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化工設備選型知識
泵閥常用耐腐蝕材料
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    點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小,一般情況下,點蝕的深度要比其直徑大的多。點蝕經常發生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質和溶質等的不

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      1 腐蝕的分類及特點

      1.1 點蝕

      點蝕又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小,一般情況下,點蝕的深度要比其直徑大的多。點蝕經常發生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上。

      由于金屬材料中存在缺陷、雜質和溶質等的不均一性,當介質中含有某些活性陰離子(如Cl-)時,這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點上,從而使金屬表面鈍化膜發生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時,金屬表面就發生腐蝕。這是因為在金屬表面缺陷處易漏出機體金屬,使其呈活化狀態,而鈍化膜處仍為鈍態,這樣就形成了活性—鈍性腐蝕電池,由于陽極面積比陰極面積小得多,陽極電流密度很大,所以腐蝕往深處發展,金屬表面很快就被腐蝕成小孔,這種現象被稱為點蝕。

      在石油、化工的腐蝕失效類型統計中,點蝕約占20%25%。流動不暢的含活性陰離子的介質中容易形成活性陰離子的積聚和濃縮的條件,促使點蝕的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易發生點蝕。

      PH值降低、溫度升高都會增加點蝕的傾向。氧化性金屬離子(如Fe3+、Cu2+、Hg2+等)能促進點蝕的產生。但某些含氧陰離子(如氫氧化物、鉻酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽等)能防止點蝕。

      點蝕雖然失重不大,但由于陽極面積很小,所以腐蝕速率很快,嚴重時可造成設備穿孔,使大量的油、水、氣泄漏,有時甚至造成火災、爆炸等嚴重事故,危險性很大。點蝕會使晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇,在很多情況下點蝕是這些類型腐蝕的起源。

      1.2 縫隙腐蝕

      在電解液中,金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構成狹窄的縫隙,縫隙內有關物質的移動受到了阻滯,形成濃差電池,從而產生局部腐蝕,這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕??p隙腐蝕常發生在設備中法蘭的連接處,墊圈、襯板、纏繞墊與金屬重疊處,它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質中出現,從而給生產設備的正常運行造成嚴重障礙,甚至發生破壞事故。對鈦及鈦合金來說,縫隙腐蝕是最應關注的腐蝕現象。介質中,氧氣濃度增加,縫隙腐蝕量增加;PH值減小,陽極溶解速度增加,縫隙腐蝕量也增加;活性陰離子的濃度增加,縫隙腐蝕敏感性升高。但是,某些含氧陰離子的增加會減小縫隙腐蝕量。

      1.3 應力腐蝕

      材料在特定的腐蝕介質中和在靜拉伸應力(包括外加載荷、熱應力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應力,以及裂縫銹蝕產物的楔入應力等)下,所出現的低于強度極限的脆性開裂現象,稱為應力腐蝕開裂。

      應力腐蝕開裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑,產生細長的裂縫,且裂縫擴展很快,能在短時間內發生嚴重的破壞。應力腐蝕開裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高,可達50%。

      應力腐蝕的產生有兩個基本條件:一是材料對介質具有一定的應力腐蝕開裂敏感性;二是存在足夠高的拉應力。導致應力腐蝕開裂的應力可以來自工作應力,也可以來自制造過程中產生的殘余應力。據統計,在應力腐蝕開裂事故中,由殘余應力所引起的占80%以上,而由工作應力引起的則不足20%。

      應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期,在這一階段內,因腐蝕過程局部化和拉應力作用的結果,使裂紋生核;第二階段為腐蝕裂紋發展時期,當裂紋生核后,在腐蝕介質和金屬中拉應力的共同作用下,裂紋擴展;第三階段中,由于拉應力的局部集中,裂紋急劇生長導致零件的破壞。

      在發生應力腐蝕破裂時,并不發生明顯的均勻腐蝕,甚至腐蝕產物極少,有時肉眼也難以發現,因此,應力腐蝕是一種非常危險的破壞。

      一般來說,介質中氯化物濃度的增加,會縮短應力腐蝕開裂所需的時間。不同氯化物的腐蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發生應力腐蝕的溫度一般在50300之間。

