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1压力容器与化工设备常用材料压力容器与化工设备常用材料 第第 六六 章章6-1 金属的晶体结构金属的晶体结构6-2 铁碳合金铁碳合金6-3 碳素钢碳素钢6-4 合金钢合金钢6-5 铸铁铸铁6-6 有色金属有色金属6-7 非金属材料非金属材料6-8 设备材料的腐蚀与防护设备材料的腐蚀与防护2化工设备用材的特殊性化工设备用材的特殊性操作条件的限制操作条件的限制 压力压力温度温度介质介质从真空到高压从真空到高压-2502000酸酸碱碱（腐腐蚀蚀）、易易燃燃易易爆爆、有有毒甚至剧毒毒甚至剧毒制造条件的限制制造条件的限制设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。能要好。3力学性能：力学性能：强度（常温强度（常温s、b、高温、低温强度，疲劳、高温、低温强度，疲劳强度）；硬度（强度）；硬度（HB、HRC）；塑性（）；塑性（、）以及冲击韧）以及冲击韧性性k物理性能：物理性能：密度、熔点、线膨胀系数、导热性、导电性、密度、熔点、线膨胀系数、导热性、导电性、弹性模数与泊桑比弹性模数与泊桑比 化学性能：化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性耐腐蚀性、抗氧化性加工工艺性能：加工工艺性能：可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性材料的一般性能材料的一般性能4 6-1 6-1 金属的晶体结构金属的晶体结构一、晶体的基本概念一、晶体的基本概念 1晶体晶体所谓晶体是指其原子（离所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则子或分子）在空间呈规则排列的物体。排列的物体。2晶体结构晶体结构晶体中原子（离子或分子）晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。在空间的具体排列。晶体晶体非晶体非晶体5二、常见金属的晶体结构类型二、常见金属的晶体结构类型体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格如：如：Fe(910,-Fe)、Cr、Mo、W、V等。等。如：如：Fe(910,-Fe)、Al、Cu、Ni、Pb等。等。如如Be、Mg、Zn、Cd等。等。6 -铁铁 -铁铁 同素异构转变同素异构转变t t912 912 体心立方晶格，称体心立方晶格，称-铁铁t t912 912 面心立方晶格，称面心立方晶格，称-铁铁铁铁910910碳钢：含碳碳钢：含碳 2.11铸铁：含碳铸铁：含碳2.11铁与碳组成的合金铁与碳组成的合金铁碳合金铁碳合金6-2 6-2 铁碳合金铁碳合金纯铁性能：纯铁性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。强度、硬度低，塑性、韧性好。价格昂贵。价格昂贵。一、什么是铁碳合金（黑色金属）？一、什么是铁碳合金（黑色金属）？（一）铁（一）铁 7(二二)碳在铁碳合金中的存在形式碳在铁碳合金中的存在形式 1.碳溶解在铁的晶格中形成碳溶解在铁的晶格中形成固溶体固溶体p在铁的晶格中挤入一些碳原子以后得到的，在铁的晶格中挤入一些碳原子以后得到的，以原有晶格结构为基础并溶有碳原子的物质称以原有晶格结构为基础并溶有碳原子的物质称固溶体固溶体。碳溶解在碳溶解在-Fe中形成的固溶体中形成的固溶体铁素体铁素体F。因为因为-Fe原子间隙小，原子间隙小，铁素体溶碳能力低，含碳铁素体溶碳能力低，含碳0.02 0.02，塑性、韧性很好，但强度、硬度低。塑性、韧性很好，但强度、硬度低。碳在碳在-Fe中形成的固溶体中形成的固溶体奥氏体奥氏体A。奥氏体奥氏体溶碳能力高，可达溶碳能力高，可达2.11 2.11。塑性、韧性较好，塑性、韧性较好，且无磁性。且无磁性。8 2.碳与铁形成碳与铁形成化合物化合物n当碳不能全部溶入铁素体或奥氏体时，剩余的当碳不能全部溶入铁素体或奥氏体时，剩余的C将与将与Fe形形成化合物成化合物 Fe3C渗碳体渗碳体 Fe3C。n渗碳体含碳量为渗碳体含碳量为6.676.67，熔点高，熔点高，约约16001600，又又硬又脆，硬又脆，塑性、韧性几乎为零。塑性、韧性几乎为零。3.碳以碳以石墨石墨状态单独存在状态单独存在n铁碳合金含碳量小于铁碳合金含碳量小于2.11时，其组织是在铁素体中散布时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。着渗碳体，是碳素钢。n含碳量大于含碳量大于2.11时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。94.