工程材料之黑色金属及其选用培训课件
合集下载
工程材料之黑色金属及其选用培训课件(ppt 104页)
• 20R 容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严17
压力容器用钢
碳钢的品种及规格 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢
（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm～6mm厚度间隔为0.5mm 6mm～30mm厚度间隔为 lmm 30mm～60mm厚度间隔为2mm 碳素钢板材有Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。
应力疲劳。
15
压力容器用钢
压力容器对材料性能的要求： 1）压力容器大都为低碳钢 2）良好的冶金质量 3）优良的综合力学性能 强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7 时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特 殊对待。 4）良好的材料组织和组织稳定性 5）良好的加工工艺性能和焊接性能
16
9
压力容器的分类
10
压力容器的分类
3、按工作温度分类
低温容器 设计温度≤-20℃。 常温容器 设计温度≤-20～200℃ 。 中温容器 设计温度≤200～450℃ 。 高温容器 设计温度＞450℃
11
压力容器的分类
4、按壁厚分类
薄壁容器 K=D0/Di≤1.2 厚壁容器 K=D0/Di ＞1.2
35
高温用钢
高温组织结构变化 • 合金元素的再分配 高温下长时间工作，合金元素在
固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元 素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著 降低，导致耐热钢的高温强度下降。 • 新相的形成 碳化物结构类型、数量和分布的变化， 趋向形成稳定状态的碳化物。
36
高温用钢
• 便于操作和维护
• 环境保护要求
5
压力容器用钢
过程装备设备的特点
• 功能原理多样化 • 外壳多为压力容器 • 化工—机械—电气一体化 • 设备结构大型化
压力容器用钢
碳钢的品种及规格 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢
（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm～6mm厚度间隔为0.5mm 6mm～30mm厚度间隔为 lmm 30mm～60mm厚度间隔为2mm 碳素钢板材有Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。
应力疲劳。
15
压力容器用钢
压力容器对材料性能的要求： 1）压力容器大都为低碳钢 2）良好的冶金质量 3）优良的综合力学性能 强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7 时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特 殊对待。 4）良好的材料组织和组织稳定性 5）良好的加工工艺性能和焊接性能
16
9
压力容器的分类
10
压力容器的分类
3、按工作温度分类
低温容器 设计温度≤-20℃。 常温容器 设计温度≤-20～200℃ 。 中温容器 设计温度≤200～450℃ 。 高温容器 设计温度＞450℃
11
压力容器的分类
4、按壁厚分类
薄壁容器 K=D0/Di≤1.2 厚壁容器 K=D0/Di ＞1.2
35
高温用钢
高温组织结构变化 • 合金元素的再分配 高温下长时间工作，合金元素在
固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元 素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著 降低，导致耐热钢的高温强度下降。 • 新相的形成 碳化物结构类型、数量和分布的变化， 趋向形成稳定状态的碳化物。
36
高温用钢
• 便于操作和维护
• 环境保护要求
5
压力容器用钢
过程装备设备的特点
• 功能原理多样化 • 外壳多为压力容器 • 化工—机械—电气一体化 • 设备结构大型化
金属材料培训PPT课件
3.机械制造基础的基本内容
1) 金属材料的种类、性能及选用； 2)热处理工艺基础及应用； 3)金属材料常用的加工方法；金属切削机床、
刀具、夹具等基本知识； 4)钳工的基本知识及基本技能； 5)焊工的基本知识及基本技能； 6)管工的基本知识及基本技能；
3.本课程的特点及学习方法
机械制造基础课程具有实践性强、综合性强 和覆盖面广的特点。
组织:两种物质相间组成，性能介于两者之间， 强度较， 硬度HBS 250。 5.莱氏体：T>727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 T<727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体 性能: 与Fe3C相似 HBS>700 塑性极差。
• 二、铁碳合金状态图
• 1.含义：
• 是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金 的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分, 组织和性能之间关系的基础,也是制定热加工工 艺的基础。