      防止應力腐蝕應從減少腐蝕和消除拉應力兩方面來采取措施。主要是:一要盡量避免使用對應力腐蝕敏感的材料;二在設計設備結構時要力求合理,盡量減少應力集中和積存腐蝕介質;三在加工制造設備時,要注意消除殘余應力。

      1.4 腐蝕疲勞

      腐蝕疲勞是在腐蝕介質與循環應力的聯合作用下產生的。這種由于腐蝕介質而引起的抗腐蝕疲勞性能的降低,稱為腐蝕疲勞。疲勞破壞的應力值低于屈服點,在一定的臨界循環應力值(疲勞極限或稱疲勞壽命)以上時,才會發生疲勞破壞。而腐蝕疲勞卻可能在很低的應力條件下就發生破斷,因而它是很危險的。

      影響材料腐蝕疲勞的因素主要有應力交變速度、介質溫度、介質成分、材料尺寸、加工和熱處理等。增加載荷循環速度、降低介質的PH值或升高介質的溫度,都會使腐蝕疲勞強度下降。材料表面的損傷或較低的粗糙度所產生的應力集中,會使疲勞極限下降,從而也會降低疲勞強度。

      1.5 晶間腐蝕

      晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中,沿著材料的晶粒間界受到腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的一種局部腐蝕破壞現象。受這種腐蝕的設備或零件,有時從外表看仍是完好光亮,但由于晶粒之間的結合力被破壞,材料幾乎喪失了強度,嚴重者會失去金屬聲音,輕輕敲擊便成為粉末。

      據統計,在石油、化工設備腐蝕失效事故中,晶間腐蝕約占4%9%,主要發生在用軋材焊接的容器及熱交換器上。

      一般認為,晶界合金元素的貧化是產生晶間腐蝕的主要原因。通過提高材料的純度,去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩定化元素(鈦、鈮),以控制晶界上析出的碳化物及采用適當的熱處理制度和適當的加工工藝,可防止晶間腐蝕的產生。

      1.6 均勻腐蝕

      均勻腐蝕是指在與環境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進行的腐蝕。在應用耐蝕材料時,應以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據,在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能。

      1.7 磨損腐蝕(沖蝕)

      由磨損和腐蝕聯合作用而產生的材料破壞過程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發生在高速流動的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、管道等處。有的過流部件,如高壓減壓閥中的閥瓣(頭)和閥座、離心泵的葉輪、風機中的葉片等,在這些部位腐蝕介質的相對流動速度很高,使鈍化型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜,因受到過分的機械沖刷作用而不易恢復,腐蝕率會明顯加劇,如果腐蝕介質中存在著固相顆粒,會大大加劇磨損腐蝕。

      1.8 氫脆

      金屬材料特別是鈦材一旦吸氫,就會析出脆性氫化物,使機械強度劣化。在腐蝕介質中,金屬因腐蝕反應析出的氫及制造過程中吸收的氫,是金屬中氫的主要來源。金屬的表面狀態對吸氫有明顯的影響,研究表明,鈦材的研磨表面吸氫量最多,其次為原始表面,而真空退火和酸洗表面最難吸氫。鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫。

      

