第一篇第一章材料基本知识3级2014年7月版

任任《《承压类特种设备无损检测相关知识--无损检测Ⅲ 综合闭卷基本知识30谢常市特种设备安全检 副总工程 化工机承压高级检验师（首批 锅炉压力容器无损检测考 考 （2001年会 省锅炉压力容器无损检 （2000年主编在2011年/2012年特种设备无损检测3 资格复专题三“特种设备无损检测仪器设备校准与核查要求的探讨”任特种设备无损检测机构核准鉴定中国合格评定中国合格评定认可认认可委检查机评审员（ISO评审员（ISO核准认证认可三合一体08年远 二等今金属组织与热处理状态对无损检方法的选择及检测工艺设计的影8明8《承《承压类特种设备无损检测相关知识--无损检测Ⅲ 综合闭卷基本知识30第一章金属材料及热处理30《承压《承压类特种设备无损检测相关知识--无损检--无损检测Ⅲ综合开单项选择题(1.5分x60题=90分)+计算选择题(2分x5题=10分 100专业知识（70分单项选择题(1.5分x30题=45分)+综合应用题(55分 100关于无损检测（9分）锅规、容规、GB150、GB12337、GB50094管规、GB50235、JB4730标准（36分综合应 （55分考规第考规第23第第一篇金属材料、热处理及焊接基本知知识第1投入运行的加氢反应年产1000万吨炼油4第第1篇金属材料、热处理及焊接基本知通常所指的金属材料的性能1知识第1能（强度、硬度、塑性、韧性等）、物理性能（密度、、导决定材料的应用范围，使用安全可靠和使用。1.11.1力学性能 、热稳定51.1.1（1）内力：是指材料 各部分之间的相互作用的力，在未受外力作用时，材料 相互平并保持其有的形状。力P破相互间作用力会改变，材料会发生形变，这是由于料在外力用下产生附加内力，通常简称它为内力N。 P= 正应力

A

MPa（2）应变与应力：物体在外力作用下，其形状尺寸所发生的相对改变称为应变；物体在外力作用下而变形时，其任一 正应力

A

MPa61.1.2金属的强度是指金属抵 变形和断裂的能力

知识第2GB6397-1986《金属拉伸试验试样》标距：长试件L0=10d；短试件78知识第知识第2第Ⅰ、Ⅱ阶段：弹性变形与滞弹性变形第Ⅰ、Ⅱ阶段：弹性变形与滞弹性变形该段中应力的最高值称为比例极限σp（Rp）。--proportion阶段应力的最高值称为弹性极限σe。 知识第3弹性变第Ⅲ、Ⅳ准确区分；B上点为不连续屈服开始，B上点对应的应力为上屈服强度ReH，进入到屈服，内应力并不增加，但塑性变形在不断增加，即材料已失去抵抗继续变形的能力，B下点对应的应力为下屈服强度ReL（σs）。 yieldstrength 晶格间发生滑移，滑移线大致与轴线城450角 屈 ReH上屈服upperyield弹性变

