电厂金属材料4ppt课件

一类的合金元素有铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等。 • 锰4—类4所元示素。及铬类元素对Fe—Fe3C相图中奥氏体相区和S、E点的影响，如图4—3和图
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电厂金属材料 • 从图4—3和图4—4中可以看出：
• 若钢中加入大量的扩大奥氏体区域的合金元素，甚至会使相图中的奥氏体延至室温以 下。在室温下能获得稳定的单相奥氏体组织，这种合金钢叫奥氏体钢。
在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所 含的合金元素及其含量。例如Cr25Ti，钢中平均含铬量为25%，含钛量小于1%， 经查表可知含碳量≤0.12%。
低合金特殊性能钢的钢号表示方法与合金结构钢相似。例如25Cr2Mo1V，钢中 平均含碳量为0.25%，平均含铬量为2%，平均含钼量为1%，含钒量小于1%。
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钢号
供货状态
12Mn
热轧
16Mn
热轧
15Mnv
热轧
15MnTi
正火
14MnMoV 12MnMoV
正火+回火 正火+回火
14MnMoVB 14MnMoVBRe
正火+回火 正火+回火
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机械性能 Rel
300 280 350 330 310 420 400 380 400 380 500 400
• 使C曲线右移最强烈的合金元素是铬、钼、锰。如果钢中同时具有两种以上的这些 元素，C曲线右移则更明显，使钢具有极其良好的淬透性。合金钢淬透性显著增加。 合金钢淬火回火后的强度和硬度也就能显著地提高。由于合金钢的淬透性好，有些 合金钢可在油甚至空气中进行淬火冷却，从而减少了内应力。这样，合金钢经过热 处理后，强度与硬度比碳钢高；而脆性也比碳钢小得多，因此，可以具有更高一些 的综合力学性能。
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（一）特殊性能钢
• 特殊性能钢一般可分为高合金与低合金两大类。高合金的特殊性能钢的钢号表示 方法与合金工具钢相似。
例如2Cr13，表示钢中平均含碳量为0.2%，平均含铬量为13%；又如1Cr18Ni9， 1Cr18Ni9Ti表示 钢中平均含碳量0.1%，平均含铬量为18%，平均含镍量为9%，含钛量小于1%。
合金元素中除锰外，几乎都能阻止奥氏体晶粒长大；尤其是与碳亲和力强的元素作用 更为显著。
因为强碳化物形成元素，在钢中能形成稳定的碳化物，且以弥散质点的形式分布在奥氏体的晶界 上，对奥氏体晶粒的长大起机械阻碍作用。这有利于在粗火时获得细马氏体，使钢具有较好的机 械性能。
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合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用“G”字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素 符号Cr及其平均含量的千分数。
如GCr15，表示含碳量0.95%~1.05%，含铬量1.3%~1.65%的滚动轴承钢。
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（二）合金工具钢
编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。 一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合 金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构 的钢号混淆。
例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含钒量小于1.5%。又如CrW5，表 示钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则≥1%（经查表可知为1.25%~1.50%）。
高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于1%，但在钢号中也不标出含碳量的数字。
例如W9Cr4V2，表示钢中平均含钨量为9%，平均含铬量为4%，平均含钒量为2%，其含碳量经查 表可知为0.85%~0.95%。
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二、合金元素对铁碳合金相图的影响
• 合图的金影元响素来对分Fe析-F合e3C金相钢图的的组相织区变和化S规、律E等。临界点位置有影响。用合金元素Fe-Fe3C相 • 常属用于合这金一元类素的对合F金e-元Fe素3C有相锰图、的镍影、响氮可等以；分另为一两类类是。缩一小类奥是氏扩体大组奥织氏的体相组区织，的属相区于这，
• 图4-7是含碳量为0.35%的碳钢，及含碳量相同而含钼不同的合金钢，在不同温度下 回火后的硬度变化曲线。
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第二节 合金钢的分类及编号方法
一、合金钢的分类
• 合金钢的种类繁多，通常按钢的成分和用途来进行分类。
（一）按化学成分分类
1．按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金 钢（合金元素含量为5%~10%）及高合金钢（合金元素大于10%）。