L1——拉深后长度 2）断面收缩率：Ψ
Ψ={（S0 - S1）/S0 }×100 ％ 式中 S。—— 试样原始截面面积(mm2)
S1 —— 试样断口处的截面面积(mm2) δ、ψ越大，材料塑性越好 ，一般δ〉5%为塑 性材料，δ〈5%为脆性材料。
二 、强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形
和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标 1.屈服强度 σs
学习时要重视实践性教学环节，在教学实习 中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企 业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。
认真做好本课程实验、综合练习等，有助于 理解和掌握理论知识，有利于职业综合能力的培 养，逐步提高解决生产实际问题的能力。
第一部分 金属材料
第一节 金属材料的主要性能 1.使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。
1) 金属材料的种类、性能及选用； 2)热处理工艺基础及应用； 3)金属材料常用的加工方法；金属切削机床、
刀具、夹具等基本知识； 4)钳工的基本知识及基本技能； 5)焊工的基本知识及基本技能； 6)管工的基本知识及基本技能；
3.本课程的特点及学习方法
机械制造基础课程具有实践性强、综合性强 和覆盖面广的特点。
组织:两种物质相间组成，性能介于两者之间， 强度较， 硬度HBS 250。 5.莱氏体：T>727℃ A+Fe3C—Ld 高温莱氏体 T<727℃ P+Fe3C—Ld’低温莱氏体 性能: 与Fe3C相似 HBS>700 塑性极差。
• 二、铁碳合金状态图
• 1.含义：
• 是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金 的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分, 组织和性能之间关系的基础,也是制定热加工工 艺的基础。
L1——拉深后长度 2）断面收缩率：Ψ
Ψ={（S0 - S1）/S0 }×100 ％ 式中 S。—— 试样原始截面面积(mm2)
S1 —— 试样断口处的截面面积(mm2) δ、ψ越大，材料塑性越好 ，一般δ〉5%为塑 性材料，δ〈5%为脆性材料。
二 、强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形
和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标 1.屈服强度 σs
学习时要重视实践性教学环节，在教学实习 中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企 业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。
认真做好本课程实验、综合练习等，有助于 理解和掌握理论知识，有利于职业综合能力的培 养，逐步提高解决生产实际问题的能力。
第一部分 金属材料
第一节 金属材料的主要性能 1.使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。
黑色金属材料-课件
3
一、铸铁的石墨化
影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形 式、形态、大小和分布。铸铁中碳的存在形式有两种：
1、化合状态的渗碳体(Fe3C) 如果铸铁中碳几乎 全部以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，则称为白口 铸铁。其性能硬而脆，(硬度达HB800，塑性和韧度几 乎等于零)很难进行切削加工，因此，工业上很少用它 来制造机械零件，主要用作可锻铸铁的毛坯。
17
4、磷(P) :
室温下，钢中的磷全部溶于铁素体中，能使钢的强度、 硬度增加，但也使其室温特别是低温时塑性和韧度大大下 降，这种现象称为冷脆性(易产生脆裂)。因此，应严格 控制磷的含量。
但磷的冷脆性也可利用，如在炮弹钢中加入较多的磷， 可使炮弹爆炸时的碎片增多，提高杀伤力。
二、碳钢的分类：
1、按含碳量分： ⑴低碳钢(含碳量小于或等于0.25％)； ⑵中碳钢(含碳量为0.25％~0.60％)； ⑶高碳钢(含碳量大于0.60％)。
⑴耐热铸铁：为了提高铸铁的耐热性，可在球墨铸 铁中加入铝、硅、铬等元素，使铸铁表层形成一层致密 的氧化保护膜(如Al2O3 、SiO2 、CrO3 )，这类铸铁叫 耐热铸铁，用于制造进、排气门及排气管密封环等。
⑵耐磨铸铁：把灰口铸铁的含磷量提高到0.4％~0.6％， 再加入Cr、W、Cu、Ti等合金元素构成合金高磷铸铁。它 的强度、韧度和耐磨性都较高。这类铸铁叫那么铸铁。现 代汽车的气缸套和活塞环一般用耐磨合金铸铁制造。
1、灰铸铁：
成分：含碳2.8％~3.6％、含硅1.1％~2.5％、 含锰0.6％~1.2％、含硫小于或等于0.15％、含磷 小于或等于0.5％。
牌号：由HT和一组数字组成。其中HT为灰铸铁的 代号，代号后面的数字表示其抗拉强度值σb (MPa) 。 如HT150表示抗拉强度为150MPa的灰铸铁。
一、铸铁的石墨化
影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形 式、形态、大小和分布。铸铁中碳的存在形式有两种：
