元素在金屬中的作用金屬學(xué)與金屬工藝

材料的高溫強(qiáng)度和韌性較低。3）當(dāng)鋁含量達(dá)到一定量時(shí)，可使鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，使鋼在氧化性酸中具有抗蝕性，不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲氮鋼中，得到了廣泛的應(yīng)用。材料的高溫強(qiáng)度和韌性較低。3）當(dāng)鋁含量達(dá)到一定量時(shí)，可使鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，使鋼在氧化性酸中具有抗蝕性，不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲氮鋼中，得到了廣泛的應(yīng)用。2）鋁在鐵素體與珠光體鋼中，當(dāng)它的含量較高時(shí)，用于525℃與以上的溫度環(huán)境中。作為高溫下耐熱用的高合金鋼，其含碳量應(yīng)大于等于0.04％，但此時(shí)奧氏鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有化學(xué)成分對(duì)鋼性能的影響金屬材料在特定的介質(zhì)環(huán)境中，會(huì)遭受腐蝕。腐蝕不僅會(huì)造成金屬的損失，更重要的是會(huì)導(dǎo)致金屬的破壞，從而威脅到壓力管道的安全。事實(shí)已證明，許多壓力管道的破壞都與材料的腐蝕有關(guān)。石油化工生產(chǎn)過(guò)程中所處理的物料大多數(shù)是對(duì)金屬材料有腐蝕的物質(zhì)，因此材料對(duì)介質(zhì)的抗腐蝕性就成了選擇材料的重要依據(jù)?！舨牧系倪x擇應(yīng)避免應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，因?yàn)樗鼤?huì)帶來(lái)壓力管道在不可預(yù)知的情況下突然斷裂，從而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生;◆選用的材料應(yīng)有足夠的抗介質(zhì)均勻腐蝕的能力，以便材料不致于在短時(shí)間內(nèi)因腐蝕造成的管道壁厚急劇減薄而失效等等。等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）均勻腐蝕：是由于空氣中的氧或其它條件在金屬表面進(jìn)行全面腐蝕而產(chǎn)生可溶性鹽，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，壁厚則減少。物理性能材料的物理性能主要是指：材料的制造工藝性能也是影響材料選擇的一個(gè)重要因素，主要有：1)切削加工性能：它是反映金屬與合金進(jìn)行冷機(jī)械切削加工難易程度的一個(gè)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于每一種金屬材料來(lái)說(shuō)，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時(shí)，只能揚(yáng)長(zhǎng)避短，物盡其用。溫但使鋼的焊接性變壞。4）鋁還能提高鋼對(duì)硫化氫的抗蝕作用。鋁含量在4%左右的鋼，在溫度不超過(guò)600℃時(shí)度對(duì)金屬材料性能的影晌金屬材料處于不同的溫度環(huán)境時(shí)，其性能將發(fā)生一系列的變化。了解這些變化，對(duì)于確定有較好的抗硫化氫腐蝕作用。5）鋁對(duì)鋼在水蒸汽、氯氣、特別是在氯氣與其化合物氣氛中的抗蝕作用是不利的。常用金屬材料的切削加工性能：鋁合金與鎂合金>銅合金>經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于每一種金屬材料來(lái)說(shuō)，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時(shí)，只能揚(yáng)長(zhǎng)避短，物盡其用。溫但使鋼的焊接性變壞。4）鋁還能提高鋼對(duì)硫化氫的抗蝕作用。鋁含量在4%左右的鋼，在溫度不超過(guò)600℃時(shí)度對(duì)金屬材料性能的影晌金屬材料處于不同的溫度環(huán)境時(shí)，其性能將發(fā)生一系列的變化。了解這些變化，對(duì)于確定有較好的抗硫化氫腐蝕作用。