石油机械常用锻钢性能

公司徽标钢的热处理与石油机械用钢钢的热处理与石油机械用钢技术讲座技术中心陈立人2005.9.8PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com前言前言•钢科技的地位:•机械制造业的基础;•在宝石发展历史中所的作用;•核心竞争力的体现•面临的形势与任务：•资源消耗型企业•存在很大的潜力和发展空间;•不断发展的先进钢科技;•发展先进、高效、节能、轻型石油机械；•节约型社会；PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com钢的热处理与石油机械用钢技术讲座钢的热处理与石油机械用钢技术讲座•目录•一、材料的基本知识•二、关于钢的热处理•三、钢机械性能•四、部分材料研究结果和可探讨的几个问题•五、石油机械材料性能基本数据与选材规范（推荐）PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•1、工程材料分类•1）金属材料——黑色金属——铸铁•钢：构件用钢•零件用钢•工具用钢•不锈钢及耐热钢•有色金属：轻有色金属：Ai、Mg、Fe等•重有色金属：Cu、Zn、Pb、Ni等•贵有色金属：W、V•稀有金属：金、银、铂等•放射性金属：•2）陶瓷材料—氧化物陶瓷：硅、铝等氧化物•非氧化物陶瓷：碳、氮化合物•3）高分子材料—塑料•橡胶•合成纤维•4）复合材料—金属基复合材料•陶瓷基复合材料•树脂基复合材料PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•2、钢知识•钢是以铁、碳为主要成分的合金，含碳量一般小于2.11%。•1）分类•按用途分类：•结构钢：.用作各种机器零件的钢—包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。用作工程结构的钢—包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。工具钢：用来制造各种工具的钢—可分为刃具钢、模具钢与量具钢。特殊性能钢：具有特殊物理化学性能的钢—不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。•按化学成分分类：碳素钢：低碳钢（≤0.25%）、中碳钢（0.25-0.6%）、高碳钢（≥0.6%）。合金钢（多元铁合金）：低合金钢（≤5%）、中合金钢（5--10%）、高合金钢（＞10%）。也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。•按质量分类:（按钢材中有害杂质磷、硫的含量）•普通钢（P≤0.045%、S≤0.055%；或P、S≤0.050%）；•优质钢（P、S≤0.040%）；•高级优质钢（P≤0.035%、S≤0.030%）。•此外，在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•3、常用金属材料牌号表示方法•1）新标准(GB/T221—2000)•由于一些钢铁产品牌号有它们专用的标准，故标准参照国外钢铁产品牌号表示方法和国内钢铁产品牌号表示方法变化，取消了原标准中铁合金、铸造合金、高温合金、精密合金、耐蚀合金和铸铁、铸钢、粉末材料等牌号表示方法。•新标准增加了脱碳低磷粒铁、含钒生铁JP2、铸造耐磨生铁、保证淬透性钢、非调质机械结构钢、塑料模具钢、取向硅钢(电讯用)等牌号表示方法。•对不适应科技发展和与生产不协调的一些用钢牌号作了彻底改变或修改。如碳素结构钢A３改为Q235，低合金高强度结构钢16Mn改为Q345等。对不锈钢、耐热钢和冷轧硅钢等的牌号表示方法也做了修改。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•2.编号基本原则••(1)一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。•(2)采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。•(3)暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。•3、编号方法（略）PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•4、主要钢•1）调质钢传统是指淬火和高温回火钢。化学成分特点，碳含量0.3－0.5%，并含有一种或几种合金元素，具有较低或中等的合金化程度。•合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。热处理后的金相组织是回火索氏体。具有强度、塑性和韧性的良好配合。大多数调质钢为中碳合金结构：•屈服强度490-1200Mpa。以焊接性能为突出要求的调质钢，为低碳合金结构钢；•屈服强度一般为490-800Mpa，有很高的塑性和韧性。•少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度1400Mpa以上，属高强度和超高强度调质钢。常用的合金调质钢按淬透性和强度分为4类：●低淬透性调钢；•●中淬透性调质钢；•●较高淬透性调质钢；•●高淬透性调质钢。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•2、特殊性能钢•1）概念•具有特殊物理或化学性能。机械制造中主要使用不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢。•2）常用不锈钢●马氏体不锈钢。含碳量为0.1--0.45％,含铬量为12--14％，属铬不锈钢。随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性提高，但耐蚀性则下降。为了提高耐蚀性及机械性能，这类钢最后热处理是淬火和回火，空气中可淬硬，但一般仍用油冷。这类钢多用于机械性能要求较高，而耐蚀性要求较低的零件。如汽轮机叶片、各种泵的零件、弹簧、滚动轴承及一些医疗器械。●铁素体不锈钢常用含碳量低于0.15％,含铬量为12--30％,也属于铬不锈钢。其塑性、焊接性均较马氏体钢好。