金属材料基础知识

金属材料基础知识从五个方面阐述：金属材料的性能：化学元素对于钢材的影响及相互关系典型金属材料介绍压力管道材料简介失效简介Chapter1金属材料的性能

1.1物理性能

1.2工艺性能

1.3力学性能

1.4高温性能

1.5疲劳性能

1.6腐蚀性能

1.1金属材料的物理性能：

密度density、熔点、弹性模量、切变模量、泊松比、热导率、膨胀系数、磁导率、电阻率（R=ρl/S）、电导率（互为倒数）、振动率衰减系数、塑性应变比、应变、硬化指数等。熔点（meltingpoint）：由固态开始转变成液态的溶化温度,对焊接、热加工来说，熔点是制定热加工工艺的依据之一；（铁、钢、铜、铝的熔点？）热导率：若物体中两点有温差，则热能从一点向另一点传递的能力；膨胀系数（coefficientofexpension）：金属材料受到热胀或冷缩，长度或体积都发生变化。材料在温度每升高1K所增加的长度与原来长度的比值，在不同温区，线膨胀率是不一样的。Αl表示，单位：K-1。1.2金属材料的工艺性能

（问题：钢和铁的区别是什么？）纯铁：C＜0.02%,显微组织为α固溶体晶粒,工业上很少应用。钢：C0.02—2.0%，其特点是高温组织为奥氏体。分为：共析钢（C=0.8%）；亚共析钢（C＜0.8%；过共析钢（C＞0.8%）。白口铸铁：C2.0—6.67%，因其特点是在液态时都发生共晶反应,分：亚共晶生铁、过共晶生铁（C以C=4.3%为界）。1.2.1组织状态奥氏体（AAustenite）：碳在γ-Fe中的固溶体。在合金钢中是碳和合金元素在γ-Fe中的固溶体，如奥氏体不锈钢、高锰钢等。铁素体（FFerrite）：碳在α-Fe中的固溶体。铁素体（F）的性质接近于纯铁，有很高的塑性、韧性，但强度很低，如一般碳素钢、铁素体不锈钢0Cr13Al。渗碳体（Fe3C）：C和Fe的化合物。几乎没有塑性，硬且脆。合金元素的渗碳体称合金渗碳体。珠光体（PPearlite）：渗碳体和铁素体相间排列的片状组织，按片间距大小分别称珠光体、索氏体S(铁素体+极细渗碳体，主要是各种弹簧，中温回火即正火）、屈氏体T(铁素体+较细渗碳体，高温回火即调质处理）。马氏体（MMartensite）：α-Fe中的过饱和固溶体，是钢通过淬火使奥氏体过冷到Ms点以下转变而成的，脆而硬。如1Cr5Mo、Cr9Mo、0Cr13等。贝氏体（BBainite）：奥氏体过冷到中温区间转变成的产物，和珠光体相反，转变时候先析出碳过饱和铁素体，再在铁素体中析出细的渗碳体，组织是过饱和渗碳体和铁素体的混合物。按形成温度的高低分上下贝氏体，下贝氏体有较好的综合机械性能，如14Cr1MoR。1.2.2临界点（criticaltemperature）

指钢加热或冷却时发生相变的温度A1：表示钢加热或冷却时P向A开始转变或A向P开始转变的温度。A3：钢加热或冷却时铁素体与奥氏体间终了或开始的转变温度。Acm:共析钢加热时，先共析F与A的转变温度。AC1:与平衡条件下的临界点相区别，加热时实际的A1温度称AC1。如20#、Q345的AC1为726℃；P91（T91）的AC1为835℃。AC3:与平衡条件下的临界点相区别，加热时实际的A3温度称AC3。如20#的AC3为854℃；P91（T91）的AC3为900℃。Ar1与平衡条件下的临界点相区别，冷却时实际的A1温度称Ar1。Ar3:与平衡条件下的临界点相区别，冷却时实际的A3温度称Ar3。大小比较：AC3＞Ar3＞AC1

＞Ar11.2.3等温相变曲线（C）曲线：

为过冷奥氏体（临界温度A1以下处于不稳定的奥氏体）等温转变曲线的综合动力曲线。反映了转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间和温度之间的关系。实际生产中有2种，一是等温冷却，一是连续冷却。

附图：1.2.4连续冷却曲线（CCT曲线）：

我们使用的是亚共析钢，出现了先共析铁素体析出区和贝氏体转变区。当冷却速度小于下临界速度时，奥氏体中只析出铁素体和发生珠光体转变，不发生贝氏体和马氏体转变。当冷却速度大于上临界速度时，奥氏体只发生马氏体转变。当冷却速度处于上、下临界速度之间时，最后得到铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的混合组织。附图见下页

当加入合金元素或合金元素量发生变化时，曲线的形状和位置发生显著变化。

根据过冷奥氏体等温转变所得到的组织产物大致为3个区域：

高温转变—珠光体型相变；中温转变—贝氏体型相变；低温转变—马氏体型相变。

附图：亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线1.2.5热处理性能（heattreatmentperformance）

热处理：是利用在固态范围内加热和冷却的办法，改变合金的内部组织，而得到所要求的性能的一种操作。一般有：退火、淬火、正火、回火、调质、过溶处理、稳定化处理及表面热处理。1.2.5.1退火（annealing）将钢加热至超过相变温度或再结晶温度以上，保温一定时间，然后缓慢冷却，使组织达到接近平衡的热处理工艺。完全退火，即重结晶退火：，加热到AC3以上30-50℃缓慢冷却。一般用于亚共析碳钢、合金钢铸件和锻件，目的是细化晶粒、降低硬度。消应力退火（低温退火或高温回火）：一般加热到600℃左右（线以下），一般用于铸件、锻件、焊接件、冷加工件等的消除应力，目的是消除应力、降低硬度、稳定结构等。

不锈钢消除应力退火:将钢加热到300℃～350℃消除冷加工应力；加热到850℃以上，消除焊接残余应力。1.2.5.2正火（normalizing）

将部件加热到AC3以上30-50℃（全部加热到奥氏体）快速（一般为空冷或风冷）冷却。与退火的明显区别是冷却速度要快点，转变温度要低些，形成的组织要细些。正火后的组织为索氏体，目的是为了细化晶粒、使组织正常化，以提高机械性能。

