转变。固态金属随温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异构转变。n n纯铁在纯铁在15381538结晶后，具有体心立方晶格，称为结晶后，具有体心立方晶格，称为 铁；当冷却至铁；当冷却至1394 1394 时发生同素异构转变，由体心立方转为面心立方的时发生同素异构转变，由体心立方转为面心立方的 铁；继续冷却至铁；继续冷却至912 912 时，再次发生素异构转变，由面心立方转为体心立方晶格的时，再次发生素异构转变，由面心立方转为体心立方晶格的 铁。铁。n n同素异构转变是纯铁

16、的一个重要特性同素异构转变是纯铁的一个重要特性,铁基材料之所以能通过热处理显著铁基材料之所以能通过热处理显著改变其性能，就是由于铁具有同素异构转变的特性。改变其性能，就是由于铁具有同素异构转变的特性。2.2.铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织定义：定义：通常把钢和铸铁统称为铁碳合金，一般把碳含量的称为钢，含碳通常把钢和铸铁统称为铁碳合金，一般把碳含量的称为钢，含碳量大于的称为铸铁。锅炉压力容器压力管道用钢含碳量一般低于量大于的称为铸铁。锅炉压力容器压力管道用钢含碳量一般低于0.350.35。基本组织形式基本组织形式n n铁素体铁素体：碳和其它合金元素在：碳和其它合金元素在 铁中的固溶体称为铁

17、素体。以铁中的固溶体称为铁素体。以F F表示。由表示。由于于 铁为体心立方晶格，原子间隙较小，所以溶碳铁为体心立方晶格，原子间隙较小，所以溶碳 能力很小，室温下几能力很小，室温下几乎为零。乎为零。铁素体的性能与纯铁接近，铁素体的性能与纯铁接近，强度、硬度很低，而塑性和韧性较强度、硬度很低，而塑性和韧性较好。好。n n渗碳体渗碳体：渗碳体是铁和碳的金属化合物，或以化合物为基体的固溶体，：渗碳体是铁和碳的金属化合物，或以化合物为基体的固溶体，以以Fe3CFe3C表示。表示。n n奥氏体奥氏体：奥氏体是碳和其它元素在：奥氏体是碳和其它元素在 铁（面心立方晶格）中的固溶体，以铁（面心立方晶格）中的固溶

18、体，以A A表示。由于表示。由于 铁为面心立方晶格，铁为面心立方晶格，溶碳能力较强。奥氏体的强度、硬度溶碳能力较强。奥氏体的强度、硬度比铁素体较高，塑性、韧性良好，无磁性。比铁素体较高，塑性、韧性良好，无磁性。n n珠光体珠光体珠光体珠光体：珠光体是铁素体薄层（片）和碳化物（包括渗碳体）以：珠光体是铁素体薄层（片）和碳化物（包括渗碳体）以彼此相间彼此相间 片层状排列的机械混合物，以片层状排列的机械混合物，以P P表示。表示。n n索氏体索氏体索氏体索氏体：索氏体即是片层较细的珠光体，以：索氏体即是片层较细的珠光体，以S S表示。表示。n n屈氏体屈氏体屈氏体屈氏体（或托氏体）：屈氏体（或托氏体

19、）即是片层极细的珠光（或托氏体）：屈氏体（或托氏体）即是片层极细的珠光体，以体，以T T表示。表示。n n贝氏体贝氏体贝氏体贝氏体：贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，按照组织形式：贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，按照组织形式和形成温度不同，分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体中铁素体和形成温度不同，分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体中铁素体呈羽毛状，羽毛之间分布有片装和棒状的渗碳体。下贝氏体为针呈羽毛状，羽毛之间分布有片装和棒状的渗碳体。下贝氏体为针状的铁素体上分布有大量的渗碳体。贝氏体中的铁素体含有较多状的铁素体上分布有大量的渗碳体。贝氏体中的铁素体含有较多的（或过饱和的）碳，以的（或过饱和

