材料学讲义

现场作业条件及维护注意事项系列培训一金属材料主讲:刘元友2008年10月22日1、1949年12月某日英国一艘5万吨油轮停靠在某港口，次日早晨发现从其中断裂，当时气温为零下42摄氏度，风力6级，请问大家这是什么原因？2、1969年我国与前苏联在东北珍宝岛乌苏里江边作战时伤亡惨重。我方枪膛、大炮炮膛均被打爆，坦克链条断裂，当时气温零下45摄氏度，请问这又是什么原因？3、你如何解释1979年12月乌石化精馏塔地脚螺栓断裂？4、2002年独山子乙烯火炬分离罐为何出现裂纹？提问•黑色金属-----铁、锰、铬及它们的合金•有色金属-----除黑色金属以外的金属及它们的合金一、金属材料的分类金属可分为两类：黑色金属有色金属1、黑色金属铁和钢生铁—C%=2.2~3.8%及其他一些元素钢—C%=0.0218~1.5%及其他一些元素2、有色金属：铝、铜、锡、铅、锌、、W、等及其合金0M0M0MiN二、金属的机械性能及其他性能1、机械性能a、抗拉强度--金属在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。抗拉强度---屈服强度---弹性极限---bseFxyLsFeFbFEsKB断裂低碳钢的拉伸曲线b、屈服强度指在外力作用下金属材料开始产生明显塑性变形时的抵抗力。（面积）拉力）AFss(c、弹性极限材料由弹性变形过度到弹—塑性变形的应力。d、硬度（HB、HR、HV)—金属抵抗硬物压入的能力。硬度和强度有一定的对应关系，在使用时可测硬度再换算出强度。ee、冲去韧性材料抵抗冲击负荷而不破裂的能力。冲击韧性值与温度有关。kakakaka高低波动ka脆性转变温度（脆性临界转变温度）温度对值的影响kaka℃如Q235在-20℃开始出现脆性转变，所以我们园区内的钢结构均选用Q235C。f、金属疲劳机械零部件在交变负荷作用下突然断裂，如离心机的轴，变压吸附塔承压部门等。钢铁有色金属710N810Ng、金属蠕变金属在高温长时间应力作用下，即使应力远远小于但也产生变形的现象。蠕变强度是指零部件在高温长时间负荷作用下，材料抵抗塑性变形的能力。钢：250℃15：500℃12：600℃s#200crm0Grm0Grm2、金属的物理性能a、导电性b、导磁性c、熔点3、金属的化学性能腐蚀性金属在某种介质中发生了某种反应逐渐遭到破坏的过程。腐蚀又分：1）、化学腐蚀——单纯的化学腐蚀造成的腐蚀（高温氧化）2）、电化学腐蚀——金属在酸、碱、盐等电解质溶液中发生反应而引起的腐蚀。（必须具备三个条件：有电位差；有电解质溶液；发生接触）三、钢的分类及选用原则1、钢的分类a、按浇注状态分：沸腾钢半镇静钢镇静钢b、按钢材质量分：1）、普通碳素钢p≤0.045%s≤0.055%(GB700-2002)例如Q235A·F表示屈服点=235sA—表示甲类钢，只保证机械性能，不保证化学成分B—表示乙类钢，只保证化学成分C—表示特类钢（机械性能，化学成分）F—表示沸腾钢b—半镇静钢Z—镇静刚常见的有槽钢、角钢、工字钢（管廊、锅炉钢结构）2）、优质碳素钢p≤0.04%s≤0.04%主要保证化学成分、、、、，但价格比普通碳素钢高。符号用平均含碳量万分之几表示，08，10，15，20……85，共17种。如钢含C≈0.17~0.24%，平均0.20%，即万分之20。