珠光体珠光体P铁素体与渗碳体的机械混合物铁素体与渗碳体的机械混合物(F88%+Fe3C12%)力学性能介于铁素体和渗碳体之间，力学性能介于铁素体和渗碳体之间，其强度、其强度、硬度、塑性、韧性均较好。硬度、塑性、韧性均较好。5.莱氏体莱氏体Le珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存 在于白口铸铁、高碳钢中。在于白口铸铁、高碳钢中。10 6.6.马氏体马氏体Mn钢和铁从高温急冷下来的组织，钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在是碳原子在a a-Fe 中过饱和的固溶体。中过饱和的固溶体。n具有具有很高的硬度，但很脆，延伸率低，几乎不能承很高的硬度，但很脆，延伸率低，几乎不能承受冲击载荷。受冲击载荷。二、铁碳平衡状态图二、铁碳平衡状态图 反映铁碳合金的反映铁碳合金的组织、成份和温度组织、成份和温度之间的关系。之间的关系。其横坐标其横坐标含碳量，纵坐标含碳量，纵坐标温度。温度。11铁铁碳碳合合金金状状态态图图12相图中重要的点和线相图中重要的点和线液相线液相线ACD固相线固相线AECF共析线共析线 PSKPSK，共析点共析点S S（含碳含碳0.77%）共析：共析：在恒定温度下由一个有特定成分的固相分在恒定温度下由一个有特定成分的固相分解成另外两个与母相成分不同的相的转变称为共解成另外两个与母相成分不同的相的转变称为共析转变析转变。含碳含碳0.77%的的 奥氏体冷奥氏体冷S点点（F：88%）+（Fe3C：12%）珠光体珠光体13共晶线共晶线 ECFECF，共晶点共晶点C（含碳含碳4.3%）共晶：共晶：在一定温度下，由一定成分的液相同时结在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。（含碳含碳4.3%）的液体的液体C(A2.11%+Fe3C)高温莱氏体高温莱氏体,LeES线：碳在线：碳在A中的固溶线中的固溶线GS线：钢的同素异构转变线线：钢的同素异构转变线相图中重要的点和线相图中重要的点和线14（一）碳钢（一）碳钢含碳含碳0.77 的钢的钢 共析钢共析钢常温组织全部为常温组织全部为珠光体珠光体(P)：含含12的渗碳体的渗碳体（Fe3C)88 的铁素体的铁素体(F)。珠光体：强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳珠光体：强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间，综合机械性能良好。体和铁素体之间，综合机械性能良好。含碳含碳 0.77 的钢的钢 亚亚共析钢共析钢 常温组织为：常温组织为：FP含碳含碳 0.77 的钢的钢 过过共析钢共析钢 常温组织为：常温组织为：P Fe3C15含碳量对碳钢机械性能的影响含碳量对碳钢机械性能的影响为什么？为什么？一般的：随含碳量增加，钢的强度、硬度增加，而一般的：随含碳量增加，钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。塑性、韧性降低。16含碳含碳4.3 的铸铁的铸铁 共晶白口铁共晶白口铁。室温组织室温组织:（低温）（低温）莱氏体莱氏体 Le（P+共晶共晶 Fe3C）莱氏体莱氏体 Le的性能：硬而脆。的性能：硬而脆。含碳含碳 4.3 的铸铁的铸铁 亚亚共晶白口铁共晶白口铁。室温组织室温组织:LePFe3C 含碳含碳 4.3 的铸铁的铸铁 过过共晶白口铁共晶白口铁。室温组织室温组织:LeFe3C（二）铸铁（二）铸铁17三、过冷奥氏体的恒温转变三、过冷奥氏体的恒温转变钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727以下时变成不稳以下时变成不稳定的过冷奥氏体。这种过冷奥氏体随过冷度的不同可以转定的过冷奥氏体。这种过冷奥氏体随过冷度的不同可以转变成珠光体、贝氏体或马氏体。变成珠光体、贝氏体或马氏体。图中两条图中两条C C形曲线将图面分成三个区域。最左边是过冷奥氏形曲线将图面分成三个区域。最左边是过冷奥氏体，最右边是奥氏体的转变产物体，最右边是奥氏体的转变产物-珠光体和贝氏体相区。珠光体和贝氏体相区。当奥氏体恒温转变温度不同时，转变后的产物也不一样。当奥氏体恒温转变温度不同时，转变后的产物也不一样。在在727727550 范围内时，奥氏体分解为珠光体类型组织，范围内时，奥氏体分解为珠光体类型组织，在在550550230 范围内时，转变产物是贝氏体类型组织，当范围内时，转变产物是贝氏体类型组织，当冷到冷到230230 以下时，则转变成马氏体类型组织。以下时，则转变成马氏体类型组织。18共共共共析析析析钢钢钢钢C C曲曲曲曲线线线线19四、钢的热处理四、钢的热处理把钢材在固态下加热到一定温度，保温一段时间，然后以把钢材在固态下加热到一定温度，保温一段时间，然后以不同速度冷却，以改变其组织和性能的一种工艺操作称之不同速度冷却，以改变其组织和性能的一种工艺操作称之为为 热处理热处理。