5）鋁對(duì)鋼在水蒸汽、氯氣、特別是在氯氣與其化合物氣氛中的抗蝕作用是不利的。2)可鑄性：它是指液體金屬在鑄造過(guò)程中的流動(dòng)性和凝固時(shí)的收縮性以與產(chǎn)生鑄造缺3)可鍛性：它是指金屬材料通過(guò)鍛造等壓力加工方式而成形的能力。一般情況下，金力、熱裂傾向等性能。脆性材料無(wú)可鍛性。4)可焊性：它是指金屬材料通過(guò)常規(guī)的焊接方法和焊接工藝而獲得良好焊接接頭的性選用的一個(gè)重要因素。材料的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)選材既要可靠，又要經(jīng)濟(jì)，能用低等級(jí)材料時(shí)就不要選用高等級(jí)材料。對(duì)材料的制造要求也應(yīng)適當(dāng)，要結(jié)合使用條件來(lái)規(guī)定各項(xiàng)檢查試驗(yàn)要求。就不必再提出許多超出制造標(biāo)準(zhǔn)要求的附加檢驗(yàn)項(xiàng)目，較多的附加檢查試驗(yàn)要求是不經(jīng)濟(jì)的。避短，物盡其用。溫度對(duì)金屬材料性能的影晌金屬材料在高溫下的性能變化1）材料的蠕變與應(yīng)力松弛合金鋼不宜用作鑄件。1）由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。2）鈦能提高耐熱鋼合金鋼不宜用作鑄件。1）由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。2）鈦能提高耐熱鋼會(huì)產(chǎn)生FeO+Fe304+..Fe203氧化皮，該氧化皮很容易脫落而使金屬減薄，故不受力的碳鋼一般也量為0.25％～0.45％的鉻鋼和鉻鉬鋼。主要影響元素：碳(C)、錳(Mn)、鉻(Cr)、Mo、V、傾向等性能。脆性材料無(wú)可鍛性。4)可焊性：它是指金屬材料通過(guò)常規(guī)的焊接方法和焊接工藝而獲得良好焊接接若在外力的作用下，會(huì)出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象:雖然材料的應(yīng)力不再增加，但其變形卻隨著時(shí)間的增加而繼續(xù)增大，而且出現(xiàn)了不可恢復(fù)的塑性變形。通常把這種變形稱做材料的蠕變。應(yīng)力松弛：與蠕變現(xiàn)象相反，當(dāng)材料受高溫和外力的持續(xù)作用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)：材料的金屬材料被"放松"了。材料的這種現(xiàn)象稱做應(yīng)力松弛。應(yīng)力松弛實(shí)際上是蠕變發(fā)生的另一種表現(xiàn)形式。高溫下工作的螺栓常因應(yīng)力松弛而導(dǎo)致法蘭泄漏，所以此時(shí)應(yīng)選用抗蠕變能力高的鉻或釋放，從而可減緩或消除它們帶來(lái)的不利影響。2）材料的球化和石墨化材料的球化：在高溫作用下，碳鋼中的滲碳體由于獲得能量而將發(fā)生遷移和聚集，形成球狀。這種現(xiàn)象稱為材料的球化。球化的結(jié)果：使得材料的抗蠕變能力和持久強(qiáng)度下降，而塑性增加。材料的石墨化：對(duì)于碳鋼和一些低合金鋼，在高溫作用下，其組織中會(huì)出現(xiàn)這樣一種材料的石墨化。以上時(shí)則明顯出現(xiàn)。為安全起見，SH3059標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，碳鋼的最高使用溫度為425℃，而GB150規(guī)范則規(guī)定其最高使用溫度為450℃。3）材料的高溫氧化物為疏松的非金屬物質(zhì)，容易脫落，故有時(shí)也稱其金屬的氧化為脫皮?！粢蕴间摓槔?，當(dāng)它處于570℃的空氣中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生FeO+Fe304+0%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度殊的情況下(如燒焦時(shí))才可能這樣做。常用材料的抗氧化極限溫度列于表1-2。常用金屬材料的抗氧化極限溫經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于每一種金屬材料來(lái)說(shuō)，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時(shí)，只能揚(yáng)長(zhǎng)避短，物盡其用。