1、化合状态的渗碳体(Fe3C) 如果铸铁中碳几乎 全部以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，则称为白口 铸铁。其性能硬而脆，(硬度达HB800，塑性和韧度几 乎等于零)很难进行切削加工，因此，工业上很少用它 来制造机械零件，主要用作可锻铸铁的毛坯。
17
4、磷(P) :
室温下，钢中的磷全部溶于铁素体中，能使钢的强度、 硬度增加，但也使其室温特别是低温时塑性和韧度大大下 降，这种现象称为冷脆性(易产生脆裂)。因此，应严格 控制磷的含量。
但磷的冷脆性也可利用，如在炮弹钢中加入较多的磷， 可使炮弹爆炸时的碎片增多，提高杀伤力。
二、碳钢的分类：
1、按含碳量分： ⑴低碳钢(含碳量小于或等于0.25％)； ⑵中碳钢(含碳量为0.25％~0.60％)； ⑶高碳钢(含碳量大于0.60％)。
⑴耐热铸铁：为了提高铸铁的耐热性，可在球墨铸 铁中加入铝、硅、铬等元素，使铸铁表层形成一层致密 的氧化保护膜(如Al2O3 、SiO2 、CrO3 )，这类铸铁叫 耐热铸铁，用于制造进、排气门及排气管密封环等。
⑵耐磨铸铁：把灰口铸铁的含磷量提高到0.4％~0.6％， 再加入Cr、W、Cu、Ti等合金元素构成合金高磷铸铁。它 的强度、韧度和耐磨性都较高。这类铸铁叫那么铸铁。现 代汽车的气缸套和活塞环一般用耐磨合金铸铁制造。
1、灰铸铁：
成分：含碳2.8％~3.6％、含硅1.1％~2.5％、 含锰0.6％~1.2％、含硫小于或等于0.15％、含磷 小于或等于0.5％。
牌号：由HT和一组数字组成。其中HT为灰铸铁的 代号，代号后面的数字表示其抗拉强度值σb (MPa) 。 如HT150表示抗拉强度为150MPa的灰铸铁。
第7章 黑色金属及其选用
合金化特点
¾V、Ti、Nb (＜0.1%)等微合金元素：细小碳 化物、或碳氮化物，有利于获得细小的铁素体 晶粒，起析出沉淀强化的作用，强度和韧性增 加，改进焊接性能
¾Mo: 显著提高强度、高温抗蠕变及抗氢腐蚀 能力增强、提高热强性效果显著，但是，单独 加Mo容易发生石墨化倾向，Mo(与Cr同时加)， 可以防止石墨化倾向
低合金高强度钢-13MnNiMoNbR、
¾ 良好的材料组织和组织稳定性：组织均匀、晶粒
细化、尽可能少的组织缺陷
¾ 好的冶金质量：成分均匀、杂质（S、P）含量低
¾ 良好的加工工艺性能和焊接性能：易加工成形，
防止产生裂纹和各种缺陷
¾ 含碳量低：碳当量Ceq≤0.45%， C≤0.25%，焊接、冷
成形、强度、塑性、冲击韧性
7.1.3 压力容器材料焊接性能的保证
设计压力(MPa)
≤0.6
≤1.0
≤1.6
使用温度(℃)
0~250 0~350 0~350
壳体板厚(mm)
≤ 12
≤16
其它限制（按 不得用于 不得用于 《压力容器安全 易燃介质 液化石油 技术监察规程》 及毒性程 气介质以 的规定进行介质 度为中度、及毒性程 毒性程度的分级 高度或极 度为高度 和易燃介质划分） 度危害介 或极度危
JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》
温度高
焊 接
温度梯度大
过 程
溶池体积小
特 和冷却速度
点快
正确设计焊接接头的型式
焊 接 性
选择成熟、完善的焊接 方法与工艺
能 的
焊接材料匹配
保 证
焊接区金属保护
各个物理化
焊接控制
学过程分段 连续进行
工程材料-过控-7-黑色金属及其选用
碳素钢
含碳量较低的钢，具有良好的塑性和韧性，主要用于制造钢筋、钢板、 钢管等建筑和工程结构件。
合金钢
在碳素钢的基础上添加一种或多种合金元素，具有更高的强度、硬度、 耐磨性和耐腐蚀性，主要用于制造机械零件、轴承、齿轮等。
不锈钢
含有铬、镍等合金元素，具有优异的耐腐蚀性和美观性，主要用于制 造厨具、餐具、医疗器械等。
工程材料-过控-7-黑色 金属及其选用
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
特种铸造
包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造等，适用于生产形状复杂、 精度要求高的铸件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
模型锻造
将金属坯料放入锻模内，施加冲击力或压力 使金属变形，从而获得与模膛形状相符的锻 件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
应用领域与前景
应用领域
黑色金属在建筑、机械、汽车等领域有着广泛的应用。例如，建筑结构用钢、桥梁用钢、石油天然气管道用钢等 都是重要的应用领域。此外，黑色金属还用于制造各种机械零件、汽车零部件、船舶和航空航天器等。
前景
随着科技的不断发展，黑色金属的应用领域将继续扩大。例如，高性能钢铁材料、轻量化合金材料、耐腐蚀材料 等新型黑色金属材料将不断涌现，为工业领域的发展提供新的动力。同时，随着环保意识的提高和资源的日益紧 缺，黑色金属的绿色制造和循环利用将成为未来发展的重要方向。
含碳量较低的钢，具有良好的塑性和韧性，主要用于制造钢筋、钢板、 钢管等建筑和工程结构件。
合金钢
在碳素钢的基础上添加一种或多种合金元素，具有更高的强度、硬度、 耐磨性和耐腐蚀性，主要用于制造机械零件、轴承、齿轮等。
不锈钢
含有铬、镍等合金元素，具有优异的耐腐蚀性和美观性，主要用于制 造厨具、餐具、医疗器械等。
工程材料-过控-7-黑色 金属及其选用
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
特种铸造
包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造等，适用于生产形状复杂、 精度要求高的铸件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