一般地，Cr-Mo钢、低温钢材料的受压件要在正火状态下使用，以及冷加工后都要经过正火处理(如封头）。

1.2.5.3淬火（quenching）

将部件加热到AC3以上（亚共析钢）或Ar1以上（过共析钢）30--50度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却（一般为水冷或油冷，对于复杂零件或C含量较高时采用双液，即在水中冷却到Ms点，再在油中冷却），以获得马氏体组织，使钢得到强化。1.5.3回火tempering

将工件加热到AC1以下一温度，保温后冷却，以消除正火时留下的应力，细化晶粒，改善组织（消除魏氏体组织、大块铁素体等），是淬火后的必须工序，单纯的淬火和回火都没什么意义。一般分：低温回火：（＜250℃），用于各种工具等，以降低钢的残余应力和脆性，其组织为回火马氏体+残余奥氏体；中温回火：（350-500℃），组织为F+极细FeC3（颗粒）（回火屈氏体），使材料在一定韧性下有高的弹性和屈服强度，一般用于弹簧等；高温回火：（500-650℃）温度升高，FeC3长大，组织为F+较细FeC3（片状），为回火索氏体。这种回火后有适当的强度和足够的塑性和韧性，为调质处理（modifiedtreament），如高强度钢等。回火脆性：淬火钢，特别是不含Mo的合金钢，在某些温度区回火缓慢冷却后，出现冲击韧性降低的现象。第一回火脆性发生在250-400℃温度间，是不可逆的；第二回火脆性（高温回脆）发生在550-600℃温度间，是可逆的，一般用高温回火可进行消除。1.2.5.5固溶处理（solutiontreament）

将合金材料加热到高温单相区（如A）使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，得到过饱和固熔体，使合金材料的塑性和韧性得到改善，为进一步沉淀硬化准备条件。与淬火不同的是：淬火是硬化（M），前者是软化处理。

1.2.5.6稳定化处理

主要用于含钛或铌的钢，一般是在固溶处理后进行。将钢加热到850℃～930℃，使钢中铬的碳化物完全溶解，而钛等的碳化物不完全溶解。然后缓慢冷却，让溶于奥氏体的碳化钛充分析出。这样，碳将不再同铬形成碳化物，而形成稳定的TiC、NbC碳化物，达到牺牲Ti、Nb保护Cr的目的，因而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。1.2.6硬度（hardness）材料对一更硬物体压入其内时所表现的抵抗力。它不是一个单纯的物理量，而是反应材料的弹性、塑性、变形强化、强度和韧性的综合性能指标，对于脆性大的材料只能通过硬度来检测，对于大多塑性材料，硬度和抗拉强度、屈服强度有一定的内在相应关系。常见：洛氏HRA、HRB、HRC（圆锥顶角120度，范围HRC=20~67）、布氏HB（钢球直径为10、5、2.5三种mm,钢铁一般是P/D2=30）、维氏HV（正方形顶角136度，载荷为5、10、20、30、50、100等6个等级，一般测值为8~1000）。金属材料的硬度和强度之间有一定的关系，对于无加工硬化的材料有：HV=2.9σs；0.346HV=σb（公斤/毫米2）。1.2.7可焊性（Weldability）是焊接时获得优良焊接接头的可能性，衡量可焊性的脆硬倾向程度，并用碳当量Ceq（0.4%、0.4-0.6%)、焊接冷裂纹敏感性系数Pcm(?)表示。1.2.8可锻性：(Forgeability)指锻造过程中承受塑性变形的能力。用锻造比表示（Y），锻造比：y=Fo/F。Fo、F分别表示锻件延伸前后的截面积，一般有横向和纵向。1.2.9切削性：(Cutablility)金属在切削加工时的难易程度。HB170~230之间切削较好，特别在HB180~200时有较好的切削性。硬度过大过小或韧性过大对切削性能都不好。1.3金属材料的力学性能

1.3.1强度（strength）1.3.1.1屈服强度（yieldstrngth）材料开始屈服时所对应的应力бs表示。多数材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时用0.2%残余伸长的应力作为屈服强度，用б0.2表示。1.3.1.2抗拉强度（tensilestrength）在金属试样拉伸时，拉断前所承受的最大负荷与试样的原截面积之比，称为强度极限或抗拉强度，其测得数据比屈服值更精确。部件设计选材时，一般用бs、б0.2，由于脆性材料无屈服现象，则必须以бb为依据。1.3.1.3疲劳极限（σ-1）（fatiguelimit）材料在重复或交变应力的作用下，可以经过无数周次的应力循环而不断裂的最大应力，循环基数一般取以107或更高些。1.3.2塑性（plasticity）

1.3.2.1延伸率(δ5)（elongationafterfracture）δ=（L1-L0）/L0×100%。L0为原标注长度，当L0=5d0时，用δ5表示，同一材料的δ5和δ10不同的，一般δ5=（1.2-1.5）δ10。1.3.2.2端面收缩率（reductionofareaafterfracture）试样拉断后，其缩颈处横截面的最大收缩量与原截面面积的百分比值，ψ=△A/A×100%。塑性越好，其值越大。1.3.2.3冷弯性能（bent

test）在常温下承受弯曲而不破坏的能力（在10倍放大镜下观察），是考核材料弯曲变形的能力。一般地，如试件厚度是a，焊接接头的弯曲直径是d=4a，母材一般为d=4a，弯曲角度为1800。1.3.2.4压扁试验（flatteningtest）压扁试验是钢管的主要工艺试验，按照GB/T246《金属管压扁试验方法》执行，将一段40到100㎜的管环（压扁试样）置于两个平板之间，施加压力使试样压扁变形，直至达到产品标准规定的压扁距，按照相关产品标准的要求评定压扁试验结果，如没有规定具体要求，试验后试样弯曲处无肉眼可见裂纹评定为合格。1.3.3韧性（toughness）1.3.3.1冲击韧性（impacttoughness）标准试样尺寸为10×10×55㎜（有公差要求），试样上开2㎜深45°的夏比V型缺口（目前使用最多），如尺寸不足，也可制备5×10㎜、7.5×10㎜等小尺寸试样。一般分：常温、低温2种冲击试验。冲击功≥27J的来历！！目前一般都提到31J、34J侧向膨胀量：冲击功是消耗试样弹性变形的弹性功、产生裂纹前的塑性变形产生的塑性功及裂纹产生到扩展断裂的断裂功3部分组成，不锈钢弹性功比例较小，冲击能量主要消耗在塑性变形、裂纹扩展及断裂上，因此单纯用冲击功来衡量冲击韧性不合适。侧向膨胀量是冲击试验时，式样缺口对面的两侧由于冲击试验时所受的锤击，而产生的侧向增量，也是表达材料韧性的，侧向增量越大说明韧性越好，一般合格指标是0.381mm。1.3.4脆性(brittleness)