ReL下屈服loweryield

屈ReH上屈服upperyield弹性变ReL下屈服loweryield第第Ⅴ阶段：均匀塑性变形（强化阶段C点对应的为材料的抗拉强度Rm屈应变硬知识第3弹性变第第Ⅵ阶段：局部塑性变形（颈缩阶段屈应变硬颈知识第3断弹性变只只有一个强度指抗抗拉强度Rm、屈服强度（ReH、ReL）是评价材料性能的两发生塑性变形，所以在特种设备设计中应采用ReH、ReL作为强度指标，并加以适当的安全系数nsRm测定较为方便，也经常采用，但需使用较大的的安全系数nb来保证。知识第3工作maxNmaxA[一般设计若以屈服强度Re（σs）作为指标时，锅炉规范规定安全系数ns＝1.5，压力容器规范规定安全系数ns＝1.5（原1.6）。若采用抗拉强度Rm（σb）数nb＝2.7，压力容器规范规定安全系数ns＝2.7（原3.0）知识第3或1.1.31.1.3力 材料塑性的指标通常用断后伸长率A和断面收缩率Z知识第4 L0－试件原标距长度，L1－拉断后试件标距长度A< A≥5~10%A＝［（L－L）/LA 2.4.32.4.3容规第6（3）采用不同尺寸试样的断后伸长率指标，应当按照GB/T17600.1《钢的伸长率换算第1部分：碳素钢和低合金钢》和GB/T17600.2《钢的伸长率换 A≥压力管道要求：A≥TSGG0001-2012《锅炉监察规程TSGD0001-2009《管道监察规程—工业管道钢板标准抗拉强度下限值断后伸长率Z＝［（S0－S1）S0－试件原来截面积，S1－拉断后试件颈缩处的截面单纯追求高的塑性，会造成产品粗大笨重，浪费材料和使用—A或δ5Zψ1.1.41.1.4度L。知识第4压入法-布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度划痕法回跳法-里氏硬度知识第4GB/T231.1-2009《金属布氏硬度试验第1部分:试验方布氏硬度<450的材料；范围140-<<>><>GB230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验采用顶角为120°的石圆锥体或直径为1.588mm（1/16〞）试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量洛氏硬度是由的洛克威尔洛 缺点 测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。不适测量组织不均匀材料GB4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验面夹角为136° 优点优点它所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确压痕非常小，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度。如测定金相组织中不同相的硬）的硬度。缺点测量操作较麻烦，测量效率低击被测表面的回弹速度VB，然后与冲击速度VA相比，用里氏硬度HL来表示硬度值。以特别适合于现场构件材料表面硬度的测定，测量后可以直接读 HL=1000×VB/HLVAVB—球头的回弹速度，m/s对于低碳钢:Rm（MPa）≈3.6HB≈ Rm（MPa）≈1HB或Rm（MPa）≈0.6（HB-1.1.51.1.5知识第5冲击韧度大小的特性 摆锤冲击试样前后的势能差，即是摆锤冲击试样所做的功GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法冲击吸收能量（势能差KG（h1 （J）焦AKG（h1h2）（J）焦耳αK=AK/ SN：试样缺口处的截面1.1.51.1.5大小的特性。GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》知识第知识第5新标准旧标准 --焦耳KKU（2mm锤刃A82（2mm锤刃8 用下标数字2或8表示摆锤刀刃半径，如KV2容规第62.4.2厚度不小于6mm的钢板、直径和厚度可以宽度为5mm小尺寸冲击试样的、任何尺寸的钢锻件，按照设计要求的冲击试验温度下的V型缺口试样冲击功（KV2）指标应当符合下表的规定。钢材标准抗拉强度下限值3个标准试样冲击功平均值1.1.61.1.61.（1）知识第6②弯曲应 MM中性 xz③交变应③交变应 疲劳强知识第6劳极限。用-1钢铁材料规定的循环基数N0107，有色金属为108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:σ-1= 知识第7K ，同时与缺口 程度有关，缺 力集中系数K就越大应特别注意4DD211pD（3）承压特种设备壳体的工作应力pDl22l周向应力的一半pD222.知识第8（1）弯曲试验GB/T232-2010通过冷弯冲头加压。当试件弯曲至180°时，试件弯曲部分的外弯曲试验可以考核焊接接 知识第知识第8（2）材料的屈服强度与强度极限的比值，即ReH（ReL）Rm,

知识第8工程上有时会出现材料在远低于σb的情况下发生意外断裂事故 -北极 固 -1943 ，一旦扩展失稳，便会发生低应力脆性断裂。材料抵抗裂知识第知识第9aK参数应力场强度因子KI 外加拉应力 bb．断裂韧度KI；当应力场强度因子KI增大到某一临界值时，就KIC表示。KIKIC知识第9KIC可通过试验测定。它是评价裂纹失稳于材料本身的成分、组织（热处理及加工工艺d．材料断裂韧度KIC的应用件i）探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定件工作是否安全KI≥KICii）已知裂纹2a（4（4）知识第9 知识第9GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验

