金属材料化学分析

金属材料化学分析质量监督站2014年2月18日大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter课程内容安排金属材料化学分析金属材料定义金属材料分类材料牌号表示方法合金元素在钢中的作用常用钢级套管化学成分金属材料化学分析定义及方法分类分光光度法介绍显色反应及其影响因素测量条件的选择化学分析仪器JQ-8型电脑多元素联测分析仪TU-1901紫外可见分光光度计光电直读光谱仪大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter1、定义：金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料），以金属(包括合金与纯金属)为基础的材料。2、分类：①黑色金属：通常以铁、锰、铬为基的合金称黑色金属。以铁为基的合金称为钢。②有色金属：以其余合金为基的合金称有色金属。有色金属通常按其元素名称命名。如铝及铝合金，铜及铜合金。一、金属材料大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter含碳量在2%～4.3%的铁的合金为铸铁，含碳量一般在0.03%～2%的铁的合金为钢，含碳量越高，则铁碳合金的强度和硬度越高，塑性和韧性越低。。在Fe-C合金中，有目的地加入各种适量的合金元素，来提高钢铁的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、B等，形成了形形色色的合金铸铁或合金钢。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter•分类（钢铁）–按冶炼方法分类–按脱氧程度–按用途–按金相组织–按化学成分–按品质分类–按形状分黑色金属大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter钢电炉钢手炉钢转炉钢电弧炉感应炉真空感应炉电渣炉按冶炼方法分类大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter钢镇静钢(Z)：钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。特殊镇静钢(TZ)：比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢，特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。沸腾钢（Q235AF）：钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击韧性差,常用于要求不高的零件。半镇静钢(b)：半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。按脱氧程度分类大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter钢工具钢特殊性能钢结构钢按用途分类大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter•按金相组织–（1）按平衡状态及退火组织分为:亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。–（2）按正火组织分为:珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢。–（3）按加热氏有无相变和室温时的金相组织分为:铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢、双相钢。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter•按化学成分–碳素钢分为：•普通碳素钢、优质碳素钢和高级碳素钢。–合金钢分为：•低合金钢、中合金钢和高合金钢。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter*普通碳素钢:Wp=(0.035%～0.045%)Ws=(0.035%～0.050%)*优质碳素钢:Wp=0.035%Ws=(0.030%～0.035%)*高级优质碳素钢:Wp≤0.030%Ws=(0.020%～0.025%)大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter碳素钢简称碳钢是最基本的铁碳合金。它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。除铁碳外主要含有少量SiMnSP杂质，总含量不超过2％，按含碳量分为：–低碳钢——含碳量小于0.25％–中碳钢——含碳量0.25～0.6％–高碳钢——含碳量大于0.6％按钢的质量分普通钢优质钢高级优质钢按钢的用途分结构钢工具钢按冶炼时脱氧程度的不同分沸腾钢镇静钢半镇静钢大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter分类牌号主要用途普通碳素结构钢Q235-A.F厂房、船舶、桥梁建筑结构或受力不大零件优质碳素结构钢4508重要机械零件如法兰盘,齿轮等，一般为低、中碳钢。碳素工具钢T10T12制造刀具,量具,模具等，一般为高碳钢。铸造碳钢ZG200-400制造形状复杂力学性能要求较高的零件，铸钢，σb≥400MPa,σs≥200MPa。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter厂房（普通碳素结构钢）曲轴（优质碳素结构钢）大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter合金钢：除碳钢所含元素外还含有其它一些合金元素CrNiMoWVB等，按合金元素不同分为–低合金钢——合金含量小于5％–中合金钢——合金含量5～10％–高合金钢——合金含量大于10％大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter按品质分类–（1）普通钢–（2）优质钢–（3）高优质钢A–（4）特殊优质钢E量具大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter按形状分–板材•板材：0.2～4.0mm薄钢板•4～20mm中厚钢板•大于20mm厚钢板–管材：•无缝（热轧、冷拔和抵压）•有缝{焊接管（直缝管、螺旋管）}–型材：•角钢、槽钢、工字钢、圆钢、方钢、扁钢和六角钢–线材：•钢筋、钢丝和铁丝大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter3、材料牌号表示方法金属材料牌号的表示方法往往是根据其含碳量、合金元素含量、强度级别、汉语拼音来表示。汉语拼音一般表示材料的名称、用途、特性和工艺方法。a、结构钢（Q235A.F）•Q——屈服强度•A——质量等级（分ABCD4个等级）•F——代表沸腾钢•235——代表屈服强度235MPa注：包括碳素结构钢及低合金结构钢大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenterb、低合金结构钢（Q295~Q390）–Q295(AB)–Q345(ABCDE)–Q390(ABCDE)–Q420(ABCDE)–Q460(CDE)最低冲击温度可达-40℃（27J）注：Q345EQ345有ABCDE5个级别。低合金结构钢分为镇静钢和特殊镇静钢。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenterc、优质碳素结构钢优质碳素结构钢用阿拉伯数字（1位或2位）表示，两位阿拉伯数字表示含碳量（以万分之几计）（1）沸腾钢、半镇静钢，沸腾钢和半镇静钢一般加F和b，镇静钢一般不标。如：08F10b45（2）较高含锰量优质碳素钢，在表示平均含碳量的后面加锰元素的符合。如50Mn（3）高级优质碳素钢在牌号后面加A，如20A特级优质碳素结构钢牌号后面加E，如：45E（4）专用优质探索结构钢采用阿拉伯数字（平均含碳量）和特定符合表示。如：20g20R大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenterd、合金结构钢和合金弹簧钢用两位数字表示含碳量（万分之几），牌号后仅标明元素，一般不标含量，平均含量在1.50～249％、2.5～3.49％、3.5～4.49％、4.5～5.49％时合金元素相应写成2、3、4、5。如：C0.30％Cr0.95%Mn0.85%Si1.05%含量的结构钢表示为30CrMnSi高级优质合金钢在牌号后加A，如35CrMoA；特级优质合金钢在牌号后加E。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter非铁合金大体可分为：轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）、贵金属（金、银、铂、钯等）和稀土金属等。其中应用最广的是铝合金。据统计，协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金制造的；高速火车、汽车等交通工具对铝型材的用量需求不断加大；建筑装饰用的铝材越来越多，既漂亮、又耐腐蚀；电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线；铝箔可用于包装食品和香烟；铝合金还可用作电容器等。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter4、合金元素在钢中的作用金属元素：具有金属通性的元素。•1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀。此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。•2、硅（Si）：炼钢过程，硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。但是，硅量增加，会降低钢的焊接性能。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCenter•3、锰（Mn）：炼钢过程，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。•4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。•5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。大港油田检测监督评价中心DagangOilfieldInspectionIntendanceandEvaluationCen