压力容器培训讲义_之_压力管道用钢.ppt

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1、压力管道材料华东理工大学化工机械研究所施哲雄钢材的组成与组织——钢的主要元素钢材的化学元素按照它的作用可以分为基本元素FeC残留元素MnSiSPONH…添加元素MnSiCrNiMoTi…钢材的组成与组织——基本元素铁元素碳元素铁是一种金属元素，是构成钢的基础。铁加上其它金属或非金属元素，经过熔炼，获得具有各种性能的合金碳是构成钢的一种非金属基本元素。常用碳钢是含碳量在0.02%～2.06%的铁碳合金。含碳量小于0.02％的，一般称为纯铁，而含碳量高于2.06％的铁碳合金则为铸铁。钢材的组成与组织——残留元素钢中的残留元素是在它的冶炼过程中残留下来的。残留

2、元素除锰、硅，硫、磷以外，还有微量的氧、氮、氢等元素。有利元素，它的存在可以提高钢的品质或改善钢的某些性能，如锰、硅等，因此冶炼时应保证其有一定的含量。有害元素，如氧、氢、磷、硫等，所以应尽量清除或严格限制其含量。但有些有害元素也有某些有利之处，因而在作为某种专门用途的钢中，仍应保留适当的含量。例如碳钢中的硫，具有改善钢材切削加工性能的作用，所以在易切削钢中常有意适当提高其含硫量。钢材的组成与组织——添加元素添加元素是为了获得或者是改善钢的某种特性而在炼钢过程中有意加入的元素。添加元素的种类很多，常见的有锰、硅、铬、镍、钼、钛、铌、硼等。钢中添加哪些元素

3、及添加元素的含量应根据每种钢的专门用途确定。例如在中强度钢中主要加入锰、钼和少量的钒、铌、硼等；而在高强度钢中则加入较多的铬、锰、钼或镍等。钢材的组成与组织——钢的构造(a)固溶体固溶体是指在固态时由相互溶解的两种或两种以上的元素构成的单一均相物。如钢中的碳原子可以溶解于铁中而形成固溶体。(b)化合物化合物是指两种或两种以上的元素按一定比例化合而成的一种复合体,具有与组成元素完全不同的结构与性能。钢中的碳常与铁化合成碳化铁。(c)机械混合物机械混合物是由两种或两种以上在固态时既不溶解又不化合的组元所形成的紧密混合物。组元既可以是一种纯元素，也可以是固溶体

4、或化合物。在机械混合物中，各组元保持原来的结晶构造的性能。合金元素在钢中的存在形式(一）(a)与钢中的碳化合成碳化物合金元素中有些可以形成碳化物，称为碳化物形成元素，如锰、铬、钼、钨、钒、铌、钛、钽、锆等。其中钒、铌、钛与碳的结合力最强，是强碳化物形成元素；铬、钼、钨等次之，称中强碳化物形成元素；锰等则属于弱碳化物形成元素。合金元素在钢中的存在形式(二）(b)溶解于铁素体(或奥氏体)中形成固溶体合金元素中有些是不形成碳化物的，包括镍、硅、铝、钴、铜等，称之为非碳化物形成元素。非碳化物形成元素几乎全部溶解于铁素体(或奥氏体)中，以固溶体的形式存在于钢中。钢

5、中的碳化物形成元素，除了形成碳化物外，也有一部分溶解于铁素体(或奥氏体)中，它们在固溶体或碳化物中分布的比例，则取决于该元素与碳的结合力的强弱。弱碳化合物形成元素，如锰，一般在固溶体的数量较多；强碳化合物形成元素，如钒、铌、钛等，则只有很少一部分溶解于铁素体(或奥氏体)中。合金元素在钢中的存在形式(三）与钢中的氮、氧、硫等化合，生成氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物。一般合金元素在钢中都能或多或少形成氧化物、硫化物及硫酸盐等。这些都以非金属夹杂物的形式存在于钢中。钒、铌、钛、铝等元素能与钢中的氮形成氮化物，而且一般都与其碳化物互溶而存在于钢中。

6、铁碳合金状态图铁碳合金是工业上应用最广泛的材料。不同成分(含碳量)的铁碳合金在不同的温度下具有不同的组织和性能。将各种成分的铁碳合金加热到液体状态后，以极其缓慢的速度冷却，根据冷却时合金的组织转变情况与对照温度绘制成图，称为铁碳合金状态图或铁碳合金平衡图。铁碳合金状态图碳钢组织的基本组成(a)铁素体铁素体是碳溶解于α铁中所形成的固溶体。纯铁在910℃以下呈体心立方晶格，碳原子嵌入体心立方晶格的空隙中即成为铁素体(b)奥氏体奥氏体是碳溶解于γ铁形成的固溶体。纯铁在910～1390℃时呈面心立方晶格，称为γ铁。碳在γ铁中的溶解较大。因为γ铁是高温组织，当合金

7、缓慢冷却到低于723℃时，奥氏体就不可能存在。(c)渗碳体渗碳体是铁和碳形成的化合物。碳钢中的碳除了极微量的溶解于铁素体中以外，绝大部分都与铁形成化合物Fe3C。所以含碳量越高的碳钢，渗碳体的量也越多。(d)珠光体珠光体是由铁素体和渗碳体所形成的机械混合物。在珠光体中，铁素体与渗碳体呈片状分布，紧密结合。在碳钢中的珠光体，平均含碳量约为0.8％。碳钢的含碳量小于0.8％时，其组织即为铁素体和珠光体。珠光体的量随着含碳量的增加而增加。当钢中的含碳量达到O.8%时，其组织即全部是珠光体。常用钢材的分类及其特性碳钢碳钢是指只含碳、铁两种基本元素和少量的残留元素

8、（如硅、锰、硫、磷等）的铁碳合金，一般没有添加元素。合金钢合金钢是指除铁、碳基本