这类钢广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等化学工业中。●奥氏体不锈钢这是应用最广泛的不锈钢，属镍铬钢。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念••3）常用耐热钢•●抗氧化钢（不起皮钢）一般钢铁在较高温度下（560℃以上）表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落，最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。●热强钢金属在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；二是在再结晶温度以上，即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。这种现象称为蠕变。产生的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失。热强钢采用的合金元素，如铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。分类：A．珠光体钢：在350--600℃范围使用。B．马氏体钢：在低于620℃范围内使用。C．奥氏体钢：一般在600--700℃范围内使用。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念•3）耐磨钢耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。它只有在强烈冲击与摩擦的作用下，才具有耐磨性，在一般机器工作条件下，它并不耐磨。主要用于制造坦克、拖拉机的履带，挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板、铁路道岔等。由于高锰钢极易加工硬化，使切削加工困难，故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的。•4）钢牌号•马氏体不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，•铁素体不锈钢：1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25等，•奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9(304)、00Cr18Ni9Ti(304L)等，•双相不锈钢：00Cr26Ni7Mo2Ti等。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com一、材料基本概念一、材料基本概念420S27S4200Z20Cr13X20Cr13420S29420SUS420J12Cr13Z12Cr13X10Cr13410S21410SUS4101Cr13Z6C13X7Cr13S41000SUS410S0Cr13410SNFA35-584NFA35-576~582DIN17224BS1449Part2UNSGB3220-92[84]NFA35-572DIN17440BS970Part4AISIJISGB1220-92[84]法国德国[W.-Nr.]英国美国日本中国PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com国内外不锈钢标准钢号对照表国内外不锈钢标准钢号对照表S30400[1.4301]Z6CN18.09X2CrNi89304S15304SUS3040Cr18Ni9S30200Z10CN18.09X12CrNi188302S25302SUS3021Cr18Ni9Z8C17X8Cr17430S15S43000430SUS4301Cr17S42900429SUS4291Cr15Z100CD17X105CrMo17440CSUS440C9Cr18Z40C13X4DCr13SUS420J24Cr131Cr12S43100Z15CN-02X22CrNi17431S29431SUS4311Cr17Ni2420S45SUS420J23Cr13法国德国[W.-Nr.]英国美国日本中国PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com国内外不锈钢标准钢号对照表国内外不锈钢标准钢号对照表S34700Z6CNNb18.10X10CrNiNb189347S17347SUS3470Cr18Ni11Nb1Cr18Ni9TiS32100[1.4541]Z6CNT18.10X10CrNiTi189321SUS3210Cr18Ni11TiS30451Z5CN18.09A2304NSUS304N10Cr19Ni9NS30403[1.4306]Z2CN18.09X2CrNi189304S12304LSUS304L00Cr19Ni10法国德国[W.-Nr.]英国美国日本中国PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com二、钢的热处理二、钢的热处理•1、热处理概述•提高钢性能的主要途径：•合金化•热处理。钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。•通过热处理可以充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能，减轻工件的重量，节约材料，降低成本，还能延长工件的使用寿命。•根据加热和冷却方法的不同，热处理方法大致分类如下：1）普通热处理退火、正火、淬火、回火2）表面热处理表面淬火（不改变成分）—感应加热淬火、火焰加热淬火化学热处理（改变成分）—渗碳、氮化、碳氮共渗及其他PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com二、钢的热处理二、钢的热处理•2、整体热处理•1）淬火•指将钢件加热到ac3或ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等