每个试验温度一般用三支试能量吸收－能量吸收－冲击试温温面心立体心立密排六常用钢材的无塑性转变温度常用钢材的无塑性转变温度20g、16Mng、知识第性下降50%～60%，甚至是80%～90%。知识第钢中氢的来源含氢的钢材当应力大于（几十个到上百个M时小的原子半径（C4）．甲烷气泡可低至屈服强度ReL的20% 知识第知识第氢对钢材危害较大，导致材料劣化统称为氢损伤氢 –白 –氢在细微氢腐蚀–对碳钢温度大于250氢致表面裂纹知识第缝隙处，由于接合不严密，炉水容易在此发生高度的浓缩的，由于苛性脆化的结果轻者使锅炉停止运行，重者会发生。⑤应力腐蚀⑤应力腐蚀（SCCStressCrackCorrosion知识第无论是塑性材料还是脆性材料a）元件承受拉应力；b） 湿硫化氢/液氨 氯离c）小尺寸SCC：MT或大尺寸SCC：RT或大大尺寸SCC：RT或小小尺寸SCC：MT或 1.2.1

知识第氯离根据原子在物 氯离 结构晶胞中的原子数为1/8晶胞中的原子数为1/8x812个，致密度为晶 的最小几何单Bodycenteredcubic W钨V Cb铌Ta钽Mo 钢铁（α-Fe、δ-晶胞中的原晶胞中的原子数为1/8x81/24个，致密度为1/6x121/2x23=6Facecenteredcubiclattice面心立6面心立方：Al铝Cu铜Au金Pb铅Ni镍Pt铂 钢铁（γ-hexagonalclosepackedlattice密排六方：Zn锌Mg镁Zr致密度为钙钴n锰Ti面心面心立 温密排六体心立能量吸收－冲击试实际使用的金属是由许多实际使用的金属是由许多晶粒晶粒之间的界面称为晶界知识第常见的缺陷有点缺 空位、间隙原子、置代原子位错知识第杂质而形成，液体中原子不断向晶核，使晶核长大；同时液体接触，结晶即告结束。知识第15页

小置换

大置换（白点为原子1.2.21.2.2铁碳合金。铁碳合金是由95和0.05％～4％碳及1知识第一般把碳含量0.02％～2％的称为钢含碳量大于2％的称为铸铁。含碳量大于4.3％的铸铁极脆当含碳量小于0.02％时称纯铁（工业纯铁）0.25％知识第知识第碳 亚共晶白口铸 过共晶白口铸1、ACD线（（1）工业纯 Wc显微组织：F纯铁的基体组织，主要为白铁素体，晶粒均匀分布 钢的基本组织有奥氏体、铁素体、渗碳体等（3种）1.铁素体---知识第铁和δ铁，都是体心立方晶格（有冷脆性的）铁素体溶碳量极差，在727℃时为0.022%；室温时为0.0008%，几 知识第19页和韧性，在770℃以下它具有铁磁性，超过7702.2.奥氏体---知识第-知识第3.渗碳体（ --- 4.珠光体---pearlite珠光体是铁素体与渗碳体以片层相间排列而成机械混合物。片层间距片层厚度主要取决于奥氏体分解时的过冷度，据片层厚薄分：粗珠光体P、索氏体S、屈氏体珠光体显微组5、莱氏体 于11484.3%C莱氏体显微组 P+Fe3C Le’+0亚共析碳亚共晶白口铸过共晶白口铸FP 暗黑色为珠光（a）0.20% （b）0.45% （c）0.60%亚共析钢显微组浸蚀剂为4％硝 溶如果如果把合金元素加入钢中，Fe-Fe3C相图将发生变化，即改变A3A4的位置其中镍和锰能使A3急剧下降，当加入量达到γ（γ-Fe向α-Fe的转变点）下降，A4点（γ-Fe的转变点）A碳含量越低，组 降低如如果把合金元素加入钢中，Fe-Fe3C相图将发生变化，即改变A3A4的位置Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr们使A3点上升，A4点下降而缩小γ-相的存在范是铁素体不锈γ1.2.31.2.3知识第奥氏体铁素体F＋奥氏体铁素体F＋珠光体时间如图所示Ac3、Ac1、Acm1.2.31.2.31、加热时的转变—奥氏体的形成2、冷却时的转变—奥氏体A的分解当缓慢冷却时，A转化为F+P；但实际冷却不是一个缓慢的过程，存和等温冷却（奥氏体转变易于测量）（1）连续冷却（曲线1）过冷奥氏铁素体F＋珠光体正 ？淬 马氏和等温冷却（奥氏体转变易于测量）（2）等温冷却（曲线下贝影影响C曲线的因素1、碳的影亚共析钢亚共析钢个先析出铁素体影影响C曲线的因素1、碳的影2、合金元素的影影响C曲线的因素1、碳的影2、合金元素的3、加热温度和保温时间的影