201.退火退火 将工件缓慢加热将工件缓慢加热到相变温度以上某一到相变温度以上某一温度，保温一定时间，温度，保温一定时间，随炉缓慢冷却。以得随炉缓慢冷却。以得到状态图上的组织。到状态图上的组织。退火、正火加热温度退火、正火加热温度2.正火正火 正火的加热方法同退火，只是置于空气中冷却。晶粒变正火的加热方法同退火，只是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。细，韧性可显著提高。（一）退火和正火（一）退火和正火A3 A1 Acm 213.退火、正火温度退火、正火温度：亚共析钢在亚共析钢在A3以上数十度，过共析钢在以上数十度，过共析钢在Acm以上以上数十度；数十度；4.退火、正火目的退火、正火目的：细化晶粒，提高力学性能；细化晶粒，提高力学性能；提高塑性，降低硬度，提高塑性，降低硬度，消除残余应力。消除残余应力。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。（一）退火和正火（一）退火和正火22（二）淬火和回火（二）淬火和回火将工件加热至相将工件加热至相变温度以上变温度以上3050，并保温，并保温一段时间后，投一段时间后，投入淬火剂中入淬火剂中急速急速冷却。冷却。淬火加热温度的选择示意图淬火加热温度的选择示意图1.淬火淬火23淬火温度淬火温度亚共析钢在亚共析钢在A3以上数十度，过共析钢在以上数十度，过共析钢在A1 以上以上 数十度；数十度；淬火目的淬火目的为了获取为了获取马氏体马氏体组织，以提高工件的硬度和耐磨组织，以提高工件的硬度和耐磨 性。性。它是强化钢材最主要的热处理方法它是强化钢材最主要的热处理方法。淬火剂淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。（二）淬火和回火（二）淬火和回火242.回火回火淬火后工件有很大内应力，易变形、开裂，须进一步回火。淬火后工件有很大内应力，易变形、开裂，须进一步回火。回火目的：回火目的：消除淬火内应力，降低硬度、脆性消除淬火内应力，降低硬度、脆性。低温回火低温回火：150150250250，得到的组织：回火马氏体。内应力，得到的组织：回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。中温回火中温回火：350350450450，具有一定的韧性和高的弹性极限，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。及屈服极限。高温回火高温回火：500500650650，具有适当的强度和足够的塑性和，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。韧性。淬火后高温回火称淬火后高温回火称调质处理调质处理。应用：在冲击负荷下应用：在冲击负荷下工作的重要结构零件，连杆，螺栓，齿轮及轴类。工作的重要结构零件，连杆，螺栓，齿轮及轴类。25（三）（三）钢的表面淬火钢的表面淬火 n表面淬火表面淬火：快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，获得表层硬而耐磨的获得表层硬而耐磨的M组织，心部仍保持原来的组织。组织，心部仍保持原来的组织。n应用应用：中碳钢和中碳低合金钢中碳钢和中碳低合金钢26（四）（四）钢的化学热处理钢的化学热处理 钢的化学热处理钢的化学热处理：将工件置于特定的介质中加热、保温，将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。分、组织和性能。如渗碳，氮化，碳、氮共渗，渗铝等。如渗碳，氮化，碳、氮共渗，渗铝等。渗碳渗碳是把钢放在渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温是把钢放在渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入钢表层的过程。一定时间，使碳原子渗入钢表层的过程。用低碳钢加工齿轮时的热处理步骤用低碳钢加工齿轮时的热处理步骤：先先渗碳渗碳，再再淬火淬火，最，最后后高温回火高温回火。用中碳钢加工齿轮时的热处理步骤：用中碳钢加工齿轮时的热处理步骤：淬火淬火后后高温回火高温回火。27热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图热处理热处理28一、碳钢一、碳钢1、常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响 杂质：硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等杂质：硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等（1）硫硫有害元素。