金属材料与热处理特种设备用金属材料

金属材料与热处理（之四）

----特种设备用金属材料目录一、钢铁的分类二、中国钢号表示方法三、特种设备用金属材料一、钢铁的分类金属材料通常分为黑色金属和有色金属两大类：金属材料钢铁合金有色合金钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢铸铁：白口铸铁、灰口铸铁等铜及其合金铝及其合金其它：轴承合金、钛合金、镁合金等1、铁的分类和牌号

含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铁。

炼钢生铁

铸造生铁（灰口铸铁、白口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）。铁的牌号2、钢的分类A、按品质分类普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）优质钢（P、S均≤0.035%）

高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）

B、按化学成份分类(1)碳素钢：碳素钢是指含碳量低于2%，并含有少量锰、硅、硫、磷、等杂质元素的铁碳合金。按含碳量的不同可分为：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C＝0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≥0.60%）。d.工业纯铁：为含碳量≤0.04%的铁碳合金。B、按化学成份分类

碳素钢按照钢的质量和用途的不同，碳素钢通常又分为：

普通碳素结构钢

优质碳素结构钢

工具碳素钢(2)合金钢：合金钢是指在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时特意加入一些合金元素（如铬、镍、硅、锰、钼、钨、钒、钛、硼……等）而炼成的钢。

按其合金元素的总含量，可分为：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）；b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

钢材根据断面形状的不同、一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类。型钢：工字钢、槽钢、角钢、扁钢、方钢、六角钢等。金属制品：钢丝绳及金属丝、螺栓螺母等

C、钢材根据断面形状D、按成形方法分类：锻钢；铸钢；热轧钢；冷轧钢；

冷拉钢。E、按金相组织分类：铁素体钢、奥氏体钢等。F、按用途分类：分成结构钢、工具钢和特殊用途钢。

G、综合分类：

在实际中按其化学成分、质量、用途进行综合分类。

(1)普通钢

a.碳素结构钢，b.低合金结构钢，c.特定用途的普通结构钢。(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。H、按冶炼方法分类：平炉钢、转炉钢、电炉钢。

I、按脱氧程度和浇注制度分：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢

二、中国钢号表示方法钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准GB221《钢铁产品牌号表示方法》中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即：

①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。

混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。

②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示。

③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。二、中国钢号表示方法1．

专用结构钢前缀符号特殊用途和工艺方法符号碳素钢命名示例2、优质碳素结构钢牌号及示例3、合金结构钢牌号4、工具钢牌号命名方法4、工具钢牌号命名方法示例

6．合金工具钢和高速工具钢

①合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0%时，不标出碳含量；当平均碳含量＜1.0%时，以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。

②钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。

③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。5、焊接用钢应分别符合碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢的编号规则4、焊接用钢命名方法示例5．不锈钢和耐热钢

1）对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮…等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。2）

5、不锈钢和耐热钢3）三、锅炉压力容器用材料（1）具有良好的力学性能。制造锅炉、压力容器的材料应具有适当的强度（主要是指屈服强度和抗拉强度），以防止在承受压力时发生塑性变形甚至断裂。对于锅炉和中、高温压力容器，还应考虑材料的抗蠕变性能，测定材料的高温性能指标，即蠕变极限和持久强度。其次，制造锅炉、压力容器的材料必须具有良好的塑性，以防止锅炉、压力容器在使用过程中因意外超载而导致破坏。第三，制造锅炉、压力容器的材料应具有较高的韧性，使锅炉、压力容器能承受运行过程中可能遇到的冲击载荷的作用。特别是操作温度或环境温度较低的压力容器，更应考虑材料的冲击韧性值，并对材料进行操作温度下的冲击试验，以防止容器在运行中发生脆性破裂。1、承压设备用钢基本要求

三、锅炉压力容器用材料

（2）具有良好的工艺性能。由于锅炉、压力容器的承压部件，大都是用钢板滚卷或冲压成形的，所以要求材料有良好的冷塑性变形能力，在加工时容易成形且不会产生裂纹等缺陷。其次，制造锅炉、压力容器的材料应具有较好的可焊性，以保证材料在规定的焊接工艺条件下获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对焊后热处理裂纹不敏感。（3）具有良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能。设计压力容器时，必须根据其使用条件，选择适当的耐腐蚀材料。对于锅炉和高温压力容器，所选用的材料还应具有抗氧化性能。三、锅炉压力容器用材料2、承压设备用钢的类别

三、锅炉压力容器用材料

三、锅炉压力容器用材料

三、锅炉压力容器用材料三、锅炉压力容器用材料新标准和老标准的钢号比较见下表:GB713--2008GB713--1997GB6654Q245R20g20RQ345R16Mng,19Mng16MnRQ370R15MnNbR18MnMoNbR18MnMoNbR13MnNiMoR13MnNiCrMoNbg13MnNiCrMoNbR15CrMoR15CrMog15CrMoR12Cr1MoVR12Cr1MoVg14Mn1MoR12Cr2Mo1R三、锅炉压力容器用材料3、承压设备用钢的特点1）、低合金钢的特点：

含碳量一般控制在0.2%以下，通过添加合金元素Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al等微合金元素，配合适当的轧制工艺或热处理工艺来保证钢材具有优良的综合性能；

