金属监督基础知识

金属监督基础知识授课讲义授课内容：1.铁碳平衡图及钢铁基本组织介绍2.钢的分类、钢号表示方法3.金属材料的物理和力学性4.常用钢材适用范围及我厂300MW机组受监部件用钢情况简介5.金属材料常见缺陷和失效形式,裂纹缺陷处理注意事项6.钢材进货、保管、领用、检修更换等需注意的事项。7.常用的无损检验方法介绍8.规程简介：《电力建设施工验收规范》（焊接篇）DL5007-921.铁碳平衡图及钢铁基本组织介绍1.1工业纯铁、钢、生铁的表达式：工业纯铁=Fe+C（微量）C%≤0.04％钢＝Fe+C+伴生元素（Mn,Si,Al,H,P,O,S,N等）＋（合金元素）0.04％＜C%≤2.11％生铁＝Fe+C+伴生元素＋（合金元素）2.11％＜C%≤6.69%1.2铁碳平衡图1.3钢铁中的基本组织（略）2.钢的分类、钢号表示方法2.1钢的分类分类方法分类名称说明奥氏体液体液体＋奥氏体液体＋一次渗碳体奥氏体＋二次渗碳体奥氏体＋二次渗碳体＋莱氏体莱氏体＋一次渗碳体铁素体＋奥氏体铁素体珠光体珠光体＋二次渗碳体珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体莱氏体莱氏体＋一次渗碳体铁素体＋珠光体液体＋δ铁素体δ铁素体＋奥氏体δ铁素体SQPGECDNHJB铁碳平衡图FKAC1AC3ACm(C%)(T:℃)按冶炼方法而分1．按冶炼设备的不同而分（1）平炉钢平炉钢是指用平炉炼钢法所炼出来的钢，按炉衬材料的不同，分酸性和碱性两种，一般平炉都是碱性的，只有特殊情况下才在酸性平炉炼制。平炉炼钢法具有原料范围宽，设备能力大、品种多、质量好等优点，在50年代前，平炉钢在世界总产量中占绝对优势，以后由于氧气顶吹转炉炼钢法的出现恨快使平炉相形见绌，现在世界各国都有停建平炉的趋势。平炉钢的主要品种是普碳钢。低合金钢和优质碳素钢（2）转炉钢转炉钢是指用转炉炼钢法所炼制出来的钢，除分为酸性和碱性转炉炼钢外，还可分为底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹炼等转炉钢。它们常常混合使用，例如：贝氏炉钢为底吹酸性转炉钢，托马斯钢为底吹碱性转炉钢。我国现在大量生产底为侧吹酸性转炉钢和氧气顶吹转炉钢，氧气顶吹转炉钢具有生产速度快、质量高、成本低、投资少、基建快等一系列优点，是当代炼钢的主要方法。转炉钢的主要品种是普碳钢，氧气顶吹转炉亦生产优质碳素钢和合金钢（3）电炉钢电炉钢是指用电炉炼钢法所炼制出来的钢，可分为电弧炉钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢、电渣炉钢、真空自耗炉钢、电子束炉钢等。工业上大量生产的，主要是碱性电弧炉钢，品种是优质钢和合金钢2．按脱氧程度和浇注制度的不同而分（1）沸腾钢这是脱氧不完全的钢，浇注时在钢锭模里产生沸腾，因而得名，其特点是收得率高、成本低、表面质量及深冲性能好；但成分偏析大、质量不均匀，抗腐蚀性和机械强度较差。这类钢大量用以轧制普通碳素钢的型钢和钢板（2）镇静钢它是脱氧完全的钢，在浇注时钢液镇静，没有沸腾现象，所以称镇静钢。其特点是成分偏析少、质量均匀，但金属的收得率（缩孔多），成本比较高。一般合金钢和优质碳素钢都是镇静钢（3）半镇静钢它是脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢，浇注时沸腾现象较沸腾钢弱。钢的质量、成本和收得率也介于沸腾钢和镇静钢之间。它的生产较难控制，故目前在钢的生产中所占比重不大按化学成分而分1．碳素钢碳素钢是指含碳量低于2％，并含有少量锰、硅、硫、磷、氧等杂质元素的铁碳合金。按其含碳量的不同可分为：（1）工业纯铁：为含碳量≤0.04％的铁碳合金；（2）低碳钢：为含碳量≤0.25％的钢；（3）中碳钢：为含碳量＞0.25％～0.60％的钢；（4）高碳钢：为含碳量＞0.60％的钢。此外，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、优质碳素结构钢和工具碳素钢三大类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。按其合金元素的种类不同，可分为：铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬钼钢、硅锰钢、硅锰钼钒钢、铬镍钼钢、锰钒硼钢等许多钢组。