有害元素。FeSFeS和和 FeFe形成低熔点形成低熔点(985)(985)化合物。钢材热化合物。钢材热加工加工1150115012001200，过早熔化而导致工件开裂，称，过早熔化而导致工件开裂，称“热热脆脆”。高级优质钢：高级优质钢：S0.02%0.03%；优质钢：优质钢：S0.03%0.045%；普通钢：普通钢：S0.055%0.07%以下以下6-3 6-3 碳素钢碳素钢29（2）磷磷有害元素。虽能使钢的强度、硬度增高，但同时有害元素。虽能使钢的强度、硬度增高，但同时塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使钢材显著变脆，称钢材显著变脆，称“冷脆冷脆”。高级优质钢：高级优质钢：P0.025%；优质钢：优质钢：P0.04%；普通钢：普通钢：P0.085%。30（3）锰锰 脱氧剂。有益元素。脱氧剂。有益元素。与与S生成生成MnS(1600)，部分消除硫的有害作用。，部分消除硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，与锰具有很好的脱氧能力，与FeO成为成为MnO进入炉渣，从而进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和硬度。改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和硬度。（4）硅硅 脱氧剂。既有有益的一面，又有有害的一面。脱氧剂。既有有益的一面，又有有害的一面。硅与硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。从而减能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。从而减轻氧的危害。轻氧的危害。硅使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。由于钢中硅硅使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。由于钢中硅含量一般不超过含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。，对钢性能影响不大。31（5 5）氧）氧有害元素。使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲有害元素。使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。劳强度、冲击韧性等有严重影响。（6）氮氮有害元素。使钢的强度、硬度提高，而塑性降低。有害元素。使钢的强度、硬度提高，而塑性降低。（7）氢氢有害元素。产生氢脆、白点等缺陷。有害元素。产生氢脆、白点等缺陷。32 低碳钢低碳钢按含碳量按含碳量 高碳钢高碳钢 镇静钢：镇静钢：Z 按脱氧方式按脱氧方式 半镇静钢：半镇静钢：b 普通碳素钢普通碳素钢按品质按品质 高级优质碳素钢高级优质碳素钢中碳钢中碳钢沸腾钢：沸腾钢：F优质碳素钢优质碳素钢随着含碳量的增加，随着含碳量的增加，钢的强度硬度增加，钢的强度硬度增加，而塑性韧性降低。而塑性韧性降低。镇静钢，脱氧完全，镇静钢，脱氧完全，钢锭组织致密，质量钢锭组织致密，质量好。好。优质钢，优质钢，S S、P P杂质含杂质含量低，质量好。量低，质量好。2、碳钢的分类与编号、碳钢的分类与编号33普通碳素钢有普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及及 Q275五五个品种十种钢号。个品种十种钢号。Q 235A F质量等级为质量等级为A，共分共分A、B、C、D四级四级屈服极限屈服极限s=235MPa脱氧方式：有脱氧方式：有Z、TZ、F、b四种，四种，其中其中Z和和TZ可省略。可省略。屈屈（1）普通碳素钢普通碳素钢 含硫、磷杂质较多，钢的牌号由四部分组成。含硫、磷杂质较多，钢的牌号由四部分组成。