A、主要通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来实现强化；

B、屈服强度在295-460Mpa范围，

C、在热轧、控扎、正火或正火加回火状态使用。

D、同种钢热处理状态下的性能比热轧状态下强度稍有下降，塑韧性都有显著提高。

E、焊接接头对焊接热输入较敏感，具有淬硬倾向。三、锅炉压力容器用材料2）、耐热钢分为热稳定钢和热强钢，热稳定钢具有高温下抗氧化或耐气体介质腐蚀性能。热强钢在高温下既能抗氧化性同时具有一定的高温强度。耐热钢按合金成分的质量分数分为低合金（5%以下）、中合金（5-10%）和高合金（大于10%）耐热钢三种。由于合金元素含量不同具有珠光体耐热钢（合金元素含量2.5%以下，具有P+F组织）；贝氏体耐热钢（合金元素含量3-5%，具有B+F组织）,主要以退火状态或正火+回火状态供货。耐热钢中单独加入钼时在高温长期工作会产生组织不稳定现象，需要加Cr、Nb等合金元素，进一步提高钢的蠕变强度和组织稳定性。耐热钢具有较高的冷裂倾向和再热裂纹敏感性焊接时应采用预热、焊后后热和及时热处理等工艺措施。三、锅炉压力容器用材料3）、不锈钢的类别

不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢。a、铁素体钢---含铬量为17-28%的高铬钢，主要作为热稳定钢；b、马氏体钢—以铬13系列和铬12系列为基多元合金钢c、奥氏体钢—高铬镍钢及高铬锰氮钢等的奥氏体钢；有以18-8为基的耐蚀钢和25-20为基的热稳定钢。d、双相不锈钢—铁素体和奥氏体相各占50%不锈钢。三、锅炉压力容器用材料材料：1Cr18Ni9Ti放大：250×工艺情况：固溶处理浸蚀方法：盐酸、硝酸、甘油混合溶液浸蚀组织说明：均一的奥氏体组织，部分晶粒呈孪晶分布，其上黑色小点为碳化物，多边形小块状为氮化物。

奥氏体金相4、特种设备材料的通用要求选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能；材料的质量、规格与标志，应当符合相应材料的国家标准或行业标准的规定，其使用方面的要求应当符合安全技术规范引用标准的规定；压力容器专用钢板（带）的制造单位应当取得特种设备制造许可证；材料制造单位应当在材料的明显部位作出清晰、牢固的钢印标志或采用其它方法的标志，实施制造许可的专用材料，质量证明书和材料上的标志内容还应包括制造许可标志和许可证编号；材料制造单位应当向材料使用单位提高质量证明书，材料质量证明书的内容应当齐全、清晰，并且盖有制造单位质量检验章；对于压力容器专用钢板，由材料制造单位直接向压力容器制造单位供货时，双方商定钢板质量证明书的份数；由非制造单位供货时，材料制造单位应当分别为每张钢板出具质量证明书；压力容器制造单位从非材料制造单位取得压力容器材料时，应当取得材料制造单位提供的质量证明书原件或者加盖材料供应单位检验公章和经办人章的复印件（压力容器专用钢板除外）；压力容器制造单位应当对所取得的压力容器用材料及材料质量证明书的真实性和一致性负责。熔炼方法：压力容器受压元件用钢，应当是氧气转炉或者电炉冶炼的镇静钢。对标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的低合金钢板和奥氏体-铁素体不锈钢钢板，以及用于设计温度低于-20℃的低温钢板和低温锻件，还应当采用炉外精炼工艺。化学成分（熔炼分析）用于焊接的碳素钢和低合金钢C≤0.25%、P≤0.035%、S≤0.035%压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢基本要求P≤0.030%、S≤0.020%标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材P≤0.025%、S≤0.015%用于设计温度低于-20℃且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材P≤0.025%、S≤0.012%用于设计温度低于-20℃且标准抗拉强度下限值大于或等于540MPa的钢材P≤0.020%、S≤0.010%力学性能冲击功

碳素钢和低合金钢冲击功钢材标准抗拉强度下限值Rm(MPa)3个标准试样冲击功平均值KV2（J)≤450≥20>450-510≥24>510-570≥31>570-630≥34>630-690≥38断后伸长率压力容器受压元件用钢板、钢管和锻件的断后伸长率应符合安全技术规范引用标准和相应钢材标准的规定；焊接结构用碳素钢、低合金高强度钢和低合金低温钢断后伸长率指标见下表；采用不同尺寸试样的断后伸长率指标，按标准换算后应符合本规定。

钢板标准抗拉强度下限值Rm(MPa)断后伸长率A（%）≤420≥23>420-550≥20>550-680≥17锅炉压力容器用铸铁应用限制铸铁不得用于盛装毒性程度为极度、高度或者中度危害介质；不得用于设计压力大于或者等于0.15MPa的易爆介质压力容器的受压元件；不得用于管壳式余热锅炉的受压元件。设计压力、温度的限制灰铸铁，设计压力不大于0.8MPa,设计温度范围为10-200℃；球墨铸铁，设计压力不大于1.6MPa,QT400-18R设计温度范围为0-300℃，1.6MPa,QT400-18L设计温度范围为-10-300℃。焊接材料用于制造压力容器受压元件的焊接材料，应当保证焊缝金属的力学性能高于或者等于母材规定的限值，当需要时，其它性能也不得低于母材的相应要求；焊接材料应当满足相应焊材标准和安全技术规范引用标准的要求，并且附有质量证明书和清晰、牢固的标志；制造单位应当建立并且严格执行焊接材料验收、复验、保管、烘干、