20、的）碳，以B B表示。表示。n n马氏体马氏体马氏体马氏体：碳在铁素体中的过饱和固溶体，以：碳在铁素体中的过饱和固溶体，以MM表示。可以分为高表示。可以分为高碳马氏体碳马氏体(板条状马氏体）和低碳马氏体（片状马氏体）板条状马氏体）和低碳马氏体（片状马氏体）.n n莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体：莱氏体是一种机械混合物，在高温时由奥氏体和渗碳体：莱氏体是一种机械混合物，在高温时由奥氏体和渗碳体组成，在常温时由奥氏体转变得到的珠光体加渗碳体组成，以组成，在常温时由奥氏体转变得到的珠光体加渗碳体组成，以L L表表示。示。n n石墨石墨石墨石墨：石墨是碳以六方柱状形式的结晶状态。石墨在钢中的可以石墨是碳以六

21、方柱状形式的结晶状态。石墨在钢中的可以以三种形状存在，即片状（花瓣状）、雪花状、球状。其中以片以三种形状存在，即片状（花瓣状）、雪花状、球状。其中以片状对金属的危害最大。状对金属的危害最大。3.3.平衡图相图或状态图平衡图相图或状态图n n 表示合金体系在平衡状态时各相区温度和成分极限的图解。一般表示合金体系在平衡状态时各相区温度和成分极限的图解。一般最常用的平衡图是二元系的平衡图。二元系的平衡图以纵坐标表最常用的平衡图是二元系的平衡图。二元系的平衡图以纵坐标表示温度，横坐标表示合金的成分。知道了合金的成分和温度，就示温度，横坐标表示合金的成分。知道了合金的成分和温度，就可以在平衡图上找到相应

22、的平衡状态下的组织，并可用杠杆定律可以在平衡图上找到相应的平衡状态下的组织，并可用杠杆定律求出两相区相的相对量。从平衡图上也可以知道一定成分的合金求出两相区相的相对量。从平衡图上也可以知道一定成分的合金在冷却过程中相的变化。在冷却过程中相的变化。n n铁碳平衡图是铁和碳的二元系相图。严格来说，铁碳平衡图应当铁碳平衡图是铁和碳的二元系相图。严格来说，铁碳平衡图应当是铁和石墨的平衡图。而我们应用最多的是含碳量以下的富铁是铁和石墨的平衡图。而我们应用最多的是含碳量以下的富铁部分平衡图，而且是铁和化合物部分平衡图，而且是铁和化合物Fe3C Fe3C 的一种平衡图。因此，虽然的一种平衡图。因此，虽然铁碳

23、平衡图有铁碳平衡图有Fe Fe C C和和Fe Fe Fe3CFe3C两种，但实际上都把两种，但实际上都把Fe Fe Fe3CFe3C系的平衡图称为铁碳平衡图。系的平衡图称为铁碳平衡图。n n包晶反应：所谓包晶反应即由一个固相和一个液相反应成为一个包晶反应：所谓包晶反应即由一个固相和一个液相反应成为一个 固相的反应。固相的反应。n n共晶反应：所谓共晶反应即由一个液相反应成两个固相的反应。共晶反应：所谓共晶反应即由一个液相反应成两个固相的反应。n n共析反应：所谓共析反应即由一个固相反应成两个固相的反应。共析反应：所谓共析反应即由一个固相反应成两个固相的反应。n n杠杆定律：当测定各相的相对量

24、时，可先通过已知点做水平线，杠杆定律：当测定各相的相对量时，可先通过已知点做水平线，此水平线在该已知点和决定相成分之间的线段长度与这些相的重此水平线在该已知点和决定相成分之间的线段长度与这些相的重量成反比。量成反比。1)1)上半部分上半部分-共晶转变共晶转变n n在在11481148,4.3%C,4.3%C的液相发生共晶转变的液相发生共晶转变:Lc(AE+Fe3C):Lc(AE+Fe3C)n n转变的产物称为莱氏体转变的产物称为莱氏体,用符号用符号LdLd表示表示.n n存在于存在于11481148727727之间的莱氏体称为高温莱氏体之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号用符号LdLd表示表示,