34 碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌号牌号等级等级化学成分化学成分脱氧脱氧方法方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.300.050/0.0450.045F,b,ZQ235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC 0.180.35-0.800.300.0400.040ZD 0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.300.050/0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045Z35碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s，MPaMPa抗拉抗拉强度强度 b b/MPa伸长率伸长率 s ,%温度温度V V型冲型冲击功击功(纵向纵向)J钢材厚度钢材厚度(直径直径)，mm钢材厚度钢材厚度(直径直径),),mm 164060100150150 164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-6102018161536GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能，B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分，C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性能。Q195Q195 A1A1；B1B1Q215Q215 A2A2；C2C2Q235 A3；C3Q255Q255 A4A4；C4C4Q275Q275 C5C5表表6-3 6-3 碳素结构钢新、老标准钢号对照碳素结构钢新、老标准钢号对照其中其中Q235-A，Q235-B有良好的塑性、韧性及加工工艺性，有良好的塑性、韧性及加工工艺性，为化工容器常用材料。其板材用作低压容器的壳体和零部为化工容器常用材料。其板材用作低压容器的壳体和零部件，棒材和型钢用作螺栓、螺母等。件，棒材和型钢用作螺栓、螺母等。37硫、磷含量较普通碳素钢低。硫、磷含量较普通碳素钢低。牌号：牌号：用两位数字表示，表示平均含碳量的万分数用两位数字表示，表示平均含碳量的万分数。如如 45 钢，含碳量为钢，含碳量为 0.45%左右。左右。有有08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。等。（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢普通含锰量普通含锰量较高含锰量较高含锰量如如45Mn，较高含锰量优质碳素钢。，较高含锰量优质碳素钢。优质钢优质钢38 表表6-4 6-4 优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，%s,MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80 0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03512.5%时，时，生成致生成致密氧化膜，且密氧化膜，且Cr含量越高耐蚀性越好含量越高耐蚀性越好。镍镍 Ni能提高不锈钢的耐蚀范围，能提高不锈钢的耐蚀范围，耐电化学腐蚀耐电化学腐蚀。钼钼 Mo能能提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力；提高钢的耐热强度提高钢的耐热强度。锰锰 Mn可可提高强度提高强度、硬度、硬度。目前正发展用目前正发展用锰来代替镍。锰来代替镍。1、不锈钢中的合金元素、不锈钢中的合金元素62防止焊接用不锈钢产生晶间腐蚀防止焊接用不锈钢产生晶间腐蚀。晶间腐蚀晶间腐蚀：在在400400800800的温度范围内，碳从奥氏体中的温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬（以碳化铬（CrCr2323C C6 6）形式沿晶界析出，使晶界附近含铬量降）形式沿晶界析出，使晶界附近含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量（低到耐腐蚀所需的最低含量（12.5%12.5%）以下，腐蚀就在此）以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。晶间腐蚀。Ti比比Cr更容易与更容易与C化化合。合。钛钛 Ti和铌和铌Nb元素符号元素符号元素符号元素符号合金元素符号合金元素符号合金元素百分含量合金元素百分含量含碳量千分数含碳量千分数如：如：0Cr13，00Cr19Ni10，1Cr18Ni9Ti等等注意：含碳量：注意：含碳量：1：指含碳：指含碳0.080.15%0：指含碳：指含碳0.030.08%00：指含碳：指含碳0.03%2、不锈钢的牌号、不锈钢的牌号不锈钢都是低碳或微碳的，这是为什么？不锈钢都是低碳或微碳的，这是为什么？641）降降低低含含碳碳量量：含含碳碳0.06%时时不不易易产产生生，含含碳碳0.03%时时可可 靠靠 地地 克克 服服，即即 超超 低低 碳碳 不不 锈锈 钢钢，如如 00Cr19Nil0、0Cr18Ni9。