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液位计、压力管道、化工设备的常用金属材料 (3)
3.合金钢
合金钢:为了提高钢的机械性能、工艺性能或物理化学性能,通常有意识地向钢中加入一些合金元素,由此得到的钢就叫合金钢。
3.1合金钢分类
表2-1合金钢分类(用途)
**层
**层分类
第三层分类
特点及用途
合金钢
合金结构钢
低合金钢
1.低碳型合金钢,合金元素总量一般≯3%;
2.强度明显高于碳素钢,有较好的塑性和韧性,可焊性尚可;
3.用于中高温、抗氢、抗高温硫腐蚀等。
调质钢
1
.中碳型合金钢,合金元素含量较低;
2.强度较高;
3.用于高温螺栓、螺母材料等。
弹簧钢
1含碳量比调质钢高;
2经调质处理,强度较高 抗疲劳强度较高;
3用于弹簧材料。
滚动轴承钢
1高碳型合金钢,合金含量较高;
2具有高而均匀的硬度和耐磨性;
3用于滚动轴承。
合金工具钢
量具钢
1高碳型合金钢,合金元素含量较低;
2具有高的硬度和耐磨性,机加工性能好,稳定性好;
3用于量具材料。
特殊性能钢
不锈钢
1低碳高合金钢;
2抗腐蚀性好;
3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。
耐热钢
1低碳高合金钢;
2耐热性能好;
3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。
低温钢
1低碳合金钢,根据耐低温程度合金元素有高有低;
2抗低温性好;
3用于低温材料(专用钢为镍钢)。
合金元素因溶于铁素体中起固溶强化作用,从而提高了材料的硬度和强度,但同时却使其韧性和塑性相对降低。
材料在低温下强度一般略有提高,但塑性和韧性则下降很多,通过添加一些合金元素可提高材料在低温下的塑性和韧性。
奥氏体不锈钢由于含有较多的合金元素又具有单一的奥氏体组织,故它具有较好的抗氧化腐蚀性能和高温使用性能。工程上,奥氏体不锈钢常用于多种腐蚀工况和高温工况。
合金钢的优点
合金钢与碳素钢相比,它具有较高的强度,较好的耐热性,较好的耐低温性能,较好的耐腐蚀性能等优点,甚至有些生产环境采用碳素钢是满足不了要求的。故合金钢是压力管道中常用的也是很重要的材料。
3.2常用合金钢
压力管道中常用的合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢。其它钢种有时也会偶尔碰到在此不再作进一步的介绍。
a.低合金钢
低碳型合金钢,合金元素总量一般≯3%;强度明显高于碳素钢,有较好的塑性和韧性,可焊性尚可;低合金钢有碳锰系、碳锰钒系、铬钼系、铬钼钒系
◆碳锰系和碳锰钒系
GB/T1591给出了化学成分和机械性能要求;
l
材料牌号为Q295A(B)、Q345A~E、Q390A~E、Q420A~E、Q460C~E;
l
用于常温及以上温度时,可用A、B或C级;用于-20~-40℃ 时,可用C或D级
l
表示方法及代号同普通碳素钢
◆铬钼系和铬钼钒系
GB/T3077
给出了化学成分和机械性能要求;
l
材料牌号主要为12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV;
l
它们常用作抗氢腐蚀、抗高温硫或硫化氢腐蚀和耐热(次高温)等材料
例如,12CrMo和15CrMo常用于550℃以下的高温工况,或用于320℃以下的临氢工况;12CrlMoV常用于575℃以下的高温高压蒸汽介质。
l
表示方法及代号
b.调质合金钢
l
中碳型合金钢,合金元素总量一般≯3%;
l
它的含碳量较高,强度高,可焊性差;
l GB/T3077
给出了化学成分和机械性能要求;
l
材料牌号为40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25CrMoVA
等
l
用于螺栓、螺母材料
l
表示方法及代号同低合金钢中的铬钼系和铬钼钒系
c.不锈钢
◆不锈钢特点
l
合金元素含量比较高,均超过10%,有的高达50%甚至更多;
l
它含有大量的合金元素,故其耐热、耐蚀等性能大大优于碳素钢和低合金钢,但随之而来的是其价格也远远高于碳素钢和低合金钢。
◆分类(按常温的组织不同)
奥氏体型
奥氏体-铁素体双相型
铁素体型
马氏体型
沉淀硬化型
◆表示方法
◆常用不锈钢
1)奥氏体不锈钢
●根据其含碳量的不同分为高碳型、低碳型(C≤0.08%)、和超低碳型;