2 泵閥常用耐蝕材料

 序號                                             

  1   1Cr18Ni9Ti      304、18-8、B        有機酸、低溫低濃度各種酸堿鹽

  2   00Cr18Ni9           304L       有機酸、低溫低濃度各種酸堿鹽,抗晶間腐蝕

  3   0Cr18Ni12Mo2Ti  316、M     稀硫酸、磷酸、有機酸,耐蝕性比304

  4   00Cr18Ni12Mo2Ti     316L稀硫酸、磷酸、有機酸,耐蝕性比304好,抗晶間腐蝕

  5   0Cr20Ni25Mo5Cu2     904   有機酸(醋酸、甲酸等)、磷酸、低溫稀硫酸和鹽酸

  6   00Cr20Ni25Mo5Cu2    904L有機酸(醋酸、甲酸等)、磷酸、低溫稀硫酸和鹽酸,抗晶間腐蝕

  7  0Cr30Ni42Mo3Cu2    804 因可合金)高溫高濃度燒堿和鹽及高溫40%50%硫酸

  8  0Cr20Ni42Mo3Cu2    824(因可合金)高溫高濃度燒堿和鹽及高溫40%50%硫酸

  9  0Cr24Ni20Mo2Cu3    K合金   60各種濃度的硫酸

 10  0Cr26Ni5Mo2Cu3     CD-4Mcu   稀硫酸、磷酸(可時效硬化耐磨

 11  00Cr25Ni6Mo2        M M-4      硝酸磷肥專用鋼

 12  0Cr18Ni5Mo5         N H55     海水

 13  0Cr21Ni32Mo2Cu3    20號合金  稀硫酸(t130,濃度40%左右)

 14  00Cr10Ni20Mo1.5Si6Cu  SS920  濃硫酸(t130,濃度93%98%

 15  0Cr12Ni25Mo3Cu3Si2Ni  941全濃度常溫硫酸,特別適用100以下中等濃度(50%左右)硫酸

 16  0Cr30Ni6Mo2Mn1.5P    D合金   稀硫酸(濃度1%1.5%,溫度<80

 17  0Cr27Ni31Mo4.5Cu2    28號合金(ZS28)鹽酸料漿

 18   0Cr13Ni7Si4S-05       中濃中溫硫酸

 19  0Cr17Ni17Si5S-05鋼(日本)高濃高溫硫酸

 20  00Cr14Ni14Si4         C4全濃度硝酸,特別適用濃硝酸,是目前濃硝酸用鋼綜合性能最好的鑄材

 21  00Ni65Cu28Fe2.5Mn1.5    蒙耐爾合金     非氧化性介質,氫氟酸、氫氧化鈉溶液,高溫燒堿等

 22  0Ni60Mo22Fe20        哈氏合金 A   硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、蟻酸等

 23  0Ni65Mo28Fe5V       哈氏合金B     硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、蟻酸等

 24  0Ni60Mo18Fe8Cr17Cu2.5Mn  哈氏合金C    冷硝酸、次氯酸、氫氟酸等

 25  STNiCr202            鎳鑄鐵       高溫高濃度燒堿

26  STSi15                高硅耐蝕鑄鐵(G)硝酸、鉻酸、硫酸等(不含HCl

 27  ZGCr28               高鉻鑄鐵(E)濃硝酸

 28  TA2                 工業純鈦      氧化性腐蝕介質

 29  TiAl6V4               TC4                  氧化性腐蝕介質

 30  TiMo32              32鉬合金    氧化性及還原性腐蝕介質等

 31  TiPd0.2          鈦鈀合金       氧化性腐蝕介質,抗縫隙腐蝕能力強,對還原性酸有一定的耐蝕能力

 32  TiMo0.3Ni0.8     鈦鉬鎳合金與TiPd0.2相近,價格較TiPd0.2

 33  TiTa5            鈦鉭合金熱      濃硝酸及合成樹脂等強腐蝕介質

 

3 常見世界各國標準代號或牌號表

 標準代號或牌號  國家(地區)或標準化機構  標準代號或牌號    國家(地區)或標準化機構

GB        中國國家標準              AWS          美國焊接學會

JB         中國機械工業部標準        BS              英國

H/HG/HGJ   中國化工部標準           COPANT      泛美技術標準委員會

YB         國冶金工業部標準          CSA      加拿大標準協會

ZB          中國專業標準             DIN      德國標準化學會

TQ     機械電子工業部通用機械行業內部標準   ECISS   歐洲鋼鐵標準化委員會

ACI美國合金鑄造學會FED美國

AECMA歐洲航天設備制造商協會GOST(前)蘇聯

AFNOR法國標準化協會IS印度

AIR法國航空部標準化局ISO國際標準化組織

AISI美國鋼鐵學會JIS日本

AMS美國航天航空材料技術規范MIL美國軍用規范與標準

ANSI美國國家標準學會NBS美國國家標準局

API美國石油學會NF法國

AS澳大利亞SABS南非標準局

ASME美國機械工程師學會SAE美國汽車工程師協會

ASTM美國材料與試驗協會UNI意大利全國標準協會

 