2）加加入入与与碳碳亲亲和和力力比比铬铬更更强强的的Ti，Nb等等元元素素，以以形形成成稳稳定定的的 TiC、NbC等等。如如 1Cr18Ni9Ti、0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb 等。等。3）最最新新研研究究认认为为Ti在在防防止止晶晶间间腐腐蚀蚀方方面面的的能能力力没没有有想想象象的的那那么么好好，而而冶冶炼炼超超低低碳碳不不锈锈钢钢的的成成本本已已大大幅幅下下降降。2002年年最最新新标标准准不不再再推推荐荐1Cr18Ni9Ti，而而建建议议用用超超低低碳碳不不锈锈钢钢代代替替含钛不锈钢。含钛不锈钢。如如0Cr18Ni9防止晶间腐蚀的方法：防止晶间腐蚀的方法：651Cr13 2Cr13：具有良好的综合机械性能，可进行深冲、：具有良好的综合机械性能，可进行深冲、卷边、焊接等，可制汽轮机叶片等。卷边、焊接等，可制汽轮机叶片等。3 Cr13、4Cr13：硬度高、焊接性差，可做耐蚀工件如：硬度高、焊接性差，可做耐蚀工件如医疗工具，轴承等。医疗工具，轴承等。马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢3、常用不锈钢、常用不锈钢66 铁素体不锈钢铁素体不锈钢化学成分化学成分:Wc=0.1%左右，左右，WCr=(1730)%牌号牌号:1Cr17、1Cr17Ti等。等。用途：化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度用途：化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。低的容器、管道等。67奥氏体不锈钢的基本型是奥氏体不锈钢的基本型是Cr18Ni810（亦称（亦称18-8钢钢）。）。化学成分特点化学成分特点：Wc 0.14%、WCr=1719%、WNi=810%、Cu、Ti、Mo等。等。性能：性能：通常为单相通常为单相奥氏体奥氏体，好的冷变形性能，好的韧性，好的冷变形性能，好的韧性，焊接性。优异的综合性能，包括优良的力学性能和耐腐蚀焊接性。优异的综合性能，包括优良的力学性能和耐腐蚀性能，耐高温、耐低温能力。性能，耐高温、耐低温能力。牌号牌号：0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni9Ti(国标不推荐)0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3等。等。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢我国和美国、日本常用不锈钢钢号的近似对照我国和美国、日本常用不锈钢钢号的近似对照 日本（日本（JISJIS）美国（美国（AISI）中国（中国（GBGB）SUS 301SUS 3013011Cr17Ni7SUS 304SUS 3043040Cr18Ni9(0Cr19Ni9)SUS 304LSUS 304L304L00Cr19Ni10(00Cr18Ni10)SUS 309SSUS 309S309S0Cr23Ni13SUS 316SUS 3163160Cr17Ni12Mo2SUS 316LSUS 316L316L00Cr17Ni14Mo2SUS 317SUS 3173170Cr19Ni13Mo3SUS 317LSUS 317L317L00Cr19Ni13Mo3SUS 321SUS 3213211Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni10Ti)SUS 430SUS 4304301Cr17SUS 410SUS 4104101Cr1369五、耐热钢和高温合金五、耐热钢和高温合金例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等都是在高温下进例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等都是在高温下进行，有的温度达行，有的温度达1000以上。以上。300350即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在在700以下，在钢种加入以下，在钢种加入Cr、Al、Si等元素，高温时会等元素，高温时会在钢表面生成氧化物膜。在钢表面生成氧化物膜。7001000用高温合金。用高温合金。抗氧化钢（高温不起皮钢）抗氧化钢（高温不起皮钢）热强钢热强钢耐热钢耐热钢高温蠕变高温蠕变70抗氧化钢：抗氧化钢：指高温下具有较好的抗氧化性，并有适当强指高温下具有较好的抗氧化性，并有适当强度的钢种度的钢种。如。如1Cr13Si3，1Cr23Ni13等。等。热强钢：热强钢：高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高的强度。