特种钢材简介.doc

学号：020112011030 姓名：王健健 特种钢材简介 毋庸置疑，钢铁工业为制造各种机械设备提供最基本的材料，属于基础材料工业的范畴。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义上说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。衡量钢铁工业的水平应考察其产量（人均年占有钢的数量）、质量、品种、经济效益及劳动生产率等各方面。纵观当今世界各国，所有发达国家无不是具有相当发达的钢铁工业。其中，新型特种钢材的发展更关乎一个国家许多支柱产业的发展，比如汽车制造，军工产业，机床、建筑产业等的发展。特种钢材有别于传统钢材，它主要由合金形式构成，普遍具有很好的抗氧化、耐腐蚀、耐高温等特性，可在极为苛刻的环境下使用。多用于特殊行业。1. 主要产品分类及应用1.1耐热钢系列1.1.1 310SS31008 310S是奥氏体铬镍不锈钢具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，310S拥有好得多蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。主要用途适于制作各种炉用构件、最高温度1300，连续使用温度1150。如炉用材料，汽车净化装置用材料等。1.1.2 800N8800 镍一铁一铬合金抗高温氧化、高温起皮和高温碳化，合金的镍含量32%，足以抵抗氯化物应力腐蚀和由6沉淀相造成的合金脆化，同时合金具有优秀的抗均匀腐蚀能力。AL-800合金的使用温度在590左右；AL-800H、AL-800A合金的使用温度可达590以上，在高温下还具有良好的抗蠕变和应力断裂性能。主要用途：加热炉及相关的加热设备，如石油化工产品深加工设备、分解管；核工业和发电厂的过热蒸汽处理管和部件；石油、化工、食品纸浆和造纸等行业。1.1.3 600N06600属镍铬系镍基合金，非磁性。主要用于抗高温耐大气腐蚀，在大气中可用至1093。由于该合金为镍基合金，故耐应力腐蚀，大量应用于核反应器的冷却系统中。主要用途：核反应堆冷却系统、加热炉膛、渗碳筐及紧固件、热处理夹具。1.2双相钢系列1.2.1 2304S32304 2304合金是由23%铬、4%镍构成的双相不锈钢。2304合金所具有的抗腐蚀特性与316L相似。另外，它的机械特性即屈服强度是304L/316L奥氏体等级的两倍。这个特性使设计者在设计产品，尤其是设计压力容器时，可以减轻产品的重量。这种合金特别适用于-50/+300(-58。F/572。F)温度范围内。在严格限制的情况下（尤其对于焊接结构），也可以用于更低的温度。与304和316奥氏体相比，由于2304合金本身的双相微观结构，较低的镍含量和较高的铬含量，使得它的抗应力腐蚀能力更强。主要用途：纸浆和造纸业(芯片、碎片储存罐、黑色或白色液体罐、分类器)；苛性碱溶液、有机酸(抗SCC)；食品工业；压力容器(减轻重量)；采矿业(磨蚀/腐蚀)。1.2.2 2205S31803/S32205 以氮元素优化的双相（奥氏体和铁素体）不锈钢。氮的加入增加合金抵抗均匀腐蚀和氯化物应力腐蚀性能。在许多腐蚀环境中，合金的抗腐蚀性能优于316或317合金，且屈服强度高于传统的不锈钢。主要用途：由于该合金的耐氢化物应力腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀的性能优于普通的188型不锈钢，因此大量应用于工业污水、含氢化物、硫化氢工业水换热的换热器、冷凝器中。1.2.3 2507S32750 2507是一种铁素体一奥氏体（双相）不锈钢，它综合了许多铁素体钢和奥氏体钢最有益的性能，由于该钢铬和钼的含量都很高，因此具有极好的抗点腐蚀，缝隙腐蚀和均匀腐蚀的能力。双向显微组织保证了该钢具有很高的抗应力腐蚀破裂的能力，而且机械强度也很高。主要用途：2507不锈钢应用于石油和天然气工业；热交换器管；水处理和供水系统；消防系统；喷水系统，稳水系统；石油化工设备;脱盐（淡化）设备（和设备中的高压管，海水管）；既需要高强度同时又需要高耐腐蚀性的机械和结构部件；燃（废）气净化设备。