    4 常見金屬材料的力學性能名稱、代號、單位和涵義

      指標單位涵義說明

      名稱符號

      彈性指標彈性

      模量EN/mm2金屬在彈性范圍內,外力和變形成比例地增長,即應力與應變成正比例關系時(符合虎克定理),這個比例系數就稱為彈性模量,根據應力,應變的性質通常又分為:彈性模量和切變模量,彈性模量的大小,相當于引起物體單位變形時所需應力之大小,是衡量材料剛度的指標,彈性模量愈大,剛度也愈大。

      切變模量GN/mm2

      彈性極限σeN/mm2    這是表示金屬最大彈性的指標,即在彈性變形階段,試樣不產生塑性變形時所能承受的最大應力

      強度性能指標抗拉

      強度σbN/mm2指外力是拉力時的強度極限,它是衡量金屬材料強度的主要性能指標

      抗彎強度σbb或σwN/mm2指外力是彎曲力時的強度極限

      抗壓強度σbc或σyN/mm2    指外力是壓力時的強度極限,壓縮試驗主要適用于低塑性材料,如鑄鐵、塑料等

      抗剪強度τN/mm2指外力是剪切力時的強度極限

      抗扭強度τbN/mm2    指外力是扭轉力時的強度極限

      屈服點σsN/mm2金屬承受載荷時,當載荷不再增加,但金屬本身的變形卻繼續增加的現象稱為屈服,產生屈服現象時的應力叫屈服點

      屈服強度σ0.2N/mm2    金屬發生屈服現象時,為便于測量,通常按其產生永久殘余變形量等于試樣原長0.2%時的應力,作為屈服強度

      持久強度σb /hN/mm2    

      指金屬在一定的高溫條件下,經過規定時間發生斷裂時的應力,一般所指的持久強度,是指在一定溫度下,試樣經十萬小時后的破斷強度

      蠕變極限σ%/hN/mm2   

      金屬在高溫環境下,即使所受應力小于屈服點,也會隨著時間的增長而緩慢地產生永久變形,這種現象叫做蠕變,在一定的溫度下經一定的時間,金屬的蠕變速度仍不超過規定的數值,此時所能承受的最大應力,稱為蠕變極限

      硬度性能指標布氏硬度HBS HBWN/mm2   

      用淬硬小鋼球或硬質合金球壓入金屬表面,以其壓痕面積除加壓在鋼球上的載荷,所得之商,即為金屬的布氏硬度數值。使用鋼球測定硬度≤450HBS;使用硬質合金球測定硬度>450HBW

     洛氏硬度CHRC無量鋼   

      1471N載荷,將頂角為120°的圓錐形金剛石的壓頭,壓入金屬表面,取其壓痕的深度來計算硬度的大小,即為金屬的HRC硬度,HRC用來測量HB=230~700的金屬材料,主要用于測定淬火鋼及較硬的金屬材料

      AHRA    指用588.4N載荷和頂角為120°的圓錐形金剛石的壓頭所測定出來的硬度,一般用來測定硬度很高或硬而薄的金屬材料,如碳化物、硬質合金或表面處理過的零件

      BHRB    指用980.7N載荷和直徑為1.59mm(即1/16in)的淬硬鋼球所測得的硬度。主要用于測定HB=60~230這一類較軟的金屬材料,如退火鋼、銅、鋁等

      維氏 硬度HVN/mm249.03~980.7N以內的載荷,將頂角為136°的金剛石四方角錐體壓頭壓入金屬的表面,以其壓痕面積除載荷所得之商,即為維氏硬度值,HV只適用于測定很?。?/span>0.3~0.5mm)的金屬材料,或厚度為0.03~0.05mm的零件表面硬化層的硬度,測定的數值比較準確

      肖氏硬度HSC HSDH(回跳高度)   