溫0%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度殊的情況下(如燒焦時(shí))才可能這樣做。常用材料的抗氧化極限溫度列于表1-2。常用金屬材料的抗氧化極限溫經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于每一種金屬材料來(lái)說(shuō)，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時(shí)，只能揚(yáng)長(zhǎng)避短，物盡其用。溫合金鋼不宜用作鑄件。1）由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。2）鈦能提高耐熱鋼※一般情況下，壓力管道都不會(huì)以材料的抗氧化極限溫度作為使用限制，只有在很特殊的情況下(如燒焦時(shí))才可能這樣做。常用材料的抗氧化極限溫度列于表1-2。常用金屬材料的抗氧化極限溫度鋼材牌號(hào)抗氧化極限溫度℃12CrMo≤59015CrMo≤5901Cr5Mo≤650金屬材料在低溫下的性能變化性。一般情況下，對(duì)于每種材料，都有這樣一個(gè)臨界溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于該臨界溫度時(shí)，應(yīng)該說(shuō)，在影響材料性能的諸多因素中，化學(xué)成分是起主要作用的。不同的元素以與是指鐵以外的其它元素。常用碳素鋼中各元素對(duì)其性能的影響壓力管道中除螺栓材料外，常用的碳素鋼為含碳量小于0.25%的亞共析鋼，而螺栓材有較好的抗硫化氫腐蝕作用。5）鋁對(duì)鋼在水蒸汽、氯氣、特別是在氯氣與其化合物氣氛中的抗蝕作用是不利的。接頭。焊接是壓力管道中最常用的連接方式之一，因此可焊性也是影響材料選用的一個(gè)重要因素。5)有較好的抗硫化氫腐蝕作用。5）鋁對(duì)鋼在水蒸汽、氯氣、特別是在氯氣與其化合物氣氛中的抗蝕作用是不利的。接頭。焊接是壓力管道中最常用的連接方式之一，因此可焊性也是影響材料選用的一個(gè)重要因素。5)熱處理性能合金鋼不宜用作鑄件。1）由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。2）鈦能提高耐熱鋼頭的性能。良好的焊接接頭是指不易產(chǎn)生焊接缺陷如裂紋、氣孔、夾雜等，且焊接接頭的機(jī)械性能接近母材的焊接1)碳素鋼隨含碳量的增加，其強(qiáng)度和硬度增加，而塑性、韌性和焊接性能下降。2)當(dāng)含碳量大于0.25%時(shí)，碳鋼的可焊性開始變差，故壓力管道中一般采用含碳量小判斷其脫氧程度。為了保正碳素鋼的質(zhì)量，除沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼外，硅在鋼中的含量應(yīng)≮0.1%。硅是碳素鋼中的常見元素之一，但它一般不是主加元素，而是用于煉鋼時(shí)的脫氧。硅和氧的親合力僅次于鋁和釩，而強(qiáng)于Mn、Cr、V，所以在煉鋼過(guò)程為常用的還原劑和脫氧2)起到提高硬度和強(qiáng)度的作用。硅含量超過(guò)3％時(shí)，將顯著地降低鋼塑性、韌性和可磷、砷、銻在鋼中有一些類似的作用。作為雜質(zhì)元素，它們對(duì)提高碳素鋼的抗拉強(qiáng)度有一定的作用，但同時(shí)又都增加鋼的脆性。．常用低合金鋼中各元素對(duì)其性能的影響1)錳與鐵形成固溶體，可提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度。它使材料的延展性有所降低;用的低合金鋼為含碳量小于0.20％的碳錳鋼、硅鋼、鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼和鉻鉬釩鋁鋼，而螺栓材料則常用含碳的作用鉬屬于強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)其含量較低時(shí)，與鐵與碳形成復(fù)雜的滲碳體;當(dāng)含量較高時(shí)，則形成特殊碳化在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.5物。