按其合金元素的总含量，可分为：（1）低合金钢合金元素总含量≤5%；（2）中合金钢合金元素总含量＞5%~10%；（3）高合金钢合金元素总含量＞10％；。按照钢中主要合金元素的种类，又可分为：（1）三元合金钢：除铁、碳以外，还含有另一种合金元素的钢，如铬钢、镍钢、硅钢、锰钢、钼钢、硼钢等；（2）四元合金钢：除铁、碳以外，还含有另两种合金元素的钢，如：铬锰钢、铬镍钢、铬钼钢、硅锰钢等；（3）多元合金钢：除铁、碳以外，还含有另外三种或三种以上合金元素的钢，如：铬锰钛钢、硅锰钼钒钢等按用途而分1．结构钢（1）建筑及工程用结构钢建筑及工程用结构钢，简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。这类钢大多为低碳钢，因为它们多要经过焊接施工，含碳量不宜过高，一般都是在热轧供应状态或正火状态下使用属于这一类型的钢，主要有：1）普通碳素结构钢按用途又分为一般用途的普碳钢和专用普碳钢：2）低合金钢按用途又分为低合金结构钢、耐腐蚀用钢、低温用钢、钢筋钢、钢轨钢、耐磨钢及特殊用途的专用钢（2）机械制造用结构钢机械制造用结构钢是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，它们往往要经过热处理、冷塑成形和机械切削加工后才能使用。属于这一类型的钢，主要有：1)优质碳素结构钢调质结构钢按工艺特征分表面硬化结构钢渗碳钢2)合金结构钢氮化钢氰化钢表面淬火钢3)易切结构钢冷塑性成形钢（如冷冲压4)弹簧钢钢、冷镦钢、冷挤压用钢)5)滚动轴承钢2．工具钢工具钢是指用于制造各种工具的钢这类钢按其化学成分，通常分为：碳素工具钢；合金工具钢；高速钢。按照用途又可分为：刃具钢（或称刀具钢）；模具钢（包括冷作模具钢和热作模具钢）；量具钢3．特殊钢特殊钢是指用特殊方法生产、具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢属于这一类型的钢，主要有：不锈耐酸钢；耐热不起皮钢；高电阻合金；低温用钢；耐磨钢；磁钢（包括硬磁钢和软磁钢）；抗磁钢；超高强度钢（指δb≥1400N/mm2的钢）4．专业用钢这是指各个工业部门专业用途的钢，如农机用钢、机床用钢、重型机械用钢、汽车用钢、航空用钢、宇航用钢、石油机械用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等按金相组织而分1．按退火后的金相组织分（1）亚共析钢含碳量小于0.80％，组织为游离铁素体＋珠光体（2）共析钢含碳量为0.80％，组织全部为珠光体(3)过共析钢含碳量大于0.80％，组织为游离碳化物＋珠光体（4）莱氏体钢实际上也是过共析钢，但其组织为碳化物和奥氏体的共晶体，通常把它另分为一类2．按正火后的金相组织分（1）珠光体钢、贝氏体钢当合金元素含量较少，于空气中冷却可得到珠光体或索氏体、屈氏体的，就属于珠光体钢，若得到贝氏体组织的，就属于贝氏体钢（2）马氏体钢当合金元素含量较高，于空气中冷却，可得到马氏体组织的，称为马氏体钢（3）奥氏体当合金元素含量很多时，于空气中冷却，奥氏体直到室温仍不转变的，称为奥氏体钢（4）碳化物钢当含碳量较高并含有大量碳化物组成元素时，于空气中冷却，可得到由碳化物及其基体组织（珠光体或马氏体、奥氏体）所构成的混合物组织的，称为碳化物钢。最典型的碳化物钢时高速钢3．按加热、冷却时有无相变和室温时的金相组织分（1）铁素体钢这类钢含碳量很低并含有多量的形成或稳定铁素体的元素，如铬、硅等，以致加热或冷却时，始终保持铁素体组织（2）半铁素体钢这类钢含碳量较低并含有较多的形成或稳定铁素体的元素，（如铬、硅），在加热或冷却时，只有部分发生α←→γ相变，其他部分始终保持α相的铁素体组织（3）半奥氏体钢这类钢含有一定的形成或稳定奥氏体的元素（如镍、锰），以致在加热或冷却时，只有部分发生α←→γ相变，其他部分始终保持γ相的奥氏体组织（4）奥氏体钢这类钢含有多量的形成或稳定奥氏体的元素，如镍、锰等，以致在加热或冷却时，始终保持奥氏体组织1．普通钢这类钢含杂质元素较多，其中磷与硫均被限制在0.07％以内，主要用作建筑结构和要求不太高的机械零件，属于这一类的钢如普通碳素钢、低合金结构钢等按品质而分2．