模型锻造
将金属坯料放入锻模内，施加冲击力或压力 使金属变形，从而获得与模膛形状相符的锻 件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
应用领域与前景
应用领域
黑色金属在建筑、机械、汽车等领域有着广泛的应用。例如，建筑结构用钢、桥梁用钢、石油天然气管道用钢等 都是重要的应用领域。此外，黑色金属还用于制造各种机械零件、汽车零部件、船舶和航空航天器等。
前景
随着科技的不断发展，黑色金属的应用领域将继续扩大。例如，高性能钢铁材料、轻量化合金材料、耐腐蚀材料 等新型黑色金属材料将不断涌现，为工业领域的发展提供新的动力。同时，随着环保意识的提高和资源的日益紧 缺，黑色金属的绿色制造和循环利用将成为未来发展的重要方向。
【精品课件】黑色金属冶金技术
l 当铁矿石含铁量过低，就需要将它们粉碎(0.074－0.044mm)，然
后富选成含铁高的精矿粉，一般精矿粉的含铁量在63%-68%之间。
由于高炉炼铁需要气流通畅，所以只能加入块矿，精矿粉要通过
烧结的办法制成烧结矿或通过球团的办法焙烧成球团矿。烧结矿
和球团矿统称人造富矿。
PPT文档演模板
【精品课件】黑色金属冶金技术
品种继续增多，钢的性能和品质有大幅度提高。为什么非常古老
的钢铁有这样强的生命力呢？这首先决定于钢铁的基体特性。
PPT文档演模板
【精品课件】黑色金属冶金技术
l 铁是元素周期表上第26位元素，原子量为55.85，在大气压下 于1534℃熔化，2740℃气化。固态铁的密度是7870Kg/m3。
l 高纯度的铁是很柔软的，没有多少使用价值。但当纯铁中含 有一定量的碳后，就变成我们在各方面使用的钢铁了。
表1-1 钢和生铁中主要元素的含量（%）
元素 碳（C) 硅(Si) 锰(Mn) 磷（P） 硫（S）
生铁 >2
0.2-2.0 0.2-2.5 <0.5
<0.7
钢
<2
0.01-0.3 0.3-0.8 <0.05 <0.05
•生铁含碳量高，其性质硬而脆，不能锻造，它主要用于铸造电动机外壳，
变速箱壳体，机床体与支架以及其它机械零件。在世界各国铁产量中，大
•铁合金 •球墨铸铁
•图1-1 钢铁的分
类
【精品课件】黑色金属冶金技术
第二章 钢铁的冶炼
l 2.1 钢铁的冶炼历史 l 2.2 铁的生产工艺 l 2.3 钢的生产工艺
PPT文档演模板
【精品课件】黑色金属冶金技术
2.1 钢铁的冶炼历史
工程材料 第四章 4-1 (黑色金属)
f 82 f 71.2
f 30
模锻→正火+高温回火→机械加工→渗碳→ 高温回火 → 机械加工→ 淬火+低温回火 → 精加工→检验 模锻→正火+高温回火→机械加工→非渗碳 表面镀铜 →渗碳 → 淬火+低温回火 →除铜→ 精加工→检验
3. 合金调质钢 (1)合金调质钢的性能特点 (2)合金调质钢的成份及热处理特点 碳：一般在0.25～0.5%之间， 主加元素：Mn,Si,Cr,Ni等， 辅加元素：B，V，Ti,Mo,W 等。 提高淬透性和综合机械性能。 最终热处理：调质处理。 组织：回火索氏体组织。
编号原则： 以平均含碳量千分数表示，数字 前冠以“T”。如为高级优质钢，数字后再加 “A” 例如：T10 平均含碳量为1.0%碳素工具钢， T10A 含碳量1.0%高级优质碳素工具钢 用途： T7、T8钢用于制造要求具有较高韧性 的工具，如冲头、锻模、锤、凿子等， T10、T12用于制造高硬度耐磨的工具， 如丝锥、板牙、锉、卡规等。
主要用途 机床主轴、连 杆、螺柱、齿 轮 代40Cr 起落架、发动 机架、重要螺 栓 氮化件，如气 缸套
40Cr 40MnB 40CrMnSiA
500油 水
520油 250 640油 640油 250油 230 260空
30
38CrMoAlA
30
40CrNiMoA
75
850
涡轮轴、曲轴、 联杆 机翼大梁等受 力大的主要结 构件 代 30CrMnSiNi2A
超高强度钢：指抗拉强度大于1500MPa的钢。 主要用途：飞机大梁、起落架等零件。 最终热处理：淬火、低温回火或等温淬火等。
例如：30CrMnSiNi2A
(3)常用调质钢和超高强度钢 P.77
[工学]第三章_2黑色金属材料ppt课件
![[工学]第三章_2黑色金属材料ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/49b09ce76c85ec3a86c2c56e.png)
课堂讨论
1.钢冷却过程如何控制资料的性能？ 2.铁碳合金相图在热处置工艺中有什么运用？ 3.论钢的强化、硬化方法。
小结
重点要求:
1. A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形状 、 性能间的关系。
2. A延续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的 影响。
3. 四种常规热处置的目的、工艺特点及运用。普通要求
调质处置 —— 淬火 + 高温回火
〔2〕回火脆性 钢在回火时会产生回火 脆性景象。淬火钢在250～350℃和450～ 600℃两个温度范围内回火时，其冲击韧
度明显下降。
二、金属资料的外表技术
(一) 钢的外表热处置〔外表淬火〕
〔二〕 热喷涂技术 〔三〕 电刷镀 〔四〕 气相堆积技术
(一) 钢的外表热处置〔外表淬 火〕
淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： ＞盐浴中均温＋空冷 等温淬火〔 在盐、碱浴中〕 → 下B
4．回火
回火工艺是将淬火后的钢加热到某一 温度，保温一定时间后出炉空冷到室温的 一种热处置工艺。回火是淬火的后续工序.