用的低合金鋼為含碳量小于0.20％的碳錳鋼、硅鋼、鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼和鉻鉬釩鋁鋼，而螺栓材料則常用含碳的作用鉬屬于強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)其含量較低時(shí)，與鐵與碳形成復(fù)雜的滲碳體;當(dāng)含量較高時(shí)，則形成特殊碳化在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.5物。1)鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性，因此對(duì)鋼的強(qiáng)度產(chǎn)生有利作用。2)鉬是提高3）錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。錳與硫形成MnS，可防止因硫?qū)е碌臒岽喱F(xiàn)象，從而改善鋼的熱加工性能。因此，在工業(yè)用鋼中一般都含有一定數(shù)量的錳；4）錳在鋼中由于能降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，故碳錳鋼的低溫沖擊韌性比碳素鋼好；1)顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，隨著鉻含量的增加，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度也逐步提高，沖擊值隨鉻含量增加下降。2)在含鉻的鍋爐鋼中，加入少量的鉻，能防止鋼在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的石墨化。時(shí)，則形成特殊碳化物。物的析出，從而進(jìn)一步起到了強(qiáng)化作用。4)鉬在鋼中，由于形成特殊碳化物，可以改善在高溫高壓下抗氫侵蝕的作用。15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo等。釩與碳、氧、氮都有較強(qiáng)的親合力，為強(qiáng)碳化物與氮化物形成元素。1)釩增加鋼的熱強(qiáng)性和對(duì)蠕變的抗力。釩能有效地固定鋼中的碳和氮，并形成高度彌：金屬的熱處理性能是指材料在熱處理過(guò)程中表現(xiàn)出的淬硬性、淬透性、變形、開裂、氧化、脫碳的傾向與晶粒長(zhǎng)鋼熱強(qiáng)性最有效的合金元素，主要在于它能強(qiáng)烈提高鋼中鐵素體對(duì)蠕變的抗力。3)鉬還可有效地抑制滲碳體在4：金屬的熱處理性能是指材料在熱處理過(guò)程中表現(xiàn)出的淬硬性、淬透性、變形、開裂、氧化、脫碳的傾向與晶粒長(zhǎng)鋼熱強(qiáng)性最有效的合金元素，主要在于它能強(qiáng)烈提高鋼中鐵素體對(duì)蠕變的抗力。3)鉬還可有效地抑制滲碳體在4見元素之一，但它一般不是主加元素，而是用于煉鋼時(shí)的脫氧。硅和氧的親合力僅次于鋁和釩，而強(qiáng)于Mn、Cr抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響◆一系列的鉻鉬釩鋼已成為制造鍋爐、汽輪機(jī)的主要鋼種，如12CrMoV與12CrlMoV常用于過(guò)熱器鋼管、導(dǎo)管與相應(yīng)的鍛件等。含釩鋼在熱處理中，能提高晶粒粗化的溫度，從而降低鋼的過(guò)熱敏感性，并提高鋼的合金鋼的一種比較理想的合金元素。過(guò)高時(shí)，將有部分的釩溶入鐵素體中降低其塑性和焊接性能。硅作為雜質(zhì)元素時(shí)，它在低合金鋼中的作用與在碳素鋼中的作用相同。在于鐵素體或奧氏體中。1)硅固溶于鐵素體和奧氏體中可起到提高它們的硬度和強(qiáng)度的作用時(shí)，將顯著地降低鋼的塑性、韌性和延展性。2)當(dāng)硅含量達(dá)到一定值時(shí)，它對(duì)鋼的抗腐蝕性能有顯著的增強(qiáng)作用。硅含量為15%～20%的硅鑄鐵是很好的耐酸材料，對(duì)不同溫度和濃度的硫酸、硝酸都薄層。使鋼的焊接性變壞。時(shí)有較好的抗硫化氫腐蝕作用。大的傾向等。材料的經(jīng)濟(jì)性材料的選擇不能脫離經(jīng)濟(jì)性這個(gè)杠桿作用，這就是工程材料研究與一般材料研究區(qū)別的含鎳量超過(guò)一定值的碳鋼，其低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，而低溫沖擊韌性顯著提高，因此鎳鋼常用作低溫材料。鑄造過(guò)程中的流動(dòng)性和凝固時(shí)的收縮性以與產(chǎn)生鑄造缺陷的傾向性。常用的金屬材料中鑄鐵的鑄造性較好，而鑄鋼要有：1)切削加工性能：它是反映金屬與合金進(jìn)行冷機(jī)械切削加工難易程度的一個(gè)指標(biāo)。