前面的两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；元素符号是指所含的合金元素；元素符 号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于1%或1.5%时，钢号中只表明元素符号， 不标数字。如果为2或3，则表示该元素的平均含量为1.5%~2.5%或2.56%~3.5%。余类 推。
例如40Mn2，表示钢中平均含碳量为0.4%，平均含锰量为2%；20Cr3MoWV，表示钢中平均含碳 量为0.2%，平均含铬量为3%，钼、钨、钒元素的含量均小于1.5%。
Rm
A
450 21
440 19 520 21
500 19
480 19 560 19
540 18
520 17 540 19
520 19 650 16
540 17
650
750 15
500
650 16
用途
低压锅炉、容器、油罐、车辆、
桥梁、船舶
常
锅炉、石油化工设备低压及中 压容器；低、中压钢管； 船舶、桥梁大型钢结构
• 一 类是不与碳作用的元素，因而不能形成碳化物，只能溶入固溶体；另一类是与 碳有亲和力，能形成碳化物。
• 不与碳化合的元素有：镍、硅、钴、铝、铜等。能与碳化合形成合金化物的元素， 按其与碳的亲和力由若到强大致可排成下列次序：锰、铁、铬、钼、钨、钒、锆、 铌、钛等。
• 与碳亲和力较弱的元素（如锰、铬、钼、钨等）含量较少时，其中一部分以原子 状态溶入固溶体，另一部分进入渗碳体而置换其中的铁原子，形成特殊的化合物， 如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C等。
3．特殊性能钢
特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢 等。
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二、合金钢的编号方法
我国合金钢的牌号，由冶金部统一规定，是按照合金钢的用途和化学成分，用数字和元 素的化学符号相结合的方法来表示的。
（一）合金结构钢
编号是：两位数字+元素符号+数字。
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•大多数合金元素使Ms与Mf温度点下降，如图4－6所示。Ms点愈低，淬火后钢中的 参与奥氏体数量就愈多，因而会使钢淬火后的硬度和耐磨性下降，尺寸稳定性降低。
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（三）合金元素对回火转变的影响
• 回火时钢的组织转变。主要是马氏体的分解及碳化物的析出与聚集长大的过程。合 金元素加入钢中便推迟和阻碍这一过程的进行，如果需要完成上述的转变，则需要 更高的温度和更长的保温时间。合金钢回火后，所得到的碳化物更加细碎，分散度 也更大，强度和硬度值也就更高。
第一节 合金元素对钢的影响
一、合金元素在钢中的存在形式
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（一）合金元素溶入铁素体
• 几乎所有的合金元素或多或少地溶入铁素体而形成合金铁素体。由于合金元素与 铁的晶格类型和原子半径有差异，故合金元素溶入铁素体后必然引起晶格畸变， 从而产生固溶强化，使铁素体的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，如图4-1及图 4-2所示。
• 若钢中加入大量的缩小奥氏体区域的合金元素，则奥氏体区域可能封闭甚至消失，铁 素体区域就扩大。在固态是具有稳定的单相铁素体组织，这种合金钢称为铁素体钢。
• 合金元素对A3及A1温度的影响，使合金钢的热处理加热温度发生变化。
• 由于S点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同。
例如含碳量0.4%的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入14%的铬以后，则变为珠 光体的共析组织。
（二）合金元素对过冷奥氏体转变的影响
• 合金元素中除钴外，几乎都能使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的 粗透性。常用合金元素对奥氏体转变的影响，如图4-5所示。
• 锰及非碳化物形成元素加入后仅使C曲线右移；与碳的亲和力比铁强的碳化物元 素加入后，C曲线不仅右移；并改变了形状，分为上、下两个C曲线。其中上C曲 线是珠光体转变区，下C曲线是贝氏体转变区，在两区之间过冷奥氏体具有较大 的稳定性。
• 与碳的亲和力强的元素，如钒、锆、铌、钛等，只要钢中有足够的碳元素，就 能形成这些元素的合金碳化物，如VC、ZrC、NbC、TiC等，只有在钢中缺少 碳的情况下，这些元素才以原子状态溶入固溶体。
• 合金元素不同，合金碳化物的形状和尺寸也不同，强碳化物的碳化物成颗粒状， 比较细碎。
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•E点左移，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于2.11%的合金钢中出现 莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例如，高速钢的含碳量只有0.8%左右，但属于莱氏体钢。
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三、合金元素对钢热处理的影响
（一）合金元素对奥氏体化的影响
合金元素加入钢中后，改变了碳在钢中的扩散速度。除镍、钴元素外，大多数合金元 素使奥氏体化过程减慢。由于合金元素造成碳在奥氏体中扩散的困难，再加上合金碳 化物稳定性较高，较难溶入奥氏体，致使奥氏体被推延到较高的温度范围内进行。合 金钢在奥氏体化过程中，不仅要进行碳的均匀化，而且还要进行合金元素的均匀化， 因此合金钢的奥氏体的保温时间也比碳钢长。