反映指标：延伸率(δ5)、端面收缩率、冲击韧性

1.3.4.1低温冷脆（coldbrittleness）：以铁素体-珠光体为基体的体心立方材料（如α-Fe）有冷脆现象，而面心立方材料（γ-Fe，Al、Cu、Ni、18-8奥氏体材料）都无此现象。合金元素是影响铁素体-珠光体钢转变温度的主要因素，如Ni、Mn可扩大奥氏体相区，若Ni含量达到一定量时，A相区就扩大到常温。另外，晶粒度也是影响因素，Mn会使之增大，可增加V、Nb等合金元素使晶粒细化，改善低温韧性。因此，正火和调质可使脆性转变温度下降。1.3.4.2时效脆性（strainageingbrittlement）：材料经过冲压等变形冷加工后在室温下长时间保存，或经过100-300℃的加温，强度和硬度升高而塑性和韧性下降的现象。1.3.4.3回火脆性（temperbrittleness）一般分二类：第一回火脆性合金结构钢在250-400℃温度间由于回火不当发生，是不可逆的；第二回火脆性（高温回脆）发生在550-600℃温度间，是可逆的，一般用高温回火可进行消除。压力容器材料用钢一般是第二类回脆问题，碳钢和低合金钢即使是调质高强钢回脆不明显，主要是Cr含量在1.5—3.0%间较突出。主要是在制造过程中回火处理或热处理保温冷却时以及在此温度区间长时间操作而发生，如Ni-Cr加氢设备和管道。回脆主要与P、Sn、As、Pb有关（问题：S元素呢？）1.3.5刚度（stiffness）：刚度是材料和结构弹性变形的抗力。刚度的大小在弹性范围内，可由弹性模量E表征，E愈大刚度就愈大，变形就小，温度升高E减小，刚度降低。压力容器在稳定性设计时，刚度是设计的主要依据，即设备的设计强度主要取决于刚度而不是强度。1.4高温性能

1.4.1高温拉伸试验是测定材料在100-1100℃温度范围内的规定非比例伸长应力、规定残余应力、屈服点、抗拉强度、伸长率和端面收缩率等性能指标，试样原始标距L0=5d0。1.4.2高温蠕变性能材料在高温和应力作用下逐渐产生塑性变形的现象，分不稳定阶段、稳定阶段、加速阶段三个阶段。铅、锡在常温下也有此现象，碳钢在300-350℃时、合金钢在超过35-400℃时产生蠕变(热紧）。1.4.3高温持久极限在恒定温度下，达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力。1.5腐蚀性能

腐蚀的种类很多，主要有：晶间腐蚀（intergranularcorrosion）、均匀腐蚀（uniformcorrosion）、点蚀（pittingcorrosion）、局部腐蚀（localizedcorrosion）、应力腐蚀（stresscoeeosion）、氢脆（hydrogonembrittement）等。

Cl离子腐蚀属于什么腐蚀？

1.5.1应力腐蚀（破裂）（SCC）三个条件？应力腐蚀破坏是灾难性的，材料在拉应力和腐蚀介质的共同作用下出现的脆性开裂现象。一般材料的强度越大，其开裂的敏感性越高，因此应尽量减少应力。应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的金属破坏。在固定(静止)应力情况，称为应力腐蚀破裂(或应力腐蚀开裂)，记为SCC；在循环应力情况，称为腐蚀疲劳，记为CF。其特征为：主要是合金发生SCC，纯金属极少发生；对环境的选择性形成了所谓“SCC的材料―环境组合”，一般只有拉应力才引起SCC，压应力反而会阻止或延缓SCC的发生；SCC有孕育期，因此SCC的破断时间tf可分为孕育期，发展期和快断期三部分；发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。

403020

101351030501003005001000外应加力（2米毫/斤公）破裂时间（小时）各种Cr-Ni奥氏体不锈钢在沸腾的45%Mgcl2溶液中的应力-断裂时间曲线（根据森田）OOOO18-831616Cr/12Ni

310Mo18Cr/20Ni/Mo/Cu31020Cr/30Ni/Mo/Cu31420Cr/34NiOO18-12-2Cu-3Si低于某个临界值th时，材料不发生破裂，th称为SCC临界应力。th愈大，材料耐SCC性能愈好。；CI-浓度越高

，SCC几率增大，时间缩短。●腐蚀因素（1）SCC对环境有选择性（2）氧化剂的存在有决定性作用（3）温度有着重要的影响。一般来说，温度升高，材料发生SCC的倾向增大。（4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更容易发生。●氢脆是另一种SCC机理，H与钢中的C结合，使钢脱C或使硫化物和氧化物还原，引起的材料塑性下降开裂或延迟破坏。氢脆可防不可治，一旦产生无法消除。不锈钢的氯化物、碱、硫化物，碳钢合金钢的H2S、碱、CO-CO2等均易产生腐蚀。1.5.2晶间腐蚀

晶间腐蚀：沿金属粒边界在特定的腐蚀介质中发生的腐蚀，特点是外观不发生任何变化，但晶粒之间的结合力丧失，强度和沿展性下降，冷弯后出现裂纹。晶间腐蚀指腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区，沿着晶界发展，即晶界区溶解速度远大于晶粒溶解速度。发生晶间腐蚀的电化学条件:（1）晶粒和晶界区的组织不同，因而电化学性质存在显著差异。—内因（2）晶粒和晶界的差异要在适当的环境下才能显露出来。—外因不锈钢的晶间腐蚀常常是在受到不正确的受热及热处理以后发生的，使不锈钢产生晶间腐蚀倾向的热处理叫做敏化热处理。奥氏体不锈钢的敏化热处理范围为450C—850C。当奥氏体不锈钢在这个温度范围较时间加热(如焊接)或缓慢冷却，就产生了晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢的敏化温度在900C以上，而在700-800C退火可以消除晶间腐蚀倾向。因为长期在450-850℃