25、组织由奥氏体和渗碳体组成组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于存在于727727以下的莱氏体称以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号用符号LdLd表示表示,组织由渗碳体和组织由渗碳体和珠光体组成珠光体组成.n n低温莱氏体是由珠光体低温莱氏体是由珠光体,Fe3C,Fe3C和共晶和共晶Fe3CFe3C组成的机械混合物组成的机械混合物.经经4%4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察,其中珠光体呈黑色其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在颗粒状或短棒状分布在Fe3CFe3C基体上基体上,Fe3C,Fe3C和共晶和共晶Fe3CFe3C交织在交织

26、在一起一起,一般无法分辨一般无法分辨.2)2)下半部分下半部分-共析转变共析转变n n在在727727,0.77%,0.77%的奥氏体发生共析转变的奥氏体发生共析转变:n nAS(F+Fe3C),AS(F+Fe3C),转变的产物称为珠光体转变的产物称为珠光体.n n共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不非液体共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不非液体.3).3).相图中的一些特征点相图中的一些特征点 相图中应该掌握的特征点有相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3:A,D,E,C,G(A3点点),S(A1),S(A1点点),),它们的含义一定要搞清楚它们的含义一定要搞清楚.

27、4).4).铁碳相图中的特性线铁碳相图中的特性线相图中的一些线应该掌握的线有相图中的一些线应该掌握的线有:ECF:ECF线线,PSK,PSK线线(A1(A1线线),GS),GS线线(A3(A3线线),ES),ES线线 (ACM(ACM线线)水平线水平线ECFECF为共晶反应线为共晶反应线.碳质量分数在碳质量分数在2.11%2.11%6.69%6.69%之间的铁碳合金之间的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生在平衡结晶过程中均发生 共晶反应共晶反应.5).5).水平线水平线PSKPSK为共析反应线为共析反应线n n碳质量分数为碳质量分数为0.0218%0.0218%6.69%6.69%的铁碳合金的铁

28、碳合金,在平衡结晶过程中均在平衡结晶过程中均发生共发生共 析反应析反应.PSK.PSK线亦称线亦称A1A1线线.n nGSGS线是合金冷却时自线是合金冷却时自A A中开始析出中开始析出F F的临界温度线的临界温度线,通常称通常称A3A3线线.n nESES线是碳在线是碳在A A中的固溶线中的固溶线,通常叫做通常叫做AcmAcm线线.由于在由于在11481148时时A A中溶中溶碳量碳量 最大可最大可 达达2.11%,2.11%,而在而在727727时仅为时仅为0.77%,0.77%,因此碳质量分数因此碳质量分数大于大于0.77%0.77%的铁碳合金自的铁碳合金自11481148冷至冷至7277

29、27的过程中的过程中,将从将从A A中析中析出出Fe3C.Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗碳体析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII).Acm(Fe3CII).Acm线亦为从线亦为从A A中中开始析出开始析出Fe3CIIFe3CII的临界温度线的临界温度线.n nPQPQ线是碳在线是碳在F F中固溶线中固溶线.在在727727时时F F中溶碳量最大可达中溶碳量最大可达0.0218%,0.0218%,室温时仅为室温时仅为0.0008%,0.0008%,因此碳质量分数大于因此碳质量分数大于0.0008%0.0008%的铁碳合金的铁碳合金自自727727冷至室温的过程中冷至室温的过程中,将从将从F

30、 F中析出中析出Fe3C.Fe3C.析出的渗碳体称为析出的渗碳体称为三次渗碳体三次渗碳体(Fe3CIII).PQ(Fe3CIII).PQ线亦为从线亦为从F F中开始析出中开始析出Fe3CIIIFe3CIII的临界温度的临界温度线线.Fe3CIII.Fe3CIII数量极少数量极少,往往予以忽略往往予以忽略.6)6)应用应用 从铁碳合金状态图中可知，含碳量为的铁碳合金只发生共析转变，从铁碳合金状态图中可知，含碳量为的铁碳合金只发生共析转变，其组织是其组织是100100珠光体，称为共析钢。含碳量的铁碳合金称为珠光体，称为共析钢。含碳量的铁碳合金称为过共析钢，其组织是珠光体过共析钢，其组织是珠光体P