      利用一定重量(2.5g)的鋼球或金剛石球,自一定的高度(一般為254mm)落下撞擊金屬后,球又回跳到某一高度h,此高度為肖氏硬度值,其優點是在金屬表面上不留下傷痕,缺點是測定值不夠準確

      塑性指標伸長率

      L0=5d

      L0=10dδ

       δ5

      δ10%金屬受外力作用被拉斷以后,在標距內總伸長長度同原來標距長度相比的百分數,稱為伸長率。根據試樣長度的不同,通常用符號δ5或δ10來表示;δ5是試樣標距長度為其直徑5倍時的伸長率,δ10是試樣標距長度為其直徑10倍時的伸長率

     斷面 收縮率ψ%   

     金屬受外力作用被拉斷以后,其橫截面的縮小量與原來橫截面積相比的百分數,稱為斷面收縮率。δ、ψ的數值愈高,表明這種材料的塑性愈好,易于進行壓力加工

            

     韌性指標沖擊韌度aKU aKVJ/m2 kJ/m2沖擊韌度是評定金屬材料于動載荷下承受沖擊抗力的力學性能指標,通常都是以大能量的一次沖擊值作為標準的。試驗結果,以沖斷試樣上所消耗的功與斷口處橫截面積之比值大小來衡量。由于aK值的大小不僅取決于材料本身,還隨試樣尺寸、形狀的改變及試驗溫度的不同而變化,因而aK值只是一個相對指標

     沖擊 吸收功AKU AKVJ

     疲勞性能指標疲勞極限σ-1

     σ-1nN/mm2金屬材料在交變負荷的作用下,經過無限次應力循環而不致引起斷裂的最大循環應力,稱為疲勞極限。σ-1—表示光滑試樣的對稱彎曲疲勞極限,σ-1n—表示缺口試樣的對稱彎曲疲勞極限

     按我國國家標準,一般鋼鐵材料采用107循環次數而不斷裂的最大應力來確定其疲勞極限,對于有色金屬材料,則規定應力循環次數在108或更多周次,才能確定其疲勞極限

     斷裂韌度性能指標平面應變斷裂韌度K1cN/mm1.5斷裂韌度是衡量金屬材料在裂紋存在的情況下抵抗脆性開裂能力的指標,它是現代斷裂力學在分析高強度材料使用過程中,發生一系列技術事故的基礎上而提出的一個新的重要的力學性能指標。根據材料的斷裂韌度和用無損探傷方法確定的內部缺陷存在的情況,可以預知零件在工作過程中有無脆性斷裂的危險,從而采取合金化與熱處理等措施,以滿足使用性能的要求。

     斷裂韌度是強度和塑性的綜合指標,它是在裂紋試樣上測得的,主要適用于高強度材料或服役條件有可能促使零件脆斷的場合的普通強度材料。對一般機械零件,當斷面尺寸不是太大,破壞形式主要是韌性斷裂時,仍可沿用傳統的五大力學性能指標,無須提出斷裂韌度的指標

     條件斷裂韌度KQN/mm1.5

     5 鋼鐵材料中主要元素及其對組織和性能的影響

     元素符號對 響對         

     Al縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為36%0.6%,不形成碳化物,但與氮及氧親和力極強主要用來脫氧和細化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅硬耐蝕的滲碳層。含量高時,賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質、H2S氣體的腐蝕作用。固溶強化作用大。在耐熱合金中,與鎳形成γ′相(Ni3Al),從而提高其熱強性。有促使石墨化傾向,對淬透性影響不顯著

      As縮小γ相區,形成γ相圈,作用與磷相似,在鋼中偏析嚴重含量不超過0.2%時,對鋼的一般力學性能影響不大,但增加回火脆性敏感性

      B縮小γ相區,但因形成Fe2B,不形成γ相圈。在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.008%0.02%   

      微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成,從而延長奧氏體的孕育期,提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加,此種作用逐漸減弱以至完全消失

      C擴大γ相區,但因滲碳體的形成,不能無限固溶。在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.02%2.1%   