敏化温度区内加热，铬碳化物的形成过程，过饱和固溶的C原子逐步向晶粒边缘扩散，与晶粒边缘的铬原子结合成为碳化物（Cr。Te）23C6，并沿晶界沉淀析出，由于Cr原子的扩散速度比C的扩散慢得多，来不及补充形成碳化物所消耗的铬，于是晶粒边缘层的铬含量低于耐腐蚀所需要的铬（Wcr＜12%），导致晶粒边缘贫铬而丧失耐腐蚀性能，在介质中工作一段时间后产生晶间腐蚀。焊缝的晶间腐蚀在多层焊里出现，前一道对后一道有敏化作用。超低碳不锈钢，少形成铬碳化物，可以避免晶间腐蚀的产生。有些含Mo的奥氏体不锈钢如316L，在敏化区间内会产生σ相，在σ相处产生晶间腐蚀。加热到1100℃左右的均一的奥氏体高温稳定区，碳化物分解，绝大部分碳溶解于晶粒中，然后急冷下来，大大减轻富碳现象，就不形成碳化铬，这种处理叫固溶处理。将含Ti或Nb的奥氏体不锈钢加热到850-930℃保问一段时间，把Cr从铬碳化物中释放出来，用Ti或Nb和C固定结合；同时使Cr在此温度下有足够的时间进行扩散，这种处理叫稳定化处理。问题：应力腐蚀和晶间腐蚀有何不同？1.SCC为穿晶、沿晶和混合腐蚀，裂纹尖端应力很高，裂纹在腐蚀点或小孔的前端，散发且尖锐，产生三要素：拉应力、材料和环境；2.晶间腐蚀由敏化产生贫铬，外表雾明显迹象，弯曲时才有裂纹现象，但晶间结合力下降，基础元素铬减少，造成局部破坏。只要介质和材料匹配可避免；3.试验方法不同：晶间腐蚀试验采用硫酸和硫酸铜，加热温度650℃左右；应力腐蚀试验采用沸腾氯化镁，加热到1025℃。4.试验目的不同：晶间腐蚀试验是考核沿晶界的局部腐蚀情况；应力腐蚀试验是考核表面裂纹所显示的应力承受水平。

5.相同之处：都是针对不锈钢的检验，都是当对检验结构有疑问时，采用金相检验予以确认。问题：酸洗钝化的目的是什么？1.5.3金属材料耐腐蚀的选材顺序1.5.3.1不锈钢材料耐点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀能力的顺序1.奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti→0Cr18Ni9（304）→0Cr18Ni11Ti（321）→00Cr19Ni10（304L）0Cr17Ni12Mo2Ti（316）→00Cr17Ni14Mo2（316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu（904L）→00Cr27Ni31Mo4Cu2.铁素体不锈钢：0Cr13（410S）→0Cr13Al（405）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2→00Cr26Mo1→00Cr30Mo23.双相不锈钢：00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507）1.5.3.2耐高温腐蚀用材的顺序20＃→12Cr1MoV→12Cr2Mo1（2Cr-1Mo）→1Cr5Mo→1Cr9Mo→P91→0Cr25Ni201.5.3.3耐应力腐蚀用材6MnR→20R→07/09Cr2AlMoRE（经济性新钢种）,00Cr17Ni14Mo2(316L）→00Cr19Ni13Mo3（317L）→00Cr20Ni25Mo4.5Cu（904L）00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）→00Cr22Ni5Mo3N（SAF2205）→00Cr25Ni7Mo4N（SAF2507）0Cr13（410S）→00Cr12Ti（409L）→00Cr17（430LX）→00Cr18Mo2→00Cr26Mo1注：铁素体不锈钢和双相不锈钢不得在大于350℃的环境中使用Chapter2化学元素对钢材性能的影响及相互关系

2.1化学元素对钢材性能的影响2.2合金元素铁、碳的相互作用2.1化学元素对钢材性能的影响

元素介绍C：为炼钢时从焦炭中进入，主要是增加钢的强度，同时也增加了钢的脆性。Mn、Si：为脱氧元素，炼钢时加入，增加强度，但降低冲击忍性，Si比Mn更能降低。Mn、Si的总含量对Cr-Mo钢的回火脆性有较大影响（一般小于1.2%）。Si与氧化物形成硅酸盐，使钢材致密，但含量不能超过0.4%；Mn与氧生成氧化锰，降低钢材的致密度；也溶解于铁素体中，提高钢的强度与硬度；与S生成MnS，以消除S的有害影响，同时还能促进奥氏体的生成。所以：1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性

2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

3、稍稍改善钢的低温韧性

4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素（如高锰钢）。Cr：为形成F缩小A元素，并抗氧化性、抗热强度元素，但易产生回火脆性（σ相）。铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。所以：1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性

2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

3、提高钢的耐热性

4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力Mo：为形成F并遏制回火脆性元素，提高钢的热强度，使其有良好的高温性能。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。所以：1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

3、提高钢的耐热性和高温强度

Ni：为形成奥氏体元素，但与Cr生成亚稳相，而易产生冷作硬化,并产生部分马氏体组织。1、提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性

2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性

3、扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素

4、本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力Ti：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。Nb：铌起稳定强化作用，能降低碳当量，能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。Cu：其熔点较低（1080℃），分布在晶界节点上，降低钢的高温性能。在热加工时容易产生热脆（熔点较低），铜含量超过0.5%塑性显著降低（为什么？），当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。Al：为形成F元素。1、铝是钢中常用的脱氧剂。2、钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。3、铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。缺点是影响钢的热加工性能（熔点较低）、焊接性能和切削加工性能S:

硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，其熔点只有985℃，降低钢的力学性能，优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下，导致热轧、热锻过程中的“热脆”，加入Mn与S生成MnS，MnS熔点为1620℃，从而消除热脆现象。P:在低温状态下表现出明显的脆性，即冷脆V：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力，但降低了高温抗氧化能力。N：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。能扼制Cr23C6的成核与长大，含N的不锈钢即使含C量较高，其耐晶间腐蚀的能力和超低碳不锈钢相当。稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。2.2合金元素铁、碳的相互作

用合金元素加入钢中后，主要以三种形式存在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间化合物2.2.1几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中,形成合金铁素体或合金奥氏体,按其对α-Fe或γ-Fe的作用,可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类；合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小,可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。2.2.2控制低碳钢的化学成分，主要是控制碳、硅、锰、硫、磷的含量，同时，C与Cr在不同温度段生成多种化合物，产生不同的影响，如晶间腐蚀的产生等。2.2.3C、Si、Mo、Ni等对奥氏体的晶间腐蚀有害，以C的作用最为明显，主要是形成Cr23C6的富Cr化合物，因此C是晶间腐蚀的根源，为防止晶间腐蚀的发生，奥氏体不锈钢中应将C含量控制在0.03%以内，以避免有害碳化物从晶间析出，这是解决晶间腐蚀的根本措施。（附图）2.2.4Nb和Ti能优先于Cr与C形成化合物，能固定一部分C，因此对防止晶间腐蚀有益。2.2.5材料在400℃-500℃温度下长期使用，P、As、Sb、Sn等微量元素扩散沿晶界偏析，对母材和焊接接头逐渐变脆，产生回火脆性，这在X系数和J系数上得到明显体现。Chapter3典型金属材料介绍