超级奥氏体钢1.2.4 904LN08904奥氏体不锈钢，具有良好抗氯化物应力腐蚀的能力，在许多介质中耐均匀腐蚀和氯化物点蚀的能力高于316、317合金，同时能抵抗还原性介质的腐蚀，如热磷酸和稀硫酸。合金的含碳量很低，利于压力容器的焊接和复杂零件的加工制造。主要用途：烟道气体净化装置；化肥生产；制酸工业；发电设备和气体腐蚀环境。1.3. 6钼钢1.3.1 254SMO254SMO是一种奥氏体不锈钢。由于它的高含钼量，故具有极高的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能。这种牌号的不锈钢是为用于诸如海水等，含有卤化物的环境中而研制和开发的。254SMO也具有良好的抗均匀腐蚀性。特别是在含卤化物的酸中，该钢要优于普通不锈钢。其C含量0.03%，因此叫纯奥氏体不锈钢。超级不锈钢、镍基合金是一种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢不同，是指含高镍，高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其中比较著名的是含6%Mo的254SMo，这类钢具有非常好的耐局部腐蚀性能，在海水、充气、存在缝隙、低速冲刷条件下，有良好的抗点蚀性能（PI40）和较好的抗应力腐蚀性能，是Ni基合金和钛合金的代用材料。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304不锈钢不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。主要用途：1.海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。2.环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。3.能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。4.石油化工领域：炼油，化学化工设备等。5.食品领域：制盐，酱油酿造等。6.高浓度氯离子环境：造纸工业，各种漂白装置。1.4镍基合金系列1.4.1 825N08825奥氏体镍铁铬钼铜合金。含有高含量的镍、铬、钼和铜元素，使合金在中度氧化性和中度还原性环境中有较好的抗腐蚀能力。合金具有好的抗氧化物应力腐蚀和一定水平的抗氯离子点蚀的能力。该合金为Mo、Cu复合，因此具有优良的耐硫酸腐蚀的能力；同时由于添加了一定量的钛元素，增加了合金的稳定性，焊接接头具有较好的抗晶间腐蚀能力。主要用途：由于该合金具有广泛的耐腐蚀性，在化学工业、造纸工业、湿法磷酸生产中得到大量应用，主要用于处理热硫酸、含氯化物的酸性溶液和亚硫酸等环境的容器、热交换器、管道、阀门和泵等。1.4.2 C276N10276 属镍一钼一铬一铁一钨系镍基合金。主要耐湿氯、各种氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐。在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。由于该合金从中度氧化到强还原环境中均有很好的抗腐蚀能力，因此，在近三十年中，在苛刻的腐蚀环境中有相当广泛的应用。主要用途：化工、石油、烟道气体除硫、纸浆和造纸等特殊领域中最苛刻的腐蚀环境。1.5钛材含一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的相钛。具有优良的冲压工艺性能，好的焊接性能，对热处理及组织类型不敏感，在令人满意的塑性条件下具有一定的强度。工业纯钛是按照杂质元素的含量划分等级的。它的强度主要取决于间隙元素氧、氮的含量。它在海水中具有高的抗腐蚀性能，但在无机酸中较差。一般用于制造在-253350温度下工作的、受力不大的各种板材零件或锻件，也可制造铆钉线材和管材。主要用途：钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。2. 特种钢材典型应用实例2.1鸟巢钢北京奥运会的主体育馆鸟巢，是一个典型的钢结构建筑，“鸟巢”的成功，不仅是建筑设计中的力学经典，更是材料学上的国/际尖端科技成果。