较高的强度。常用于高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的常用于高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。如过热器等。如15CrMo，12Cr2Mo1，1Cr5Mo，0Cr19Ni9，0Cr17Ni12Mo2等等716-5 铸铁铸铁含碳量含碳量2.11%以上，大多碳以石墨形式存在，并含有以上，大多碳以石墨形式存在，并含有 较多较多S、P、Si、Mn等杂质。等杂质。是脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、是脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些介质如浓硫酸、醋酸、盐溶减振性及切削加工性。在一些介质如浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等中耐腐蚀性能好。液、有机溶剂等中耐腐蚀性能好。按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为灰铸铁灰铸铁、可锻铸铁可锻铸铁、球墨铸铁球墨铸铁和和特殊性能铸铁特殊性能铸铁等。等。72一、灰铸铁一、灰铸铁含碳含碳2.7%4.0%，80%以上碳以以上碳以片状石墨片状石墨存在，断面呈存在，断面呈暗灰色，故得名。暗灰色，故得名。1.1.牌号牌号：HT+抗拉强度抗拉强度 b表示表示 如如 HT100，其中，其中100表示表示 b100MPa。常用灰铸铁牌号有常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.2.力学性能力学性能：强度低，硬度高，塑性很差。强度低，硬度高，塑性很差。3.3.工艺性能：工艺性能：优良的铸造性，切削性好，能焊接。优良的铸造性，切削性好，能焊接。73使用温度使用温度300300，否则会，否则会“长大长大”高温生长性。高温生长性。O2Si SiO2，体积变大；，体积变大；Fe3C 3FeC，石墨的比容比，石墨的比容比Fe3C 高，达高，达3.5倍倍减振性和耐磨性好，可做支架、阀体、泵体、机座、减振性和耐磨性好，可做支架、阀体、泵体、机座、管路附件等。管路附件等。缺口敏感性低，可用作疲劳应力较低的轴。缺口敏感性低，可用作疲劳应力较低的轴。在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。的碳化塔及淡盐水泵等。4.4.应用应用74二、球墨铸铁二、球墨铸铁简称球铁，球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球简称球铁，球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入一定量的球化剂，浇注后得到化剂，浇注后得到球状石墨球状石墨的铸铁的铸铁。1.1.牌号牌号：用用QT抗拉强度值延伸率抗拉强度值延伸率表示表示如如QT400-18，其中，其中400表示表示 b400MPa，18表示表示d d=18%常用常用的的QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2、QT800-2等。等。2.2.力学性能力学性能：在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至：在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。接近钢材。753.3.应用应用球墨铸铁强度、塑性和韧性大大超过灰铸铁，甚至接近钢球墨铸铁强度、塑性和韧性大大超过灰铸铁，甚至接近钢材，但价格低于钢，可替代部分铸钢、锻钢件，制作曲轴、材，但价格低于钢，可替代部分铸钢、锻钢件，制作曲轴、连杆、主轴、中压阀门等。连杆、主轴、中压阀门等。76三、三、可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁经长时间石墨化退火而得到的具有由白口铸铁经长时间石墨化退火而得到的具有团絮状石团絮状石墨墨的铸铁。的铸铁。1.牌号牌号 “KT”“可锻铸铁可锻铸铁”、“KTH”铁素体可锻铸铁，铁素体可锻铸铁，“KTZ”珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁。后面的数字分别表示最低抗后面的数字分别表示最低抗拉强度（拉强度（MPa）和最低延伸率。）和最低延伸率。如：如：KTH350-10表示表示b=350MPa，=10的铁素体可锻的铁素体可锻铸铁。铸铁。2.性能性能：强度、塑韧性优于灰铸铁，低于球墨铸铁强度、塑韧性优于灰铸铁，低于球墨铸铁。3.