目的:是为了减少或消除淬火应力，防 止工件变形与开裂，稳定工件尺寸及获得
图2-24 热处置根本工艺曲线
2 钢在冷却时的转变
1．过冷A的等 温转变
2．过冷A的延 续冷却转变
(二) 钢的普通热处置
1．退火 2．正火 3．淬火 4．回火
Hale Waihona Puke 1、退火加热、保温后，缓冷(炉冷)→ 近平衡组织 P〔 + F 或 Fe3CII 〕
目的：1〕降低硬度以利于切削加工； 2〕提高塑性以利于塑性加工成型； 3〕细化晶粒以提高力学性能； 4〕消除应力以防工件变形或开裂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
9
压力容器的分类
10
压力容器的分类
3、按工作温度分类
低温容器 设计温度≤-20℃。 常温容器 设计温度≤-20～200℃ 。 中温容器 设计温度≤200～450℃ 。 高温容器 设计温度＞450℃
11
压力容器的分类
4、按壁厚分类
薄壁容器 K=D0/Di≤1.2 厚壁容器 K=D0/Di ＞1.2
31
蠕变曲线
高温用钢
• 理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕 变速率，明显的加速阶段。
32
高温用钢
蠕变机制 • 温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为
容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工 硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。
• 变形速率随时间而下降； • 加工硬化和回复、再结晶同时进行
12
压力容器的分类
5、按《压力容器安全技术监察规程》分类
13
压力容器的分类
14
压力容器用钢
➢ 力学性能因素引起的压力容器失效： 1）韧性断裂 内部压力超载，均匀腐蚀、高温氧化、磨损
等造成壁厚减薄。 2）脆性断裂 氢脆、碱脆、σ相脆化、碳化物析出脆化、
低温脆化、辐照脆化等。 3）疲劳脆断强 流体产生振动、周期性温度变化，多为低周高
金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用 失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示 。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。
41
高温用钢
• 提高高温强度的途径: • ① 固溶强化； • ② 析出强化； • ③ 晶界强化(加入B、
Zr等降低晶界能量)
裂纹中止于晶界颗粒状析出物
高温合金中的‘析出相
回转件用钢、支撑件用钢
有色金属及其合金
压力管道工况分析
*
管道用钢及铸铁
压力容器用钢
过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及 各种储罐等。
3
压力容器用钢
➢ 过程装备使用（化工生产）的特点： 1）生产的连续性强 2）生产的条件苛刻 3）介质的腐蚀性强 4）介质大多易燃易爆有毒性 5）温度和压力变化大 6）安全至关重要
4
压力容器用钢
➢ 过程装备的基本要求
• 安全可靠性要求
化工设备必须具有足够的强度和刚度，良好的韧性 、耐腐蚀性和可靠的密封性。
• 工艺条件要求
工艺性能要求包括：反应设备的反应速度、换热设备 的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。
• 经济合理性要求
在满足工艺要求和安全可靠运行的前提下，要尽量做 到适用和经济合理。
18
压力容器用钢
压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表
钢板 牌号
使用温度 设计压 壳体钢板 ℃ 力MPa 厚度mm
其它限制
不得用于毒性
Q235-B 0~350 ≤1.6
≤20
程度为高度或 极度危害介质
的压力容器
Q235-C 0~400 ≤2.5
≤30
19
压力容器用钢
（2）钢管 无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。普通无缝钢管常用材料有10、 15、20等；有专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管 、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。 有缝管分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。
• 便于操作和维护
•
环境保护要求
5
压力容器用钢
➢ 过程装备设备的特点
• 功能原理多样化 • 外壳多为压力容器 • 化工—机械—电气一体化 • 设备结构大型化
6
压力容器用钢
➢ 压力容器须满足三个条件： • 所承受的压力超过0.1MP。 • 容器直径大于0.15米且容积大于
0.025立方米。 • 所盛装的介质为气体、液化气体或最
说明
-20~475
6~100
严于碳素结构钢
-20~475
6~120
加入适量Mn元素强 度显著提高
低合金钢强度钢
16MnR • 屈服强度350MPa的低合金高强度钢，具有良好的综
合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。 • 中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用
于-20~475℃的中低压压力容器壳体及承压构件、液 化石油气瓶及中小型球罐。 • 缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生 裂纹。
应1力5 疲劳。
压力容器用钢