      隨含量的增加,提高鋼的硬度和強度,但降低其塑性和韌性

      Co無限固溶于γ鐵,在α鐵中的溶解度為76%。非碳化物形成元素有固溶強化作用,賦予鋼紅硬性,改善鋼的高溫性能和抗氧化及耐蝕的能力,為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素。提高鋼的MS點,降低鋼的淬透性

      Cr縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵中無限固溶,在γ鐵中的最大溶解度為12.5%,中等碳化物形成元素,隨鉻含量的增加,可形成(Fe,Cr3C,(Cr ,Fe7C3,(Cr ,Fe23C6等碳化物   

       增加鋼的淬透性并有二次硬化作用,提高高碳鋼的耐磨性。含量超過12%時,使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕的作用,并增加鋼的熱強性。為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時,易發生σ和475脆性

       Cu     擴大γ相區,但不無限固溶;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約2%8.5%。在724700時,在α鐵中的溶解度劇降至0.68%0.52%

       當含量超過0.75%時,經固溶處理和時效后可產生時效強化作用。含量低時,其作用與鎳相似,但較弱。含量較高時,對熱變形加工不利,如超過0.30%,在氧化氣氛中加熱,由于選擇性氧化作用,在表面將形成一富銅層,在高溫熔化并侵蝕鋼表面層的晶粒邊界,在熱變形加工時導致高溫銅脆現象。如鋼中同時含有超過銅含量1/3的鎳,則可避免此種銅脆的發生,如用于鑄鋼件則無上述弊病。在低碳低合金鋼中,特別與磷同時存在時,可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。Cu2%3%在奧氏體不銹鋼中可提高其對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩定性

     H擴大γ相區,在奧氏體中的溶解度遠大于在鐵素體中的溶解度;而在鐵素體中的溶解度也隨溫度的下降而劇減   

     氫易使鋼產生白點等不允許有的缺陷,也是導致焊縫熱影響區中發生冷裂的重要因素。因此,應采取一切可能的措施降低鋼中的氫含量

     Mn   擴大γ相區,形成無限固溶體。對鐵素體及奧氏體均有較強的固溶強化作用。為弱碳化物形成元素,進入滲碳體替代部分鐵原子,形成合金滲碳體與硫形成熔點較高的MnS,可防止因FeS而導致的熱脆現象。降低鋼的下臨界點,增加奧氏體冷卻時的過冷度,細化珠光體組織以改善其機械性能,為低合金鋼的重要合金化元素之一,并為無鎳及少鎳奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。提高鋼的淬透性的作用強,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向

      Mo縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約4%37.5%。強碳化物形成元素阻抑奧氏體到珠光體轉變的能力最強,從而提高鋼的淬透性,并為貝氏體高強度鋼的重要合金化元素之一。含量約0.5%時,能降低或抑止其他合金元素導致的回火脆性。在較高回火溫度下,形成彌漫分布的特殊碳化物,有二次硬化作用。提高鋼的熱強性和蠕變強度,含Mo2%3%能增加耐蝕鋼抗有機酸及還原性介質腐蝕的能力

      N擴大γ相區,但由于形成氮化鐵而不能無限固溶;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約0.1%2.8%。不形成碳化物,氮與鋼中其他合金元素形成氮化物,如TiN,VN,AlN

     有固溶強化和提高淬透性的作用,但均不太顯著。由于氮化物在晶界上析出,提高晶界高溫強度,從而增加鋼的蠕變強度。在奧氏體鋼中,可以取代一部分鎳。與鋼中其他元素化合,有沉淀硬化作用;對鋼抗腐蝕性能的影響不顯著,但鋼表面滲氮后,不僅增加其硬度和耐磨性能,也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中,殘余氮會導致時效脆性

      Nb   縮小γ相區,但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為1.8%2.0%。強碳化物及氮化物形成元素 

      部分元素進入固溶體,固溶強化作用很強。固溶于奧氏體時,顯著提高鋼的淬透性;但以碳化物及氧化物微細顆粒形態存在時,卻細化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩定性,有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下,提高鋼的強度。由于細化晶粒的作用,提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉折溫度。當含量大于碳含量的8倍時,幾乎可以固定鋼中所有的碳,使鋼具有很好的抗氫性能;在奧氏體鋼中,可以防止氧化介質對鋼的晶間腐蝕。由于固定鋼中的碳和沉淀硬化作用,可以提高熱強鋼的高溫性能,如蠕變強度等