3.1不锈钢

3.2Cr-Mo耐热钢3.3低温钢

3.4低合金高强度正火或调制刚

3.5铸铁和铸钢

3.6锻件3.1不锈钢

几个概念说明

问题：不锈钢的基础元素是什么？1.σ相脆性

σ相脆性主要产生在Cr质量分数大于15%的高Cr铁素体不锈钢及其焊缝，或奥氏体不锈钢及其焊缝。指上述不锈钢及其焊缝在550-900℃长时间加热，由于析出σ相而使金属变脆的现象。

σ相是一种具有复杂六方点阵的金属间化合物FeCr，硬度高达HRC68以上，且σ相析出时伴随着很大的体积变化、σ相又常常沿晶界分布，因而造成很大的脆性，也会增大金属晶间腐蚀倾向，降低抗氧化性。因为铁素体相富Cr，且有利于Cr扩散，因此铁素体不锈钢问题最突出，当奥氏体不锈钢中铁素体含量较多时也容易产生。可以通过重新加热至一定温度，使σ相溶解，随后快速冷却来消除σ相脆性。2、475℃脆性指Cr质量分数大于15%并含有较多铁素体的钢在350-550℃范围内长时间停留或在此范围内缓慢冷却时出现的一种脆化现象。主要发生在含有较多高Cr铁素体不锈钢及其焊缝中，在含有较多铁素体的奥氏体不锈钢及其焊缝中也会出现，且铁素体相越多，催化越严重。可通过重新加热到550-650℃保温1-5小时并快速冷却来消除475℃脆性。3、敏化处理对于奥氏体不锈钢，在450-850℃间短时加热即易促使产生晶间腐蚀倾向，称这种热处理为敏化处理。4、稳定化处理对于奥氏体不锈钢，在850-930℃短时加热后（一般保温2小时）空冷，可消除晶间腐蚀倾向，称这种热处理为稳定化处理。5、固溶处理用于对耐腐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如σ相）的焊件。其方法是将焊件均匀几热到1050-1150℃，保温1小时，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。一般只能整体加热，不能局部加热。6、晶间腐蚀现象解释—贫Cr理论经过固溶处理的奥氏体不锈中，碳以过饱和状态溶解于奥氏体中，但不是一种稳定的状态，当金属受到敏化温度的热作用时，过饱和的碳就向晶界扩散，与Cr形成Cr23C6或（Cr-Fe）23C6沉淀于晶界。碳是间隙原子，扩散速度快，可以不断地由晶内向晶界补充。而晶内的Cr扩散速度比较慢，来不及向晶界补充，因而在晶界能形成一个薄的贫Cr层，使之丧失耐腐蚀能力，在腐蚀介质作用下贫Cr区域将产生明显腐蚀，即晶间腐蚀。问题：铁素体不锈钢为什么不做晶间腐蚀，有晶间腐蚀吗？产生贫Cr现象吗？与奥氏体不锈钢晶间腐蚀有何不同？镍基合金是否有晶间腐蚀？1.F不锈钢一般不做晶间腐蚀，与A不锈钢不同，在加热(如焊接）900-950℃产生晶间腐蚀，即使是急冷也无法避免，在750-850℃退火可消除。2.F不锈钢一般不会出现贫Cr现象，但有晶间腐蚀。3.F不锈钢的晶间腐蚀在焊缝和熔合线附近产生，A不锈钢晶间腐蚀在热影响区产生。4.A不锈钢有5-12%的F组织，可避免晶间腐蚀的发生，5.一般不锈钢焊接接头很难通过晶间腐蚀，但双相不锈钢焊接接头一般可避免晶间腐蚀的发生。6.镍基合金有晶间腐蚀，但Ni含量大于30%基本可以避免。3.1.1奥氏体不锈钢

在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%~10%（问题：不足此量有什么影响？）、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。奥氏体在加热时无相变（为什么？）,因此不能通过热处理强化。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：在1050-1100℃之间的固溶处理；加热到850-930℃，保温2-6h，随后进行空冷或炉冷的稳定化处理；消应力退火；为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。一般加热至250-425℃，经常采用的是300-350℃。对于不含钛或铌的钢不应超过450℃，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。奥氏体不锈钢锻造温度范围很窄，因为在较低温度下锻，变形抗力很大，容易开裂；如果在高温锻，晶粒容易长大，晶粒粗大，而且在更高温度下，高温铁素体的产生使材料的塑性变得很差，一般来说900～1160℃℃度范围内，终锻温度为850-925℃。奥氏体不锈钢在815～480℃敏化温度范围内停留时间过长,会沿晶界析出Cr23C6,大大降低抗腐蚀性能。但快冷后锻件内部会留下残余应力,故冷却后还必须加热到780～850进行再结晶退火以消除内应力。其体系演变图如下：3.1.2铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢，铬质量分数在12%~32%，具有体心立方晶体结构。如0Cr13、0Cr13Al、00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo等。在原来高Cr、C铁素体基础上加入强烈铁素体形成元素（如Al），将钢中Cr、C含量降低，其耐腐蚀（尤其是抗晶间腐蚀）性能大大提高。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。加热为了防止晶粒粗大，铁素体不锈钢加热温度不能太高，保温时间不能长。一般采用的始锻温度为1040~1120℃。为了缩短坯料在高温时的停留时间，应当缓慢加热到760℃，然后快速升温到始锻温度。铁素体不锈钢因无相变发生.锻后可正常空冷。尤其应快冷，因为在400～525℃范围内停留时间过长，会出现475℃脆性,如0.08%C～0.4%Si—16.9%Cr钢在450℃保温4h后，室温冲击韧性几乎下降到零；当加热500-850℃时在晶界产生σ脆性，当加热到800℃以上保温一段时间后消除；对于高Cr铁素体不锈钢,当加热到950-1000℃并急速冷却，产生高温脆性，重新加热到850以上℃可恢复塑性。因此，热加工和焊接应特别注意。3.1.3马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。Cr的质量分数为12-18%，但C质量分数最高可达0.6%，典型牌号为Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。马氏体不锈钢加热温度不能太高。因过高的温度会使组织中出现δ铁体，塑性下降，容易锻裂，锻后应不迟于12h内进行退火,以消除内应力,避免在以后酸洗或存放过程中产生裂纹,退火速度一般为750～800℃,保温1～3小时,缓冷至600℃后空冷。加热工条件汇总：组织类别钢