注意注意：可锻铸铁不能进行压力加工可锻铸铁不能进行压力加工！4.应用应用：管件、弯头、三通、低压阀门等。：管件、弯头、三通、低压阀门等。77四、耐蚀铸铁四、耐蚀铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁（牌号（牌号ST为首）：是加入大量为首）：是加入大量Si、Cr、Al 等合等合金元素的合金铸铁。金元素的合金铸铁。高硅铸铁高硅铸铁1.Si14.5%，能，能耐硝酸、硫酸、醋酸等腐蚀，随含硅量增加耐硝酸、硫酸、醋酸等腐蚀，随含硅量增加耐蚀性增加。耐蚀性增加。2.牌号牌号：STSi15R、STSi11Cu2CrR等。等。3.性能性能：强度低、脆性大及内应力大，易于脆性断裂；：强度低、脆性大及内应力大，易于脆性断裂；热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的 设备，设备，否则容易产生裂纹。否则容易产生裂纹。4.应用应用：常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器：常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器78五、耐热铸铁五、耐热铸铁 高温下抗氧化高温下抗氧化 高温下抗生长高温下抗生长灰铸铁灰铸铁“热生长热生长”：高温下铸铁体积产生不可逆的胀大，：高温下铸铁体积产生不可逆的胀大，达达10%左右。左右。原因原因：铸铁耐热性铸铁耐热性 O2Si SiO2，体积变大；，体积变大；Fe3C 3FeC，石墨的比容比，石墨的比容比Fe3C高，达高，达3.5倍。倍。措施措施：加入加入Si、Al、Cr等使形成氧化膜。等使形成氧化膜。牌号牌号：铬系铬系RTCr、RTCr2；硅系；硅系RTSi5等。等。79黑色金属黑色金属(铁碳合金铁碳合金)有色金属：有色金属：Cu、Al、Ti、Ni 及其合金及其合金钢钢铸铁铸铁碳钢碳钢合金钢合金钢金属金属 有色金属的共性：有色金属的共性：耐腐蚀性好，低温塑性、韧性好。耐腐蚀性好，低温塑性、韧性好。6-6 6-6 有色金属有色金属80一、铜及其铜合金一、铜及其铜合金（一）纯铜（一）纯铜1.牌号牌号：T1、T2、T3（纯铜）、（纯铜）、TU1、TU2（无氧铜）、（无氧铜）、TP1、TP2（磷脱氧铜）等。（磷脱氧铜）等。2.机械性能机械性能：低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设备和高压设备垫片。制作深冷设备和高压设备垫片。3.耐腐蚀性能耐腐蚀性能：耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。不耐各种浓度的硝水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。酸、氨和铵盐溶液。紫铜紫铜81（二）黄铜（二）黄铜1.普通黄铜普通黄铜 牌号牌号：常用的常用的有有H80、H68、H62等。等。H80含含Cu：80%左右，左右，Zn：20%左右。左右。性能性能：铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。较广。H80在大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优在大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优良，可作薄壁管和波纹管。良，可作薄壁管和波纹管。H68塑性好，可在常温下冲压。塑性好，可在常温下冲压。Cu-Zn系合金系合金822.2.多元黄铜多元黄铜在在Cu-Zn合金中加入锡、铝、硅、锰合金中加入锡、铝、硅、锰等元素而成。等元素而成。锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝能改善切削加工性。有锡黄铜、铝黄铜等。性；铝能改善切削加工性。有锡黄铜、铝黄铜等。锡黄铜锡黄铜 HSn70-l含含Cu 70%，Sn1%,其余为其余为Zn，能，能提高在海水中的耐蚀性提高在海水中的耐蚀性,称海军黄铜。称海军黄铜。铝黄铜铝黄铜HAl66-6-3-2表示含表示含66%的的Cu，6%的的Al，3%的的Fe，2%的的Mn，其余为，其余为Zn。83（三）青铜（三）青铜 铜与除锌和镍以外的元素组成的合金称为青铜铜与除锌和镍以外的元素组成的合金称为青铜。1.压力加工青铜压力加工青铜Sn青铜青铜 如如 QSn4-3，含，含4%Sn、3%Zn，其余为，其余为 Cu。耐腐蚀、耐磨，做轴承、泵壳、弹簧等。耐腐蚀、耐磨，做轴承、泵壳、弹簧等。Al青铜青铜 如如 QAl 10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿，做耐蚀、抗磨的齿 轮、轴套等。轮、轴套等。Be青铜青铜 如