     Ni    擴大γ相區,形成無限固溶體,在α鐵中的最大溶解度約10%。不形成碳化物   

     固溶強化及提高淬透性的作用中等。細化鐵素體晶粒,在強度相同的條件下,提高鋼的塑性和韌性,特別是低溫韌性。為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐蝕性能。與鉻、鉬等聯合使用,提高鋼的熱強性和耐蝕性,為熱強鋼及奧氏體不銹耐酸鋼的主要合金元素之一

     O縮小γ相區,但由于氧化鐵的形成,不形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為0.03%0.003%固溶于鋼中的數量極少,所以對鋼性能的影響并不顯著。超過溶解度部分的氧以各種夾雜的形式存在,對鋼塑性及韌性不利

     P縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為2.8%0.25%。不形成碳化物,但含量高時易形成Fe3P   

     固溶強化及冷作硬化作用極強;與銅聯合使用,提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性能,但降低其冷沖壓性能。與硫錳聯合使用,增加鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴重。增加鋼的回火脆性及冷脆敏感性

     Pb    基本上不溶于鋼中含量在0.2%左右并以極微小的顆粒存在時,能在不顯著影響其他性能的前提下,改善鋼的被切削性

     RE   包括元素周期表ⅢB族中鑭系元素及釔和鈧,共17個元素。它們都縮小γ相區,除鑭外,都由于中間化合物的形成而不形成γ相圈;它們在鐵中的溶解度都很低,如鈰和釹的溶解度都不超過0.5%。它們在鋼中,半數以上進入碳化物中,小部分進入夾雜物中,其余部分存在于固溶體中。它們和氧、硫、磷、氮、氫的親和力很強,和砷、銻、鉛、鉍、錫等也都能形成熔點較高的化合物

     有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質的作用。還改善夾雜物的形態和分布,改善鋼的鑄態組織,從而提高鋼的質量。0.2%的稀土加入量可以提高鋼的抗氧化性、高溫強度及蠕變強度;也可以較大幅度地提高不銹耐酸鋼的耐蝕性

      S  縮小γ相區,因有FeS的形成,未能形成γ相圈。在鐵中溶解度很小,主要以硫化物的形式存在提高硫和錳的含量,可以改善鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴重,惡化鋼的質量。如以熔點較低的FeS的形式存在時,將導致鋼的熱脆現象。為了防止因硫導致的熱脆應有足夠的錳,使形成熔點較高的MnS。硫含量偏高,焊接時由于SO2的產生,將在焊縫金屬內形成氣孔和疏松

     Si縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的溶解度分別為18.5%2.15%。不形成碳化物為常用的脫氧劑。對鐵素體的固溶強化作用僅次于磷,提高鋼的電阻率,降低磁滯損耗,對磁導率也有所改善,為硅鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性和抗回火性,對鋼的綜合力學性能,特別是彈性極限有利。還可增強鋼在自然條件下的耐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強度鋼中常用的合金元素。含量較高時,對鋼的焊接性不利,因焊接時飛濺較嚴重,有損焊縫質量,并易導致冷脆;對中高碳鋼回火時易產生石墨化

    Ti   縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為7%0.75%,系最強的碳化物形成元素,與氮的親和力也極強固溶狀態時,固溶強化作用極強,但同時降低固溶體的韌性。固溶于奧氏體中提高鋼淬透性的作用很強,但化合鈦,由于其細微顆粒形成新相的晶核從而促進奧氏體分解,降低鋼的淬透性。提高鋼的回火穩定性,并有二次硬化作用。含量高時析出彌散分布的拉氏相TiFe2,而產生時效強化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強性,如蠕變和持久強度。在高鎳含鋁合金中形成γ′相〔Ni3Al,Ti)〕,彌散析出,提高合金的熱強性,有防止和減輕不銹耐酸鋼晶間和應力腐蝕的作用。由于細化晶粒和固定碳,對鋼的焊接性有利