3、渗碳体4、珠光体［P］ 按珠光体按按珠光体5、马氏体［ ---martensite］发生无扩散性相变的产物

马氏体在金相组织中，互成一定角度的白色针状结构。正常淬

马氏体的形态主要取决于其含碳量。当含碳量小于2时，转变后的组织几乎全部是板条马氏体0针状马氏体量在～0之间为板条状与针状的混合组织。板条马氏其形态为细长的扁棒状，在光镜下为一束束的细针状马氏其形态为双凸透镜形的片状，显微组织为针状。片状马氏体合金元素对Ms点的影66、贝氏体过冷奥氏体在中温区间（约250~450℃）相变产生的过饱和的铁素体渗碳体上贝氏体过饱和α-Fe条状+Fe3C细颗羽毛66、贝氏体过冷奥氏体在中温区间（约250~450℃）相变产生的过饱和的铁素体渗碳体上贝氏体在低碳钢和低碳、中碳合金钢中，还会出现“粒状贝氏体上贝氏体强度小于细片状珠光体，脆性也较大；下贝氏体与相同温度的回7、魏氏组织在原来奥氏体晶粒边界上析出块状α-Fe外，还有从晶界向晶粒生魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量降这是易火钢接接变的一主要因由于带状组织相邻带的显微组织不同,它们的性能也不相同,在外力作用下性能低的带易出来,而且强弱带之间会产生应力集中,因而造成了总体力学性能降低,并具有明显的各向异性。。。δ-Fe（1390~1535℃之间9δ相钛的铬镍不锈钢）中存在的少量铁素体 相是不锈钢、耐热钢等高合金钢中经常出现的一种金属间相,尤其是不锈钢通在高温下经成年累月的间才步成，致材料使用性能 。界、枝晶间、相界上均可析出，也可在Cr23C6碳化因素有关。如：1.2.51.2.5奥氏体3铁素体F＋奥氏体空水铁素体F＋珠光体去应力退火（PWHT）随炉知识第11）完全退火又称重结晶退火，其方法是将工件加热到Ac3以完全退火组织是接近Fe-Fe3C相图的平衡组织（F+P）22）不完全退火，是将工件加热到Ac1以上30～50℃，保温后应用于低合金钢、中高碳钢的锻件推荐PWHT复合钢板PWHT15MnMoV15MnNbR、2.消除应力退火2.消除应力退火（PWHTPostWeldingHeat部分钢材 3.3.正火是将工件加热到Ac3或Acm以上30～50℃，保持一定时例如，GB150.2-2011《压力容器》4.1.4：用于壳体的厚度3.3.淬 55℃ 随随炉空索空索氏S屈氏体T水水66.奥氏体不锈钢的固溶处理和知识第理称为稳定化处理。稳定化处理的工艺是：将工件加热到850～900℃，保温6小时，在空气中冷却或1.31.3承压类特种设备3.应有良好的加工工艺性能4应有良好的低倍组织和表面质量，分层、疏松、非金属夹杂物、5.用于制造高温受压元件的材料应具有良好的高温性能，包括足6.与腐蚀介质接触的材料应具有优良的抗腐蚀性能1.3.11.3.11.1） 知识第-