31、P渗碳体渗碳体Fe3CFe3C；含碳量的铁碳合；含碳量的铁碳合金称为亚共析钢，其组织是铁素体金称为亚共析钢，其组织是铁素体F F珠光体珠光体P P。组织中铁素体。组织中铁素体F F的的含量越多，表明碳含量越低，则材料的塑性和韧性就越好，但强度含量越多，表明碳含量越低，则材料的塑性和韧性就越好，但强度和硬度就随之降低。和硬度就随之降低。7)7)常用材料的组织结构常用材料的组织结构n n铁素体铁素体+珠光体珠光体 Grade 2,11,12,22Grade 2,11,12,22n n回火贝氏体回火贝氏体马氏体马氏体Grade 23Grade 23n n回火索氏体回火索氏体Grade 91Grade

32、 91n n奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Grade 304,304H,309S,310H Grade 304,304H,309S,310H n n铁素体不锈钢铁素体不锈钢Grade.430Grade.430第三章第三章 钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类分类方法：钢的分类方法有分类方法：钢的分类方法有“按化学成份分类按化学成份分类”和和“按主要质量等级和按主要质量等级和 主要性能及使用特性分类主要性能及使用特性分类”两种。两种。1.1.碳钢的分类碳钢的分类 按含碳量分类：可分为低碳钢，；中碳钢，按含碳量分类：可分为低碳钢，；中碳钢，；高碳钢，；高碳钢，C C；按钢的质量（即按钢的质量（即S S、P

33、P含量）分类：可分为普通碳素钢，；含量）分类：可分为普通碳素钢，；优质碳素钢，；高级优质碳素钢，；优质碳素钢，；高级优质碳素钢，；;按冶炼时脱氧程度分类：可分为沸腾钢；镇静钢；半镇静钢；按冶炼时脱氧程度分类：可分为沸腾钢；镇静钢；半镇静钢；按冶炼方法分类：可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。按炉衬里材按冶炼方法分类：可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。按炉衬里材料又可分酸性和碱性两类。料又可分酸性和碱性两类。2 2 合金钢的分类合金钢的分类 定义：定义：在钢中特意加入了除铁碳以外的其他合金元素（如：锰、铬、镍、钼、在钢中特意加入了除铁碳以外的其他合金元素（如：锰、铬、镍、钼、铜、铝、硅、钨、钒、铌、锆、钴

34、、钛、硼、氮等）以改善钢的性能，铜、铝、硅、钨、钒、铌、锆、钴、钛、硼、氮等）以改善钢的性能，这一类钢称为合金钢。这一类钢称为合金钢。分类分类 A.A.按合金元素加入量分类：可分为低合金钢，合金元素总量按合金元素加入量分类：可分为低合金钢，合金元素总量55；中合；中合金钢，合金元素总量金钢，合金元素总量551010；高合金钢，合金元素总量；高合金钢，合金元素总量1010。B.B.按用途分类：可分为专用于制造各种工程结构和机器零件的钢种，专用按用途分类：可分为专用于制造各种工程结构和机器零件的钢种，专用于制造各种工具的钢种，特殊性能合金钢（具有特殊物理、化学性能的）于制造各种工具的钢种，特殊性能

35、合金钢（具有特殊物理、化学性能的）如：耐酸、耐热和电工钢等。如：耐酸、耐热和电工钢等。C.C.按钢的组织分类：可分为珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢等。按钢的组织分类：可分为珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢等。D.D.按所含主要合金元素分类：可分为铬钢、铬镍钢、锰钢、硅钢等。按所含主要合金元素分类：可分为铬钢、铬镍钢、锰钢、硅钢等。3 3 低碳钢低碳钢 定义：碳含量的碳素钢统称为低碳钢。定义：碳含量的碳素钢统称为低碳钢。低碳钢主要化学成分：碳是碳素钢中的主要合金元素，除了碳以外，还低碳钢主要化学成分：碳是碳素钢中的主要合金元素，除了碳以外，还有少量的锰、硅、硫、磷以及氮、氧、氢等杂