     V    縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵中無限固溶,在γ鐵中的最大溶解度約1.35%。強碳化物及氮化物形成元素 

     固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性;但以化合物狀態存在的釩,由于這類化合物的細小顆粒形成新相的晶核,將降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩定性并有強烈的二次硬化作用。有細化晶粒作用,所以對低溫沖擊韌度有利。碳化釩是金屬碳化物中最硬最耐磨的,可提高工具鋼的使用壽命。釩通過細小碳化物顆粒的彌散分布可以提高鋼的蠕變和持久強度。釩、碳含量比大于5.7時可防止或減輕介質對不銹耐酸鋼的晶間腐蝕,并大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力,但對鋼高溫抗氧化不利

     W   縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為33%3.2%。強碳化物形成元素,碳化鎢硬而耐磨含鎢高有二次硬化作用,以及增加耐磨性。其對鋼淬透性、回火穩定性、力學性能及熱強性的影響均與鉬相似,但按重量的百分數比較,其作用較鉬為弱。對鋼抗氧化性不利

    Zr縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為0.3%0.7%。強碳化物及氮化物形成元素,其作用僅次于鈦   

     在鋼中的一些作用與鈮、鈦、釩相似。小量的鋯有脫氣、凈化和細化晶粒的作用,對鋼的低溫韌性有利,并可消除時效現象,改善鋼的沖壓性能

      6 鋼鐵產品中常用化學元素名稱和符號

            元素名稱符號元素名稱符號元素名稱符號元素名稱符號

            FeAlCsSe

            MnNbBaTe

            GrTaLaAs

            NiLiCeS

            CoBeSmP

            CuMgAcN

            WZrBO

            MoSnCH

            VPbSi混合稀土RE

     TiBi①混合稀土元素有的采用R,Re,Xt表示。新標準已統一為RE。

    金屬材料的熱處理

            淬火

            C)將金屬或其制品加熱到給定溫度,并保溫一定時間,然后快速冷卻(常在水、油中冷卻),稱為淬火。一般經淬火處理后硬度大大增加,但塑性降低。

            回火   

            將經過淬火的金屬重新加熱到給定溫度,并保溫一定時間后進行冷卻的工藝叫回火。其目的是消除淬火所產生的內應力,降低硬度和脆性,獲得所需要的機械性能(高溫回火也叫調質)。

            正火   

            將金屬加熱到一定的溫度,并保溫一定時間,然后在空氣中冷卻,這種工藝叫正火。正火可以細化組織,消除內應力,改善機械性能和切削加工性能。

            退火

            M   

            將金屬加熱到一定的溫度,并保溫一定時間,然后緩慢冷卻,這種工藝叫退火。退火可消除內應力,降低硬度和脆性,增加塑性,改善切削加工性能。

            時效   

            金屬或其制品在熱處理或鑄造、鍛造等加工后,在室溫下(自然時效)或較高溫度(人工時效)下擱置較長時間的一種熱處理。其作用是消除內應力,穩定組織、強化機械性能。

            滲碳    將碳滲入金屬件表面層,以增加其淬火后硬度的化學熱處理工藝叫滲碳。經滲碳及淬火處理后,零件具有表面硬度高,心部韌性好的性能。

            滲氮

            (氮化)將氮滲入金屬件表面層,以增加其硬度,耐磨性和抗腐蝕性的化學熱處理工藝叫滲氮。一般是把已調質處理并加工好的零件放在含氮的介質中(常用氮氣),在500~540下保持相當長的時間(幾十小時),使介質分解滲入零件表面層。

            氰化    將碳和氮同時滲入金屬表面以增加其表面硬度、耐磨性和疲勞強度的化學熱處理工藝叫氰化。

            固溶    將合金加熱到高溫單相區恒溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的工藝。

            熱等

            靜壓

            HIP    將有內部缺陷(如氣孔、縮孔等)的金屬制品放在高溫高壓設備中,使其缺陷彌合消除并提高材料密度的工藝。


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