平炉炼转炉 酸性转炉

沸腾钢钢 钢特 钢

转炉炼电弧炉炼 半钢 容规第42.2 （1）碳素结构1）

知识第第三部分X是质量等级，分为A、B、C、D、EP、S含量依次下 普通碳素结构钢有Q195.Q215.Q235.Q255Q275Q235-f-b-b、 -z - 2）2）优质碳素结构3）专门用途的碳素 4）碳素铸ZG200－400、（（2）碳素工具T8表示含碳量为0.8％碳素工具钢T12A表示含碳量为1.2％高级碳素工具钢。制造各种工具（刃具、量具、模具等）钻T7、T12、锉刀（（3）补充知片状石墨＋铁素体和珠光体的混合组织GB9439-如：QT500－7。其中QT表示球墨铸铁，第一部分数字为GB1348-《容规》第622（1）合金钢的分金元素，这一类钢称为合金钢。通常加入的合金元素有锰、1）高合金钢，合金元素总量＞10％Q235与16Mn22）按用途分类3）按钢的组织分类4）（2）合金钢牌号及表示方 牌号尾部加A表示钢的质量等0Cr18Ni9Ti，表示属高合金钢，0表示含碳量小于0.06%（1表示含碳量小碳含量≤0.25％的碳素钢统称为低碳

知识第低碳钢中应用于锅炉容器的有Q235B、Q235C、一般以热轧（或正火）供货，常温下：FP硅、以及氮、氧、氢等杂质。这些杂质对钢的性能也产0、碳11锰2硅硅作为杂质在钢中的含硅量常在0.1%～0.4%3硫 脆”。故《容规》对压力容 4磷《容规》对压力容器钢材的磷含量不应大于0.03%比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生脆性于1938年冬发生断裂坠入河在弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的性，增加弹片的碎化程度，提高弹 力2.3化学成分（熔炼分析容规第52.3.1用于焊接的2.3.2压力容 钢中的碳素钢和低合金压力容 钢标准中碳素钢和低合金钢钢材（钢板 和 碳素钢和低合金钢钢材基本要求，P≤0.030％S≤0.020％ 与原《容规》一原《容规》第11条压力容器选材除应考虑力学 容规第容规第5 标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材 Q245R、 用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值小540MPa的钢材，P≤0.025％、S≤0.012％ 55氮（N）（O）形后再进行焊接，有时距焊缝40～50mm处出现裂纹，即是应钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN5氮（N）（O）氧的存在（FeO、MnO、SiO2）会使钢的强度、塑性降低，热脆加入更加入更加严格的要求后，一般会改用Q245R系结构用钢，非容板要求第GB150-

钢主要元素（含量较高Re（稀土）、碳含量通常小于硅和锰硅和锰是低合金钢中最常用的强化元素和韧性和耐磨性对硬度的影 对韧性的影1.1.锅炉用低合金钢牌号：有16Mng、15MnVg、18MnMoNbg等压力容器用低合金钢：有16MnR、15MnVR、15MnVNR GB6654-1986《压力容器用钢板 GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》（替代原GB713-1986和GB6654-1986），自 20R和20g合并为Q245RS≤0.015P≤≤≤压力管道用低合金钢：有09MnV、16Mn以及 o o、12Cr1MoV和1Cr5Mo16Mng,压力容