优质钢这类钢含杂质元素较少，质量较好，其中磷与硫均被限制在0.04％以内，主要用作机械结构零件和工具。属于这一类的钢有优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等3、高级优质钢这类钢含杂质元素极少，其中磷与硫均被限制在0.03％以内，主要用作重要的机械结构零件和工具，属于这一类的钢，大多是合金结构钢和工具钢。为了区别于一般优质钢，这类钢的钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”以便识别按制造加工形式而分1．铸钢铸钢是指采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件，其含碳量一般在0.15％~0.60%之间，铸钢件由于铸造性能差，常常需要用热处理和合金化等方法来改善其组织和性能，在机械制造业中，铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件。按照化学成分，铸钢一般分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类；按照用途，铸钢又可分为铸造结构钢、铸造特殊钢和铸造工具钢三大类2．锻钢锻钢是指采用锻造方法而生产出来的各种锻材和锻件，锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其它方面的力学性能也都比铸钢件高，所以凡是一些重要的机械零件都应当采用锻钢件。在冶炼工厂，某些截面较大的型钢，也采用锻造方法，生产和供应一定规格的锻材，如锻制圆钢、方钢和扁钢等3．热轧钢热轧钢是指用热轧方法而生产出来的各种热轧钢材。大部分钢材都是采用热轧轧成的，热轧常用来生产型钢、钢管、钢板等大型钢材，也用于轧制线材4．冷轧钢冷轧钢是指用冷轧方法而生产出来的各种冷轧钢材。与热轧钢相比，冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、力学性能好。冷轧常用来轧制薄板、钢带和钢管5．冷拔钢冷拔钢是指用冷拔方法而生产出来的各种冷拔钢材，冷拔钢的特点是：精度高、表面质量好。冷拔主要用于生产钢丝，也用于生产直径在50mm以下的圆钢和六角钢、以及直径在76mm以下的钢管2.2常见钢种钢号表示方法：1）碳素钢：（1）普通碳素结构钢：a.甲类钢：按力学性能供应的钢，代号为A；b.乙类钢：按化学成分供应的钢，代号为B；c.特类钢：按力学性能和化学成分供应的钢，代号为C。（2）优质碳素结构钢：a.第一组：以含碳量表示（万分之几），如20，表示含碳量：0.17-0.24%b.第二组：也以含碳量表示（万分之几），而在数字后加“Mn”，表示较高的含锰量，如20Mn，表示含碳量：0.17-0.24%，含锰量：0.70-1.0%（3）碳素工具钢：钢号前加“T”，含碳量以千分之几表示，如T10，表示含碳量1.0%的碳素工具钢。2)合金钢：前面的数字表示含碳量的平均值。低合金钢、合金结构钢和弹簧钢含碳量以前面数字的万分之几表示。不锈钢含碳量用千分之几表示，平均含碳量小于0.1％，用“0”表示。合金工具钢平均含碳量≥1％时，不标含碳量，否则用千分数表示。高速工具钢和滚珠轴承钢不标含碳量。合金元素量：除铬滚珠钢和低铬合金工具钢外，合金元素以平均含量的百分数表示，如12Cr1MoV，表示含Cr量约1%，Mo、V含量均小于1%。平均合金含量1.5％～2.49％，则用2标注，其余以此类推。铬轴承钢的铬含量用千分数表示。低铬合金工具钢的铬平均含量低于1％时，铬含量用千分数表示，但须在含量数字前加注“0”，如Cr06.3)特殊用途钢：钢号前面加“ZG”表示铸钢，“G”表示滚珠钢，“H”表示焊丝用钢，3.金属材料的物理和力学性能3.1金属材料的物理性能：1.弹性模量E：材料在弹性范围内，应力与应变的比值称为弹性模量，表征材料抵抗弹性变形的能力。2.切变模量G：材料在弹性范围内，切应力与切应变的比值称为弹性模量，表征材料抵抗切应变的能力。3.泊松比υ：在弹性变形的比例极限范围内，横向应变与纵向应变比值的绝对值称为泊松比。4.密度ρ，熔点tR(略)5.比热容c:单位质量的物体每升高1℃所吸收的热量。6.热扩散率α：反映温度不平均的物体中温度均匀化速度的物理量。7