●常温为单一奥氏体组织,消除了组织间的电位差,故有利于抗电化学腐蚀;
●它含有大量耐蚀合金元素,抗高温化学腐蚀;
●具有良好的机械性能和可焊性;
●价格较高。
●GB1220标准共给出了33种奥氏体不锈钢的材料牌号,而常用的材料
牌号有0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)、0Cr23Ni13等。
※
高碳奥氏体不锈钢
含碳量较高(C=0.04%~0.12%),高温强度较高,常用作耐热钢;
※
超低碳型奥氏体不锈钢
含碳量较低(C≤0.03%),不易产生晶间腐蚀倾向,常用作耐蚀钢;强度较低,不应在高温下使用。
※
低碳型奥氏体不锈钢
含碳量(C≤0.08%,性能介于高碳和超低碳之间;
2)奥氏体一铁素体型不锈钢
● 常温组织为奥氏体+铁素体组织;
●
由于含有硅、铝等合金元素,加之它具有双相组织,故它抗氯化物引起的晶间腐蚀和
应力腐蚀性能明显优于奥氏体型不锈钢。
● 具有良好的综合机械性能和可焊性;
● 常代替奥氏体型不锈钢用于容易发生晶间腐蚀的工作环境。
●
但该种材料制造工艺复杂,成本较高,价格约是奥氏体型不锈钢的(3-4)倍,故这种材料在工程上应用的并不普遍;
●
GB1220标准给出了0Cr26Ni5Mo2、1Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr18Ni5Mo3Si2共3种奥氏体一铁素体型不锈钢的材料牌号。
3)铁素体型不锈钢
● 常温组织为铁素体组织。
●
由于它的平均含铬量大于11.7%,可在材料表面形成一层致密的Cr氧化薄膜,能有效地保护材料免遭腐蚀。但其防腐性能不如奥氏体型不锈钢,
● 焊接性能比较差;
● 常用在腐蚀性较弱的环境。在压力管道中应用的不多,而在压力容器中常
用作复合材料的复层;
●
GB1220标准共给出了7种铁素体型不锈钢的材料牌号,常用的材料牌号有00cr12和0Cr13Al。
4)马氏体不锈钢
●
合金含量与铁素体型不锈钢类似;
●
碳含量较高,具有较高的硬度和耐磨性,耐蚀性较弱;
●
常被用于手术刀,压力管道中碳素钢和铬钼钢阀门的阀杆和阀芯;
●
GB1220标准共给出了18种马氏体型不锈钢的材料牌号,常用的材料牌号有1cr13和2Cr13、3Cr13。
5)沉淀硬化型不锈钢
● 指可以进行沉淀硬化处理的奥氏体或马氏体不锈钢;
● 有很高的强度和硬度,耐蚀接近奥氏体不锈钢,
● 压力管道中用作螺栓和螺母材料;
● GB1220标准共给出了3种材料牌号, 0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al.
e.耐热钢
●
除超低碳不锈钢和双相不锈钢外,大多数不锈钢都可作为耐热钢;
●
GB1221标准共给出了40种耐热钢的材料牌号,常用的牌号有:
奥氏体型:0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)、0Cr23Ni13等;
铁素体型:00cr12和0Cr13Al等;
马氏体型:1Cr5Mo、1cr13和2Cr13、3Cr13等;
沉淀硬化型:0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al等
※工程上常用的耐热合金钢还有Cr2Mo、Cr9Mo等材料,但GB1221标准中却没有列入。Cr2Mo、Cr9Mo材料和1Cr5Mo一样,属于低碳型合金钢,常温下可获得铁素体和珠光体组织但容易淬硬而出现马氏体组织。这类钢有较高的热强性,常用于350-650℃且腐蚀性不强的工况下,如动力系统的高温蒸汽管道。它还有一定的抗高温硫腐蚀和高温氢腐蚀的能力。这类钢焊接性较差,容易出现延迟裂纹,一般焊后要进行热处理。
f.低温用钢(镍钢)
●具有面心立方晶格的金属材料(如铜Cu、镍Ni、奥氏体钢等)一般没有低温冷脆现象,是*好的低温用材,故含铜、镍等元素的合金钢常用于低温工况。
●晶粒越细钢材的低温冲击韧性越好,故一般铁素体钢要正火处理后使用。杂质元素硫(S)、磷(P)、氧(O)都将降低钢材的低温冲击韧性,一般要严格控制。
● 我国的低温用钢有:16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb,奥氏体不锈钢。
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