1 钢板厚度负偏差按GB/T709-2006中的B类9个钢 1号修改

标GB713-GB6654-GB713-牌板PSKV20℃0℃压力容 压力容 钢板标准制修订近况 1 钢板厚度负偏差按GB/T709-2006中的B类9个钢GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板实武钢联合冶金标准信 中国通用机械工程总公司合肥通用新9个牌新新新

1号修改标GB713-GB6654-GB713-16Mng板P≤0.035/S≤≤0.030/KV20℃≥0℃-20℃钢结构钢结构 GB/T1591-1994《低合金高强度结构钢牌号为Q295Q345Q390Q420Q460长江大 九江长江大常用低合金钢（1）Q345R（16Mng和16MnR （2） 常用低合金（3）钢一般经正火回火（4） +回火后使用，其组织为板条状马氏体、贝氏体和少量回火常用低合金压力容 钢的性（5）X《压力容器》2013第8按APISpec5L生产的管线用钢。有X60《压力容器》2013第8常用低合金压力容 钢的性（5）X2

能量吸收－冲能量吸收－冲击试低温韧性温温面心立体心立密排六常用钢材的无塑性转变温度常用钢材的无塑性转变温度20g、16Mng、GB150.2-2011 低温钢板：16MnDR（-40℃）、15MnNiDR（-45℃）、09MnNiDR（-70℃）。GB150.2- 、15MnNiNbDR（-50℃）08Ni3DR（-100℃）06Ni9DR（-196℃）。 规定低温钢必须 压力压力容钢板标准制修订 3、GB19189-2011（2003）《压力容器用调质高强度钢参考JISG3115-2005《压力容共计：07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR等4个钢号其中：07MnNiMoDR是为建造乙烯球罐而专门开发的-50℃用调质高强度钢板压力容 、钢板厚度负偏差按GB/T709-2006中的B类标GB3531-GB3531-PSKV2-40℃≥34-30℃≥34-40℃≥24-30℃≥24国内外牌号比标GB3531-EN10028-ASME-牌P355PSKV2-40℃-40℃-40℃ 3.低合金

燃气轮

o耐热钢耐热钢（1）抗氧化性抗氧化性是指金属在高温下的抗氧化能力，其（2）热强性是指钢在高温下的强度。在高温下钢的强度耐热钢耐热钢的加入，提高钢的抗氧化性，Cr还有利于热强性。Mo、WV500～600℃时，用铬钼低合金钢，如oo oR、14Cr1MoR、生（1）珠光体球化粗片珠光（2）石墨硅和镍与铝，能促进物都能石墨化特殊碳化物合金元素的再分配往往会引起钢的蠕变强度补补充知1.3.41.3.4（1）不锈钢种知识第知识第知识第、 知识第知识第达到良好的钝化，耐蚀性很低。碳含量低的1Cr13、2Cr13钢耐蚀性较好，且有较好的机械性能，3Cr13、4Cr13钢因知识第知识第00Cr18Ni10等）性，塑性、韧性和耐蚀性均较0Cr13型不锈钢更好。一般利固溶处将钢加热至1050℃～1150℃使知识第知识第（2）1Cr18Ni9Ti组织说明均一的奥氏体组织，部分晶粒呈孪晶分（（3）奥氏体不锈钢常用牌号及性知识第00Cr18Ni10，它具有良好的化学稳定性，在氧化性和某些还（4）1）（1）

知识第化铬（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（铬与镍）奥氏体不锈钢接头晶间腐蚀形成机理说法不一目前比较通用的解释称之为“贫铬理

贫铬区—表面向内扩展的晶间腐蚀裂纹沿奥氏体晶界扩小于450℃时超过850℃时，晶粒内的铬扩散能650℃为最。等等同采用ISO1958年由M.A.Streicher提方法E不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方