➢ 压力容器对材料性能的要求： 1）压力容器大都为低碳钢 2）良好的冶金质量 3）优良的综合力学性能 强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7
时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特殊 对待。
4）良好的材料组织和组ห้องสมุดไป่ตู้稳定性 5）良好的加工工艺性能和焊接性能
16
27
低合金钢强度钢
07MnCrMoVR • 用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相
当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。 • 推荐使用温度-20~350℃。 • 低的焊接裂纹敏感性，控制碳当量≤0.42%，焊接冷
裂纹敏感性组成≤0.2%，厚度≤50mm厚板可以不预 热或稍加预热。 • 已建造公称容积50~2000m3的氧气、氮气、氢气、 液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐40余台。 成为我国建造大型球罐的主要钢种。
21
压力容器用钢
低合金高强度钢 钢板为16MnR、15MnVR、15MnNbR、
18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR 及16MnDR等低温用低合金钢。钢管为16Mn、 15MnV。常见的有： 16MnR、15MnVR。
钢板 牌号
20R
16MnR
22
使用温度℃
壳体钢板厚 度mm
23
低合金钢强度钢
16MnR，Mn的作用： • 溶于铁素体产生较强的固溶强化作用； • 降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量
增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提 高强度和韧性； • 降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。 • 含量超过1.5%，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性 下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。
，变形速率基本保持恒定。 • 大的塑性变形在晶界形成微孔和裂
纹，试件开始产生缩颈，塑性变形 速率加快，最后导致试件断裂。
33
高温用钢
蠕变导致的失效 • 过量变形失效 梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，
汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。 • 蠕变断裂 构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断
裂指标作为判据。 • 应力松弛 总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象
。紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变 恒定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变， 从而使应力不断减小。
34
高温用钢
高温组织结构变化 • 石墨化 钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现
象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降 低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。 • 球化 低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光 体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐 聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化 使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低10~15%，严重球 化降低20~30%，而高温强度会下降到50%。
35
高温用钢
高温组织结构变化 • 合金元素的再分配 高温下长时间工作，合金元素在
固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元 素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著 降低，导致耐热钢的高温强度下降。 • 新相的形成 碳化物结构类型、数量和分布的变化， 趋向形成稳定状态的碳化物。
36
高温用钢
28
低合金钢强度钢
07MnCrMoVR • 含碳量低（≤0.09%），高强度（σs≥490MPa，σb为
610~740MPa）。 • 采用最佳的微合金化处理，添加Ni、Cr、Mo、V、B
等； • 合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组
织结构； • 先进的脱硫设备和真空处理手段，降低S、P含量、提
• 20R 容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严 17格的要求
压力容器用钢
➢ 碳钢的品种及规格 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢
（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm～6mm厚度间隔为0.5mm 6mm～30mm厚度间隔为 lmm 30mm～60mm厚度间隔为2mm 碳素钢板材有Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。