36、质。有少量的锰、硅、硫、磷以及氮、氧、氢等杂质。各种元素对钢的性能的影响：碳含量增加会增加钢的强度，降低塑性和各种元素对钢的性能的影响：碳含量增加会增加钢的强度，降低塑性和韧性，使焊接性能变差，淬硬倾向变大；碳素钢中其他少量元素均属无韧性，使焊接性能变差，淬硬倾向变大；碳素钢中其他少量元素均属无意加入，视为杂质。其中锰意加入，视为杂质。其中锰MnMn若是冶炼中仅作为脱氧去硫加入的，即若是冶炼中仅作为脱氧去硫加入的，即MnMn含量时，对钢的性能影响并不大，当含量时，对钢的性能影响并不大，当MnMn含量时，属为改变性能含量时，属为改变性能有意加入，锰在钢中有增加强度、细化组织、提高韧性的作用；硅有

37、意加入，锰在钢中有增加强度、细化组织、提高韧性的作用；硅SiSi若若是冶炼中仅作为脱氧加入的，即是冶炼中仅作为脱氧加入的，即SiSi含量时，对钢的性能影响并不大，含量时，对钢的性能影响并不大，当当SiSi含量时，属为改变性能有意加入，硅在钢中有增加强度、硬度、含量时，属为改变性能有意加入，硅在钢中有增加强度、硬度、弹性的作用，但会使钢的塑性、韧性降低。硫弹性的作用，但会使钢的塑性、韧性降低。硫S S、磷、磷P P都是由矿石、生铁都是由矿石、生铁或燃料中代入钢中的有害杂质，硫会由于低熔共晶体熔化而导致钢材沿或燃料中代入钢中的有害杂质，硫会由于低熔共晶体熔化而导致钢材沿晶界开裂的晶界开裂的“热脆热

38、脆”现象；少量磷会溶于铁素体中，由于磷原子直径远现象；少量磷会溶于铁素体中，由于磷原子直径远远大于铁原子，从而使铁素体晶格畸变严重致使钢塑性、韧性大大降低，远大于铁原子，从而使铁素体晶格畸变严重致使钢塑性、韧性大大降低，特别是在低温时韧性降低会有更加严重的特别是在低温时韧性降低会有更加严重的“冷脆冷脆”现象；氮在钢中会形现象；氮在钢中会形成气泡和疏松，会使低碳钢出现时效现象，即钢的强度、硬度和塑性，成气泡和疏松，会使低碳钢出现时效现象，即钢的强度、硬度和塑性，特别是冲击韧性在一定的时间内自发改变的现象。含氮高的低碳钢特别特别是冲击韧性在一定的时间内自发改变的现象。含氮高的低碳钢特别不耐腐蚀。氧

39、存在会使钢的强度、塑性降低，热脆现象加重，疲劳强度不耐腐蚀。氧存在会使钢的强度、塑性降低，热脆现象加重，疲劳强度下降。氢会引起钢的氢脆，产生白点等缺陷下降。氢会引起钢的氢脆，产生白点等缺陷.4 4 低合金钢低合金钢 1)1)低合金结构钢低合金结构钢 特点：有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，使用低合金钢特点：有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，使用低合金钢代替碳素结构钢，可在相同承载条件下，使结构重量减轻代替碳素结构钢，可在相同承载条件下，使结构重量减轻20203030。低合金钢中合金元素含量少，价格较低，冷、热成型及焊。低合金钢中合金元素含量少，价格较低，冷、热成型及焊接工艺性能良好，锅炉压

40、力容器制造应用广泛。接工艺性能良好，锅炉压力容器制造应用广泛。锅炉压力容器常用的低合金钢牌号锅炉压力容器常用的低合金钢牌号 锅炉用低合金钢牌号：有锅炉用低合金钢牌号：有SA213-T11,T12,T22SA213-T11,T12,T22等等 2)2)低合金耐热钢低合金耐热钢 要求：应能在中等温度（要求：应能在中等温度（400400600600）时具有良好的耐热性，）时具有良好的耐热性，且所含的合金元素量不多，价格低廉。且所含的合金元素量不多，价格低廉。应用：主要用于制造石油化工压力容器和高压锅炉，如钼钢、应用：主要用于制造石油化工压力容器和高压锅炉，如钼钢、铬钼钢和铬钼钒钢。这类钢在使用时间较