常用金屬材料的切削加大的傾向等。材料的經(jīng)濟(jì)性材料的選擇不能脫離經(jīng)濟(jì)性這個(gè)杠桿作用，這就是工程材料研究與一般材料研究區(qū)別的含鎳量超過(guò)一定值的碳鋼，其低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，而低溫沖擊韌性顯著提高，因此鎳鋼常用作低溫材料。鑄造過(guò)程中的流動(dòng)性和凝固時(shí)的收縮性以與產(chǎn)生鑄造缺陷的傾向性。常用的金屬材料中鑄鐵的鑄造性較好，而鑄鋼要有：1)切削加工性能：它是反映金屬與合金進(jìn)行冷機(jī)械切削加工難易程度的一個(gè)指標(biāo)。常用金屬材料的切削加常用高合金鋼中各元素對(duì)其性能的影響壓力管道中常用的高合金鋼為含碳量小于0.10％的鉻鉬、鉻鎳、鉻鎳鉬耐熱鋼和不銹碳也是高合金鋼中的強(qiáng)化元素，但不是主要強(qiáng)化元素，此時(shí)的強(qiáng)化元素主要是合金元素。為了滿足高合金鋼的塑性、韌性、耐蝕性和焊接性能的要求，它的含碳量一般不大于0.1%。對(duì)于鉻鎳或鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼，它的含碳量一般不大于0.08%。當(dāng)其含碳量小于等于0.03%時(shí)，由于含碳量較低，高溫強(qiáng)度也較低，故不宜用于525℃與以上的溫度環(huán)境中。作為高溫下耐熱用的高合金鋼，其含碳量應(yīng)大于等于0.04％，但此時(shí)奧氏體不銹鋼的抗晶b.鉬Mo在高合金鋼中的作用與在低合金鋼中的作用相似。它是奧氏體不銹鋼中的主加元素。鎳和碳不形成碳化物，它是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素。鎳與鐵以互溶的形式◆因此鎳鋼常用作低溫材料。一般情況下，含鎳達(dá)到3.5%的鎳鋼可以在-100℃低溫下使用；含鎳達(dá)到9%的鎳鋼可在－196℃超低溫下使用。含鎳的低合金鋼還有較高的抗腐蝕疲勞性2)鎳是有一定抗腐蝕能力的元素，對(duì)酸、堿、鹽以與大氣均具抗蝕能力◆殊的情況下(如燒焦時(shí))才可能這樣做。常用材料的抗氧化極限溫度列于表殊的情況下(如燒焦時(shí))才可能這樣做。常用材料的抗氧化極限溫度列于表1-2。常用金屬材料的抗氧化極限溫要求也應(yīng)適當(dāng)，要結(jié)合使用條件來(lái)規(guī)定各項(xiàng)檢查試驗(yàn)要求。對(duì)于加工性能良好的材料，或者制造商制造水平較高時(shí)也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低?.25%的碳鋼。3)含碳量的增加，其球化和石墨化的傾向增加。b.硅(S)在碳素鋼中的作用判斷其脫鎳鋼不宜在含硫或一氧化碳的氣氛中加熱，因?yàn)殒囈着c硫化合，在晶界上形成低熔點(diǎn)的NiS網(wǎng)狀組織而產(chǎn)生熱脆。在高溫時(shí)鎳將與一氧化碳化合形成Ni(CO)4氣體而由合金中逸出，從而在材料中留下孔洞。一般不作為熱強(qiáng)鋼中的強(qiáng)化元素。鋼的強(qiáng)度必須靠其它元素如鉬、鎢、釩、鐵、鋁來(lái)提高。鈦是最強(qiáng)的碳化物形成元素，與氮、氧的親合力也極強(qiáng)，是良好的脫氣劑和固定氮、碳的有效元素，正因?yàn)檫@樣，含鈦的高合金鋼不宜用作鑄件。1）由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。化學(xué)元素對(duì)鋼性能的影響量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。所降低;..2)增加了應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。在一般碳錳鋼和低合金鋼中，其含量應(yīng)在1％～2%；3）錳是含鎳量超過(guò)一定值的碳鋼，其低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，而低溫沖擊韌性顯著提高，因此鎳鋼常用作低溫材料。應(yīng)限制在560℃以下工作?！话闱闆r下，壓力管道都不會(huì)以材料的抗氧化極限溫度作為使用限制，只有在很特低溫,沖蝕,汽蝕,求購(gòu)閥門L+IE&D9b#g*'l1鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性與