压力容器用钢
➢ 压力容器用钢
制造压力容器用钢主要有碳素钢、低合金高强钢、低 温钢，中温抗氢钢、不锈钢、耐热钢，复合钢板；受压 元件用钢材品种有钢板、钢管、锻钢、棒钢、铸钢等。
• 低碳钢 用于低压薄壁容器，有一定的强度、良好的塑性、韧
性和加工工艺性，焊接性能良好。
• Q235-A·F、Q235-A，提供拉伸试验的σb、σs和δ值 ；Q235-B做常温冲击试验；Q235-C做0℃冲击试验。
高洁净度。
29
压力容器用钢
30
高温及低温构件用钢
高温用钢 • “高温”常指高于450℃的工作温度；“耐热”指材
料在高温下有热稳定性和热强性。 • 碳钢使用温度一般在450℃以下，高于450℃推荐使
用耐热钢，高于800℃常用其他高温材料。 • 在高温工作条件下用钢的特点：
产生蠕变现象 力学性能随温度及载荷持续时间而变化 组织结构常会发生转变
塑性、韧性都较C-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性 和时效敏感性。 • 15MnVR主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高 压容器内筒及层板、锅炉汽包等。 • 18MnMoNbR用于制造高压容器承压壳体，如氨合成 塔和尿素合成塔等。 • 这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前 已较少使用制造新设备。
工程材料
第7章 黑色金属及其选用
海洋科学与技术学院 贾 非
压力容器的分类
10
压力容器的分类
3、按工作温度分类
低温容器 设计温度≤-20℃。 常温容器 设计温度≤-20～200℃ 。 中温容器 设计温度≤200～450℃ 。 高温容器 设计温度＞450℃
11
压力容器的分类
4、按壁厚分类
薄壁容器 K=D0/Di≤1.2 厚壁容器 K=D0/Di ＞1.2
31
蠕变曲线
高温用钢
• 理想的材料，蠕变曲线具有很小的起始蠕变和低的蠕 变速率，明显的加速阶段。
32
高温用钢
蠕变机制 • 温度较高时原子的活动能力提高，使得位错滑移更为
容易，低于屈服极限的应力造成材料塑性变形，加工 硬化亦随之产生，材料开始强化，变形抗力加大。
• 变形速率随时间而下降； • 加工硬化和回复、再结晶同时进行
12
压力容器的分类
5、按《压力容器安全技术监察规程》分类
13
压力容器的分类
14
压力容器用钢
➢ 力学性能因素引起的压力容器失效： 1）韧性断裂 内部压力超载，均匀腐蚀、高温氧化、磨损
等造成壁厚减薄。 2）脆性断裂 氢脆、碱脆、σ相脆化、碳化物析出脆化、
低温脆化、辐照脆化等。 3）疲劳脆断强 流体产生振动、周期性温度变化，多为低周高
金属材料的抗氧化性的评价与其他腐蚀一样，采用 失重法、增重法测定，采用腐蚀速度或腐蚀速率表示 。钢铁材料的抗氧化性可分为五级。
41
高温用钢
• 提高高温强度的途径: • ① 固溶强化； • ② 析出强化； • ③ 晶界强化(加入B、
Zr等降低晶界能量)
裂纹中止于晶界颗粒状析出物
高温合金中的‘析出相
回转件用钢、支撑件用钢
有色金属及其合金
压力管道工况分析
*
管道用钢及铸铁
压力容器用钢
过程装备品种繁多，如换热、传质、化学反应设备及 各种储罐等。
3
压力容器用钢
➢ 过程装备使用（化工生产）的特点： 1）生产的连续性强 2）生产的条件苛刻 3）介质的腐蚀性强 4）介质大多易燃易爆有毒性 5）温度和压力变化大 6）安全至关重要
4
压力容器用钢
➢ 过程装备的基本要求
• 安全可靠性要求
化工设备必须具有足够的强度和刚度，良好的韧性 、耐腐蚀性和可靠的密封性。
• 工艺条件要求
工艺性能要求包括：反应设备的反应速度、换热设备 的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等。
• 经济合理性要求
在满足工艺要求和安全可靠运行的前提下，要尽量做 到适用和经济合理。
18
压力容器用钢
压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表
钢板 牌号
使用温度 设计压 壳体钢板 ℃ 力MPa 厚度mm
其它限制
不得用于毒性
Q235-B 0~350 ≤1.6
≤20
程度为高度或 极度危害介质
的压力容器
Q235-C 0~400 ≤2.5
≤30
19
压力容器用钢
（2）钢管 无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。普通无缝钢管常用材料有10、 15、20等；有专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管 、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。 有缝管分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。
• 便于操作和维护
•
环境保护要求
5
压力容器用钢
➢ 过程装备设备的特点
• 功能原理多样化 • 外壳多为压力容器 • 化工—机械—电气一体化 • 设备结构大型化
6
压力容器用钢
➢ 压力容器须满足三个条件： • 所承受的压力超过0.1MP。 • 容器直径大于0.15米且容积大于
0.025立方米。 • 所盛装的介质为气体、液化气体或最
说明
-20~475
6~100
严于碳素结构钢
-20~475
6~120
加入适量Mn元素强 度显著提高
低合金钢强度钢
16MnR • 屈服强度350MPa的低合金高强度钢，具有良好的综
合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。 • 中国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，用