s5bka#20注意由于炼钢生铁来源不一，有些炼钢生铁中含量高，所以优质碳钢有15、20、40均属于优质碳素钢（c的含量是5的倍数,后加）nMnMnMnMnM2、碳素钢的性能及其影响因素a、化学成分对碳素钢性能的影响1）、C的影响：C增加—HB增加—增加—降低—降低低碳钢C≤0.25%用于焊接结构及压力容器中碳钢C=0.25~0.55%可焊性差，做轴，螺栓等高碳钢C＞0.55%硬度高，常用做工具P—使钢中晶粒粗大，冷脆S—使钢热脆O.N—使钢常出现时效硬化b52）、温度对碳钢性能的影响温度升高降低例如Q235C·Z20℃时=200℃时=350℃时=温度升高还会使碳素钢的碳石墨化、球化、氧化等。所以常加入、Gr、W、V、、等，即合金钢。ss2/24mmMpas2/20mmMpa2/5.15mmMpaiTiNsnM3、碳素钢的应用普通碳素钢-20~+400℃优质碳素钢-20~+470℃沸腾钢0~+250℃在实际生产中如何区别沸腾钢和镇静钢，以免用错？一般通过化验Si的含量沸腾钢Si=0%镇静钢Si=0.12-0.3%工艺性能及应用见表1-1物理性能见表1-2四、合金钢定义：为了更进一步改善和提高钢的某些性能，在碳素钢的基础上加入了某种或多种合金元素的钢。欧美国家主要加:Gr、、我国主要加：、Si及稀土元素iNoMnM1、合金钢的牌号命名法我国采用：数字—元素符号—数字—元素符号—数字的表示法如：C≈0.25%Gr=2%≤1.5%,V≤1.5%,0Gr13,1Gr13,2Gr13……oM2、合金元素在钢中的作用Gr增多，耐酸性增强，耐热性增强Gr≥12%不锈钢增多，钢的晶粒细化塑性韧性增强，特别是低温冲击韧性增加。增多，热强度增加，蠕变降低，耐腐蚀性增加。增多，热脆性降低，低温冲击韧性值增加。V增多细化晶粒，低温冲击韧性值增加。iNkaoMnMVM25G0r23、合金结构钢及压力容器用钢a、压力容器用钢必须满足焊接性能及低温冲击韧性。常见的有：1）、Si系列，如16R，16SiR普通容器。2）、V系列，如15V，交变负容器。3）、系列，如14V，高温压力容器。4）、系列，如09，低温容器。5）、B系列，如14VB，高强度压力容器。nMnMnMnMnMnMnMnMnMnMnMoMoMoMuCiTeRuCb、合金结构钢（1）、调质钢C=0.25~0.45%在钢中加入Gr、、、、、V、B等元素,使钢的淬透性提高,保证足够的强度和韧性。如：40Gr、40B、40VB使用温度-20~450℃（2）、弹簧钢C=0.45~0.70%在钢中加入、、Gr、V等元素。如65、60、50GrVAiNnMiSoMnMnMnMiSnM2iSnM注意冷拉成型的≤10mm的弹簧钢丝在冷态卷制成型后不能淬火，只能在200~250℃低温退火定型。（3）、高温用钢在钢中加入Gr、、、，以提高钢抗氧性能。如：使用温度≤800℃使用温度≤900℃12-40~540℃15-40~560℃≤650℃12≤620℃650~840℃700~950℃900~1100℃iSiNlAi2r9SGlir13ASG0rMG0rMG0r5MGWVBMG0r2i20r25NGi35r25NGi45r35NG（4）、低温用钢严格控制P、S、O等有害杂质。C=0.06~0.12%主要加元素:Gr、、、、、V、、等16＞-40℃9V≥-70℃-196~523℃3.5≥-101℃5≥-170℃9≥-196℃iNnMbNiTlAuCnM2nMiNiNiNiNiir9T18N1G（5）、抗腐蚀钢常分为三类：抗硫化氢、抗氢、不锈耐酸钢①、抗硫化氢钢、0、（铝3钢）（上102钢）等。②、抗氢钢C≤0.015%主加:、Gr、、W、V等Gr＞2.3%,等ilWTMA0315oMiT0r5MGr13GVAM12Gl0r2AM12G0r3WVAM18G0r3③、不锈耐酸钢C≤0.03%主要加：Gr、、、、（304）、（304L）iNiT注意不锈钢不能用在有氯离子的场所！r131Gr133Giir9T18N1Giir9T18N0G