号锻造温度/℃加热方法冷却方法始锻终锻铁素体钢Cr171050～1100750～800缓慢加热至850℃，迅速加热至1050～1100℃正常空冷Cr28950～1000720～800缓慢加热至850℃，迅速加热至锻造温度正常空冷马氏体-铁素体钢1Cr131180～1200≥850缓慢加热至800℃，然后快速加热至锻造温度灰冷或砂冷1Cr17Ni21175825

缓冷奥氏体钢0CrH8Ni91180900

正常空冷1Cr18Ni9Ti1160～1200≥820

2Cr18Ni91160900

1Cr14Mn14Ni1160～1200≥850

Cr12Ni181100～1150850～900

马氏体钢2Cr131160～1200≥850≤800℃装炉，850℃前缓慢加热砂冷或及时退火3Cr131160～1200＞850≤800℃装炉，850℃前缓慢加热缓冷并及时退火4Cr131160～1200≥800缓慢加热至800℃，然后快速加热至锻造温度灰冷或砂冷，并及时退火1Cr12Ni3MoV1030～1070＞850

灰冷或砂冷1Cr11Ni2W2MoV1180850

灰冷或砂冷4Cr10Si2Mo1130～1150＞850

灰冷或砂冷9Cr181170～1190≥950

炉冷组织类别钢

号锻造温度/℃加热方法冷却方法始锻终锻3.1.4双相不锈钢铁素体的体积分数为30-60%，具有奥氏体和铁素体双相组织，具有良好的抗点蚀、抗应力腐蚀、抗晶间腐蚀性能，强度较高，屈服强度约为一般奥氏体不锈钢的2倍。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%（一般3-7%）。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。由于奥氏体和铁素体变形能力不同，所以可锻性差，铁素体在900℃以下有析出等σ脆性相的危险，锻造温度1100-1150℃，终锻温度950℃。总之，铁素体不锈钢具有的σ脆性、475℃脆性和高温晶粒粗化脆性都存在于双相不锈钢中，其催化程度随铁素体含量增加而加大。双相钢焊接方法首选TIG焊，然后是焊条电弧焊，采用埋弧焊时应严格控制热输入和层间温度，且应避免大的稀释率。采用TIG焊时，宜在保护气体中加入1-2%的氮气（若N超过2%就会增加气孔倾向，且电弧不稳定），以使焊缝金属吸氮（防止焊缝表面区域因扩散而损失氮），有利于稳定焊接接头中的奥氏体相。焊接材料的选择：选用奥氏体形成元素（Ni、N等）较高的焊材，以促进焊缝中的铁素体向奥氏体转变。2205钢多选用22.8.3L的焊条或焊丝，2507钢多选用25.10.4L的焊丝或25.10.4R的焊条。Cr,Mo,Si⇒铁素体稳定元素Ni,Mn,N,(C)⇒奥氏体稳定元素铁素体/奥氏体的两相含量可通过热处理来控制，两厢比例将影响：机械性能.腐蚀性能.热处理制度非常重要，好的热处理制度会使双相钢具高的强度及韧性。焊接热输入不可过大也不可以过小。热输入过小，则冷却速度过快，不利于铁素体向奥氏体转变，造成焊缝和热影响区中铁素体过多；热输入过小，则冷却速度过慢，会导致晶粒长大以及σ相等析出脆化。27Jimpactcurve.SAF2707HDsimilartoSAF2507注：双相钢与奥氏体、铁素体不锈钢比较：

1、与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

（1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。

（2）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。

（3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。

（4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。

（5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。

（6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。

2、与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：

（1）应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下，一般不超过300℃。

（2）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。

（3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。

3、与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：

（1）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。

（2）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。

（3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。

（4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。

（5）应用范围较铁素体不锈钢宽。

4、与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：

合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。3.1.5镍基合金

（问题：是什么组织？）一般不锈钢的Ni含量在20%以下；若Ni含量在20%-30%之间为高镍不锈钢；Ni含量在30%以上则为高镍耐蚀合金；如Ni含量不小于30%，且Ni+Fe大于等于50%，则为铁镍基耐蚀合金；如Ni含量在50%及以上，则为镍基耐蚀合金。镍基合金有：Ni-Cu型如Ni66Cu32（Monel400）；Ni-Cr型，0Cr15Ni75Fe（inconel600）、0Cr30Ni60Fe10（inconel690）等、incoloy825、、哈氏合金等牌号。膨胀系数与碳钢相近，而导热性比碳钢还差。区别：INCOLOY和INCONEL是美国超合金公司的专利产品，是theInternationalNickelCo.公司的注册商标。

incoloy耐热镍铬铁合金,Inconel镍铬铁耐热耐蚀合金，适用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为50％~70％的苛性碱（如NaOH）溶液中,具有良好的耐蚀性,不产生应力腐蚀开裂。是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬合金，并添加了铜和钼。同时为温度升高时抗氧化和碳化而设计，使用温度不超过550℃。

Inconel适用于含Cl—的各种溶液和酸类,以及浓度＜70％的苛性碱等许多介质。由于碳含量低并经过稳定化热处理，即使在650-900℃高温保温50小时以后仍然不会有敏化倾向，使用问题-196～450℃。Incoloy825热处理工艺：退火980-1100℃，消应力：780-870℃；热加工工艺：870-1180℃，最好为870-980℃。Inconel625热处理工艺：固熔：1050-1150℃，退火800-1050℃，消应力退火：550-760℃；热加工工艺：1000-1180℃,在650-850℃间容易开裂。焊接可采用TIG、MIG和手工焊等，一般不用自动焊，焊接要求干净清洁，不得有任何油污等，尽量减少先能量的输入。注意：镍及镍合金的导热性比不锈钢还差，焊接时容易过热引起晶粒大，因此焊接操作时应选用较小和焊接电流，焊条最好不横向摆动，收尾时注意填满弧坑以及保持较低的层间温度，非常容易被硫和铅脆化，形成热裂纹，所以除必须严格控制焊条的硫、铅等含量外，焊前应进行认真清理。同时注意其热加工的温度区域。镍合金具有全奥氏体显微组织。石化行业使用的几乎所有的镍合金都是固溶强化状态。添加有效硬化元素，如Mo和W，而不是碳化物形成元素，可以提高它们的强度。与奥氏体不锈钢一样，固溶的镍合金不能通过热处理强化，而只能通过冷加工使其强化。注：哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合哈氏合金C-276(hastelloyC-276,N10276),对应的国内牌号：NS334，属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金；哈氏合金B(hastelloyB,N10001),对应的国内牌号：NS321哈氏合金B-2(hastelloyB,N10665),对应的国内牌号：NS322，