于-20~475℃的中低压压力容器壳体及承压构件、液 化石油气瓶及中小型球罐。 • 缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、焊接时易产生 裂纹。
应1力5 疲劳。
压力容器用钢
➢ 压力容器对材料性能的要求： 1）压力容器大都为低碳钢 2）良好的冶金质量 3）优良的综合力学性能 强度、塑性和韧性合理配合；屈强比大于0.7
时在设计制造中予以重视，大于0.8~0.85时特殊 对待。
4）良好的材料组织和组ห้องสมุดไป่ตู้稳定性 5）良好的加工工艺性能和焊接性能
16
27
低合金钢强度钢
07MnCrMoVR • 用于高参数球形容器的一个力学性能和焊接性能均相
当理想的钢号，高强度、高韧性、优良焊接性能。 • 推荐使用温度-20~350℃。 • 低的焊接裂纹敏感性，控制碳当量≤0.42%，焊接冷
裂纹敏感性组成≤0.2%，厚度≤50mm厚板可以不预 热或稍加预热。 • 已建造公称容积50~2000m3的氧气、氮气、氢气、 液化石油气、乙烯、丙烯等常温及低温球罐40余台。 成为我国建造大型球罐的主要钢种。
21
压力容器用钢
低合金高强度钢 钢板为16MnR、15MnVR、15MnNbR、
18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR 及16MnDR等低温用低合金钢。钢管为16Mn、 15MnV。常见的有： 16MnR、15MnVR。
钢板 牌号
20R
16MnR
22
使用温度℃
壳体钢板厚 度mm
23
低合金钢强度钢
16MnR，Mn的作用： • 溶于铁素体产生较强的固溶强化作用； • 降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，使珠光体量
增加、晶片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，提 高强度和韧性； • 降低韧脆转变温度，使钢具有较好的低温韧性。 • 含量超过1.5%，因贝氏体的出现，使钢的塑性、韧性 下降，焊接性能变坏，容易产生裂纹。
，变形速率基本保持恒定。 • 大的塑性变形在晶界形成微孔和裂
纹，试件开始产生缩颈，塑性变形 速率加快，最后导致试件断裂。
33
高温用钢
蠕变导致的失效 • 过量变形失效 梁的弯曲，杆件、容器壳体的失稳，
汽缸蠕胀而泄露等，可用蠕变抗力指标作为判据。 • 蠕变断裂 构件发生断裂或容器发生破裂，用蠕变断
裂指标作为判据。 • 应力松弛 总变形不变，应力随时间逐渐降低的现象
。紧固件，如压紧螺栓、铆钉等。在金属构件总形变 恒定的条件下，由于弹性形变不断转变为塑性形变， 从而使应力不断减小。
34
高温用钢
高温组织结构变化 • 石墨化 钢材在高温作用下渗碳体自行分解的一种现
象，也称析墨现象。石墨使材料脆化、强度与塑性降 低，颗粒聚集成链状，会导致材料断裂。 • 球化 低合金珠光体耐热钢在高温长期作用下，珠光 体组织中片状渗碳体铸件转变为球状渗碳体，并逐渐 聚集长大。降低钢材强度尤其是高温强度；中等球化 使低碳钢和低碳钼钢常温强度降低10~15%，严重球 化降低20~30%，而高温强度会下降到50%。
35
高温用钢
高温组织结构变化 • 合金元素的再分配 高温下长时间工作，合金元素在
固溶体和碳化物之间重新分配，铬、钼、钒等强化元 素的原子由固溶体向碳化物转移。固溶强化作用显著 降低，导致耐热钢的高温强度下降。 • 新相的形成 碳化物结构类型、数量和分布的变化， 趋向形成稳定状态的碳化物。
36
高温用钢
28
低合金钢强度钢
07MnCrMoVR • 含碳量低（≤0.09%），高强度（σs≥490MPa，σb为
610~740MPa）。 • 采用最佳的微合金化处理，添加Ni、Cr、Mo、V、B
等； • 合理的调质热处理工艺，形成高密度位错的强韧化组
织结构； • 先进的脱硫设备和真空处理手段，降低S、P含量、提
• 20R 容器专用优质碳素钢钢板，对冲击韧性有较严 17格的要求
压力容器用钢
➢ 碳钢的品种及规格 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢
（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm～6mm厚度间隔为0.5mm 6mm～30mm厚度间隔为 lmm 30mm～60mm厚度间隔为2mm 碳素钢板材有Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。
压力容器用钢
➢ 压力容器用钢
制造压力容器用钢主要有碳素钢、低合金高强钢、低 温钢，中温抗氢钢、不锈钢、耐热钢，复合钢板；受压 元件用钢材品种有钢板、钢管、锻钢、棒钢、铸钢等。
• 低碳钢 用于低压薄壁容器，有一定的强度、良好的塑性、韧
性和加工工艺性，焊接性能良好。
• Q235-A·F、Q235-A，提供拉伸试验的σb、σs和δ值 ；Q235-B做常温冲击试验；Q235-C做0℃冲击试验。
高洁净度。
29
压力容器用钢
30
高温及低温构件用钢
高温用钢 • “高温”常指高于450℃的工作温度；“耐热”指材
料在高温下有热稳定性和热强性。 • 碳钢使用温度一般在450℃以下，高于450℃推荐使
用耐热钢，高于800℃常用其他高温材料。 • 在高温工作条件下用钢的特点：
产生蠕变现象 力学性能随温度及载荷持续时间而变化 组织结构常会发生转变
塑性、韧性都较C-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性 和时效敏感性。 • 15MnVR主要用于制造承受较高压力的大型储罐、高 压容器内筒及层板、锅炉汽包等。 • 18MnMoNbR用于制造高压容器承压壳体，如氨合成 塔和尿素合成塔等。 • 这两种钢板大量使用后，发现焊接接头有裂纹，目前 已较少使用制造新设备。
工程材料
第7章 黑色金属及其选用
海洋科学与技术学院 贾 非