41、长后，会发生影响力学铬钼钢和铬钼钒钢。这类钢在使用时间较长后，会发生影响力学性能的组织结构变化，包括珠光体球化、石墨化、合金化再分配性能的组织结构变化，包括珠光体球化、石墨化、合金化再分配等。等。5 5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 1)1)不锈钢的分类：不锈钢的分类：以铬为主加元素的铁素体不锈钢（以铬为主加元素的铁素体不锈钢（0Cr130Cr13、1Cr171Cr17特）和马氏体不锈钢特）和马氏体不锈钢（1Cr131Cr13、2Cr132Cr13等）；等）；以铬、镍为主加入元素的奥氏体不锈钢（以铬、镍为主加入元素的奥氏体不锈钢（0Cr18Ni90Cr18Ni9、00Cr18Ni1000Cr18N

42、i10等）。等）。2)2)奥氏体不锈钢特点：奥氏体不锈钢特点：奥氏体不锈钢的力学性能与铁素体类相比较，其屈服强度低，但屈服后奥氏体不锈钢的力学性能与铁素体类相比较，其屈服强度低，但屈服后的加工硬化性高，塑性、韧性好，不会发生低温脆性，且有较好的高温的加工硬化性高，塑性、韧性好，不会发生低温脆性，且有较好的高温性能。奥氏体不锈钢在冷加工时，亚稳的奥氏体在塑性变形过程中形成性能。奥氏体不锈钢在冷加工时，亚稳的奥氏体在塑性变形过程中形成马氏体，所以奥氏体不锈钢只能采用冷加工方法进行强化处理。马氏体，所以奥氏体不锈钢只能采用冷加工方法进行强化处理。3)3)奥氏体不锈钢常用牌号及性能：奥氏体不锈钢常用牌

43、号及性能：常用牌号是常用牌号是SA213-TP304/304H/347/347HSA213-TP304/304H/347/347H，具有良好的化学稳定性，在，具有良好的化学稳定性，在氧化性和某些还原性介质中耐蚀性很高，但在敏化状态，存在晶间腐蚀氧化性和某些还原性介质中耐蚀性很高，但在敏化状态，存在晶间腐蚀的敏感性，在高温氯化物溶液中极易发生应力腐蚀开裂。的敏感性，在高温氯化物溶液中极易发生应力腐蚀开裂。第四章第四章 主要钢材的应用主要钢材的应用1.SA106-B:1.SA106-B:该钢有一定的常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳的塑该钢有一定的常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳的塑性和韧性

44、，其冷热成型和焊接性能良好。其主要用于制造高性和韧性，其冷热成型和焊接性能良好。其主要用于制造高压和更高参数的锅炉管件，低温段的过热器、再热器，省煤压和更高参数的锅炉管件，低温段的过热器、再热器，省煤器及水冷壁等；如小口径管做壁温器及水冷壁等；如小口径管做壁温500500的受热面管子、的受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管做壁温以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管做壁温450450的蒸的蒸汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱）汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱），介质温度，介质温度450450的管路附件等。由于碳钢在的管路附件等。由于碳钢在450450

45、以上长以上长期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子的长期最高使用期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子的长期最高使用温度最好限制到温度最好限制到450450以下。该钢在这一温度范围，其强度以下。该钢在这一温度范围，其强度能满足过热器和蒸汽管道的要求、且具有良好的抗氧化性能，能满足过热器和蒸汽管道的要求、且具有良好的抗氧化性能，塑性韧性、焊接性能等冷热加工性能均很好，应用较广。塑性韧性、焊接性能等冷热加工性能均很好，应用较广。2.2.SA-106C SA-106C：是是ASME SA-106ASME SA-106标准中的钢号，是高温用大口径锅炉和过热标准中的钢号，是高温用大口径锅炉和过热器用碳器