但是，如果没有承担主要负重任务的Q460钢材的研发成功，一切都只能存留于想像与图纸之上。Q460是一种低合金高/强/度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，也只有这种属性，才能成为国/家/体育场特殊结构的栋梁。但是，这种特殊的强度要求在中/国，尚无先例，用闻所未闻来形容，也毫不过分。“鸟巢”是国内在建筑结构上首次使用Q460规格的钢材；这次使用的钢板厚度达到110毫米，在中/国材料史上绝无仅有，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100毫米。以前这种钢一直为进口。但是，作为北京2008年奥运会开幕式的体育场馆，作为中国国家体育场，其栋梁之材显然只能由中国人自己生产！2.2“辽宁舰”用钢再说去年刚刚服役的辽宁号，作为中国的第一艘航空母舰它本应该诞生的更早，就是因为我国以前不能生产建造航母的特殊钢材所以有五六年的时间航母的建造处于停滞期，至今，全世界仅4个国家制造的钢材能用于航母制造。美国的HY-100、HY-80这两个型号的钢，是制造航母的最佳钢材。 “瓦良格”号在运抵中国之前，已经十余年没有进行过防锈处理了，中方人员检查发现，“瓦良格”号使用的钢，可以自然抵御海水腐蚀。更让人叹服的是，军舰为防止被磁性水雷或者磁力探测到，一般都是无磁的。但由于地球本身带有磁场，军舰在航行数年后必须消磁，但“瓦良格”在中国进行“体检”时，磁力依然为零。以下介绍的是国外科研机构研制出的新型特种钢材，美国橡树岭国家实验室的专家研制成一种称为“金属玻璃”的新型钢材。在正常条件下，这种钢材的硬度是常规钢材的两倍，而且具有抗腐蚀、有磁性以及强度高等特性。2.3“超级钢”美国专家研究出来的钢材具有的品质与普通钢材不同，其特殊之处在于结构。传统钢材中的铁原子和碳原子的排列是有序的，这些原子组成了许多小系统，这些小系统又组成了大系统。这种组合有点象彩色墙纸的组合，彩色墙纸的组合可以反映人们的装饰意图。但问题是，这样组合的墙纸在往墙上粘贴时，却往往会显出不规则和偏差。结晶材料也是如此。连接两个晶粒的能量低于凝聚一个晶粒的能量。于是两个晶粒之间的间隙就形成了一个脆弱区，断裂和腐蚀就是从这里发生的。这是材料的真正弱点所在：一旦受到过大的外力，首先承受不了的就是结合部。人们周围的固体(从食盐到岩石)就是这样。新型钢材则不会如此。在显微镜下，这种钢材的结构没有规律性，各组成部分之间的联系似乎很混乱。在常规钢里加入铬、钴、钼、镁和硼，就可以得到一种新的、非晶质的钢。美国冶金化学研究中心的帕特里克.奥金指出：这是一种只有玻璃才具有的特点。所以人们称这种钢材和其他非晶质金属为“金属玻璃”。在传统玻璃中，获得这种特性靠的是二氧化硅混合物的突然冷却。由于突然冷却，液体来不及结晶，于是原子便成无序排列状态了。要生产出“金属玻璃”，冷却的速度需要更快：每秒钟需降温数百万度。专家们采取的第一个办法是将熔化的碳铁合金倒在冷却的铜轮上。随着铜轮的转动，铜轮上形成了薄薄一层碳铁合金。由于很薄，所以这层碳铁合金能被迅速冷却，于是便得到了一种其结构为非晶质的材料。但这样生产的“金属玻璃”在应用方面有其局限性(目前主要用于生产电子元件)。用这么薄的金属玻璃怎么能建造钢柱或装甲?于是美国和日本的一些科研小组开始研究生产“大块”非晶质材料的方法。需要解决的一个关键问题是：怎样使“大块”合金每秒钟均匀冷却数百万度?如果不能均匀冷却，其中心部位就会冷却较慢，从而形成结晶。一位名叫阿兰.亚瓦里的冶金专家说：“冶金工作者们长期以来一直在摸索，他们探索出在已经很复杂的混合物中需加入的新物质及其比例，以便降低液化温度和推迟结晶时间。最后，美国专家们发现金属钇可以解决这个问题：加入l.5%的钇可以使混合物的熔化温度下降，这大大有助于生产非晶质材料所需要的迅速降温。这种新的钢材所具有的优点使军事界和体育界人士惊喜不已。对军事部门来说，可以利用它生产防弹背心或装甲，而这种防弹背心或装甲不但不会被枪弹击穿，还可以把枪弹反弹回去;对体育部门来说，可以利用它制作网球拍或高尔夫球杆。此外，由于这种钢材的原子之间几乎没有间隙，氧气无法渗入其中，因而不会被腐蚀。这在珠宝业也有重要用处。上