哈氏B-2合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能，能耐常压下任何温度，任何浓度盐酸的腐蚀。哈氏合金B-3(hastelloyB,N10675),好像暂无对应的国内牌号。主要镍基合金化学成分、力学性能、使用范围对比：

耐蚀镍合金的名义化学成分，%合金UNS牌号NiCrMoFeWCu其它400N0440066.5

1

31.51.0Mn600N066007515.5

8

625N066256221.592.5

3.8（Nb+Ta）690N066906129

9

825N088254221.5329.5

2.31.0TiC-276N102765715.5165.53.8

C22N0602256221333

C-2000N102005923161.5

1.6

B-2N10665691.0﹡282.0﹡

B-3N1067568.51.528.51.53.0﹡

B-4N10629661283.5

镍合金室温力学性能的最小值合金极限抗拉强度,ksi屈服强度,0.2%ksi延伸率,%4007028356008035306251105530690853530825853530C-2761004140C-221004545B-21105140B-31105140B-41105140镍基耐蚀性一般指南

●代表很好，好▲代表好，满意■不推荐合金硫酸磷酸盐酸氢氟酸硝酸有机酸强碱还原性盐氧化性盐400●▲▲●■●●●■600▲▲■▲▲●●●▲625●●●●●●●●●690▲●▲●●●●●●825●●▲■●●▲●▲G-3●●▲●●●●●●C-276●●▲●▲●●●●B-2●●●●■●●●■3.1.6钛合金钛合金的密度只有普通不锈钢的一半，重量轻、强度高、耐热耐蚀，在PTA装置中大量采用，称为未来的金属。钛材分30多个等级，其中Gr.1、Gr.2、Gr.3为纯钛，其余一般添加一些合金元素，Gr.1应用于复合板的复层，Gr.2、Gr.3用于内衬、法兰密封面、内件、换热管等。钛熔点高，为1668℃，比碳钢高130℃，而导热系数低，比碳钢低4.5倍，比重为4.5左右；与其他金属焊接2脆性接头，所以一般不与其他金属焊接，而采用粘结、爆炸焊接和螺栓连接；变形小，及易形起加工硬化，所以要注意加工过程中的弯曲半径（不小于厚度的4-5倍）；抗拉强度随温度升高快速下降，当温度达250℃，其强度只有室温的一半，，所以当温度超过150℃时应考虑使用复合板；由于回弹大，屈强比大，钛制部件一般采用550℃左右的温成型。3.2Cr-Mo耐热钢高温条件下选择材料一般是：400-500℃以下选用1Cr~0.5Mo；400～600℃可选用11、22型或加（V），500～650℃选用91、92型（1Cr9Mo1VNbN等），600～850℃用奥氏体不锈钢等等，800～1000℃用铁基或镍即合金，1000℃以上用Mo基或各种陶瓷复合材料。问题：热处理时间对强度和冲击韧性有什么影响？几个概念解释

Cr-Mo钢其常用的热处理方式：1、DHT(消氢热处理)

通常温度350～400℃，其目的在于降低焊缝中的氢含量，以避免焊缝中产生氢致裂纹。

2、ISR(中间消应力热处理)

通常温度620～650℃，其目的在于降低焊接接头中的氢含量和残余应力。3、最终焊后热处理其目的在于改善焊缝金属和热影响区的组织以获得最好的性能，对于标准的CrMo钢，温度为690℃；对于加V的CrMo钢，温度可为700～710℃。CrMo钢的最终热处理温度不得高于母材的回火温度。.4、模拟焊后最大程度热处理和最小程度热处理针对比较厚的锻件和板材，一般根据实际制造过程热循环数量确定模拟热处理时间，模拟热处理结束后做机械性能分析，主要要考虑的热循环过程有：热成型,焊接,焊后热处理,现场返修和以后检修后的热处理。模拟焊后热处理的取样与所对应的具体锻件和板材有关系，不同的部件取样位置是不一样的，一般的要求在1/4厚度以内取样（要求高的在外侧、1/2、3/4厚度分别取样）。正常都是一拉三冲，但有差别，比如反应器和核电产品的模拟焊后热处理就有特殊的要求，并非是一拉三冲，而是有低温冲击性能和高温拉伸试验要求。模拟焊后最大程度热处理是考虑到返修或其他原因造成多次热处理的累积时间，一般用于考核材料的强度，薄板一般为12-18小时，反应器一般为26-38小时。最小程度热处理是热处理一次的热处理时间，一般考核材料的韧性，薄板一般为2-4小时，反应器一般为6-8小时。.5、氢致延迟裂纹产生条件：钢材的脆硬倾向（500℃左右可消除M组织）、焊接接头的应力状态、焊缝金属的扩散氢含量。脆化原因：焊接时，焊缝金属的含C量低于母材，在较高温度发生相变，即A分解为F、P、B以及低碳M，而此时焊缝金属还未分解，相变滞后。当焊缝金属由A转变为F、P、B组织时，H的溶解度突然降低，而H在F、P、B中的扩散速度较大，因此H就很快从焊缝越过熔合线向未分解成A的热影响区扩散，而H在A中的扩散速度很小（溶解度大），还来不及扩散到熔合线附近的母材，就在熔合线形成了富氢地带。在滞后相变的母材和热影响区发生A向M转变时，氢以过饱和状态残留与M中，并聚集在晶格缺陷内或应力集中区，促使其脆化。因此，必须进行消氢和去应力处理。