46、用碳-锰钢管。其化学成分简单，碳、锰含量较高锰钢管。其化学成分简单，碳、锰含量较高 .该钢的生该钢的生产工艺简单，冷热加工性能好。用于制造集箱（省煤器、水冷产工艺简单，冷热加工性能好。用于制造集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱）。壁、低温过热器和再热器联箱）。3 3.SA-210C.SA-210C（25MnG25MnG）：是是ASME SA-210ASME SA-210标准中的钢号，是锅炉和过热器用碳锰钢小标准中的钢号，是锅炉和过热器用碳锰钢小口径管，珠光体型热强钢。主要用于工作温度低于口径管，珠光体型热强钢。主要用于工作温度低于500500的水的水冷壁、省煤器、低温过热器等部件。冷

47、壁、省煤器、低温过热器等部件。4 4.T22.T22（P22P22）：T22 T22（P22P22）是）是ASME SA213ASME SA213（SA335SA335）规范材料。在）规范材料。在Cr-MoCr-Mo钢钢系列中，它的热强性能比较高，同一温度下的持久强度和许用系列中，它的热强性能比较高，同一温度下的持久强度和许用应力甚至于比应力甚至于比9Cr-1Mo9Cr-1Mo钢还要高，因此其在国外火电、核电和钢还要高，因此其在国外火电、核电和压力容器上都得到广泛的应用。该钢对热处理不敏感，有较高压力容器上都得到广泛的应用。该钢对热处理不敏感，有较高的持久塑性和良好的焊接性能。的持久塑性和良好

48、的焊接性能。T22T22小口径管主要用作为金属小口径管主要用作为金属壁温壁温580580以下的过热器和再热器等受热面管等，以下的过热器和再热器等受热面管等，P22P22大口径管大口径管则主要用于金属壁温在不超过则主要用于金属壁温在不超过565565的过热器的过热器/再热器联箱和主再热器联箱和主蒸汽管道。蒸汽管道。5.SA-213T915.SA-213T91（335P91335P91）：）：是是ASME SA-213ASME SA-213（335335）标准中的钢号。是由美国橡胶岭国家）标准中的钢号。是由美国橡胶岭国家试验室研制开发的、用于核电（也可用于其它方面）高温受压试验室研制开发的、用于核

49、电（也可用于其它方面）高温受压部件的材料，该钢是在部件的材料，该钢是在T9T9（9Cr-1Mo9Cr-1Mo）钢的基础上，在限制碳）钢的基础上，在限制碳含量上下限、更加严格控制含量上下限、更加严格控制P P和和S S等残余元素含量的同时，添加等残余元素含量的同时，添加了微量了微量0.030-0.070%0.030-0.070%的的N N、以及微量的强碳化物形成元素、以及微量的强碳化物形成元素0.18-0.18-0.25%0.25%的的V V和和0.06-0.10%0.06-0.10%的的NbNb，以达到细化晶粒要求，从而形，以达到细化晶粒要求，从而形成的新型铁素体型耐热合金钢；成的新型铁素体型

50、耐热合金钢；因其含铬量（因其含铬量（9%9%）较高，其）较高，其抗氧化、抗腐蚀性能、高温强度及非石墨化倾向均优于低合金抗氧化、抗腐蚀性能、高温强度及非石墨化倾向均优于低合金钢，元素钼（钢，元素钼（1%1%）主要提高高温强度，并抑制铬钢的热脆倾）主要提高高温强度，并抑制铬钢的热脆倾向；与向；与T9T9相比，改善了焊接性能和热疲劳性能、其在相比，改善了焊接性能和热疲劳性能、其在600600的的持久强度是后者的三倍，且保持了持久强度是后者的三倍，且保持了T9T9（9Cr-1Mo9Cr-1Mo）钢的优良的）钢的优良的抗高温腐蚀性能；与奥氏体不锈钢相比，膨胀系数小、热传导抗高温腐蚀性能；与奥氏体不锈钢相