3.2.115CrMoR（1Cr~0.5Mo）σbMPaσSMPaδ5%AKV(20℃)交货状态450~590≥295≥19≥31J正火加回火1Cr~0.5Mo(SA387Gr12Cl2)板，为珠光体耐热钢，具有良好的热强度、冲击韧性和抗氢性能，550℃以下有较高的持极限，热处理状态：正火加回火。1、其力学性能δ>25mm应逐张进行UT检测，不低于III级合格。δ=6~602.物理性能及金相AC1：745℃，AC3：845℃，组织为F+P3.热处理正火930~960℃（锻件适当低点，下同），回火680~720℃，锻造温度850-1200℃，焊后热处理660~705℃以690℃为佳。15CrMoR可不考虑回火脆化。4.注意事项a.热处理后应进行正火+回火处理b.焊接性良好，焊接时容易产生延迟裂纹，故焊接烘烤、焊接环境、预热、消氢格外重要，控制线能量输入。c.预热层间温度≤250℃d.避免组装应力问题：封头成型后怎么处理？问题：15CrMoR和15CrMoR(H)有何区别？后者是经过临氢处理后的15CrMoR，P、S、O含量控制更严格，临氢的目的是为了防止氢腐蚀3.2.214Cr1MoR（ASMESA387Gr.11）1、焦炭塔临氢材料，出厂时为回火或正火回火状态，出厂硬度：钢板出厂时表面硬度270-340HB布氏硬度。ASMESA387Gr.11（Class1and11），适当应该考虑X系数。为贝氏体组织,在600℃下有较好的热强度、抗氧化、抗硫、抗氢腐蚀性能，由于Cr含量有所提高，其韧性、高温力学性能、高温长期力学性能、抗氧化性能比15CrMoR更好。主要是控制S、P脆性元素和As、Sn、Sb等有害元素。尤其控制P+Sn的含量以提高韧性。2、物理性能及金相AC1：766℃，AC3：863℃，组织为B回火贝氏体组织。14Cr1MoR要考虑回火脆化。焊接注意事项：热处理后应进行回火处理，焊接性良好，焊接时容易产生延迟裂纹，焊接时候预后热要求更高3、热处理：正火930~960℃，回火680~730℃，锻造温度850-1200℃，焊后热处理670~705℃（以690℃为好）。14Cr1MoR要考虑回火脆化。注意事项：封头成型后的热处理后应进行正火+回火处理。焊接性良好，焊接时容易产生延迟裂纹，焊接时候预热要求更高。4、力学性能横向取样σsMPaσbMPaδ5%AkvJ≥310515-690≥21≥34高温拉伸200℃350℃450℃500℃σ0.2≥MPa2552201951773.2.32.25Cr-1Mo（-0.25V）AC1：804℃，AC3：870℃（一说890），组织为B回火贝氏体组织，热处理：正火900~960℃，回火700~740℃，锻造温度860-1100℃，焊后热处理680~715℃（以690-705℃为好）。2.25Cr-1Mo的脆性转变温度小于-100℃，回火脆性指标小于10℃。在2.25Cr-1Mo中加入0.3%的合金元素V起了2方面的作用：一是提高钢的淬硬性，二是作为碳化物形成元素，提高了钢的高温蠕变强度和组织稳定性，从而使2.25Cr-1Mo-0.25V比2.25Cr-1Mo具有更高的晶间强度和可使用温度，抗氢腐蚀性能和抗氢脆性能明显提高，设计温度也提高了28℃。2.25Cr-1Mo-0.25V钢在一定的焊接条件下具有良好的焊接性,其抗回火脆化性能能力远优于2.25Cr-1Mo钢。2.25Cr-Mo钢有回火脆化倾向，因此对微量有害杂质元素要进行控制，需要控制焊缝金属的回火脆化敏感系数X和控制钢材的回火脆化敏感系数J，一般要求X=（10P+5Sb+4Sn+As)X10-2≤15ppm；J=(Si+Mn)(P+Sn)X10-4≤120。式中元素以ppm含量代入或其百分含量代入，vTr54＋2.5△vTr54最小值达到－50℃以下，一般控制小于10℃。vTr54为经过最小热处理后步冷处理前的54J能量转变温度，△vTr54为经过最小热处理和步冷处理后的54J能量转变温度增量，2.5（有1.5及3）为假设材料在服用期间产生最大回火不超过由于步冷试验产生脆化量的2.5倍。注意：Cr-Mo钢的加工必须做好：材料订货技术条件、热处理工艺方案的选择、热加工的验证试板、焊前预热焊后立即消氢和中间热处理、最终热处理、无损检测的程序等问题：为什么后热（消氢）的温度是350-400℃?考虑扩散氢的饱和浓度值和扩散氢的速度两个因素，温度越高，饱和浓度越高，逸出速度也快，在350-400℃范围时二者最佳；同时，此温度消氢可避免M的产生，降低焊接接头的峰值应力。因此确定了在350-400℃是去氢最佳温度。问题：消氢和焊后热处理的区别?目的不同：消氢处理的目的是为了使焊缝熔池金属在结晶和冷却过程中吸收空气中的氢给扩散出来，又称"扩氢"，是防治延迟裂纹的产生而导致的脆性断裂，一般的在强度级别较高的低合金钢以及与化学成分有关的钢种需要焊后消氢；消除应力热处理是为了消除或降低焊接接头、成型等过程中产生的焊接应力或型变残余应力。温度等参数不同：消氢处理的温度一般为350－400度，时间为2小时，而且必须焊后立即进行，冷却以后就无作用。如果在焊接完成后立即进行消除应力热处理时，可不单独进行消氢处理；消应力热处理一般根据材料的牌号确定热处理温度，一般是低于Ac1（珠光体向奥氏体开始转变的温度）线30℃，根据材料厚度确定时间，其消应力的效果往往根据热处理后焊接接头的焊缝、融合线以及热影响区的硬度测试来判定。问题：475度脆化和回火脆化区别？475度脆化一般是指不锈钢,回火脆化一般是指CrMo钢

475℃脆性

：

含有较多铁素体相（超过15%～20%）的双相焊缝金属，经过350～550℃加热后，塑性和韧性会显著降低，即性质脆化。由于在475℃时脆化速度最快，故称为“475℃脆性”。铁素体越多，这种脆化越严重。已产生475℃脆化的焊缝，可以900℃淬火消除。

回火脆性：回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在200~350℃之间，另一个在400~650℃之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。

第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为250～400℃时，其特征为：

（1）具有不可逆性；（2）与回火后的冷却速度无关；（3）断口为沿晶脆性断口。

产生的原因三种观点：

（1）残余A转变理论2）碳化物析出理论（3）杂质偏聚理论

防止方法

（1）降低钢中杂质元素的含量；

（2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；

（3）加入Mo、W等可以减轻；

（4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；

（5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。

第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在400～650℃，其特征为：

（1）具有可逆性，在600℃以上重新进行回火并迅速冷却，即可恢复其韧性

；

（2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。

（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大；

（4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关；

（5）断口为沿晶脆性断口。

影响第二类回火脆性的因素

（1）化学成分（2）A晶粒大小（3）热处理后的硬度

产生的机理

（1）出现回火脆性时，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，都集中在2~3个原子厚度的晶界上，回