压力容器用钢常见金相组织以及钢的分类

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锅炉压力容器用钢常见金相组织和性能
4 N4 s8 z6 ]; f- T# G7 R1.奥氏体A[Feγ(C)]
1 h3 p, a, Q( k; ^; n3 a奥氏体是碳在γ-Fe中的固熔体，在合金钢中是碳和合金元素熔解在γ-Fe中的固溶体。
) J$ [) I3 \6 `奥氏体塑性很高，硬度和屈服点较低，布氏硬度值一般为170～220HB，是钢中比容最小的组织。奥氏体在1147℃时可溶解碳为2.11%，在727℃时可溶解碳为0.77%。
3 W+ y6 T. ]6 D' M" x: f( o; t奥氏体仍然保持γ-Fe的面心立方晶格，在金相组织中呈现为规则的多边形。
1 \8 u/ b6 w" P& D2.铁素体F [Feα(C)]
铁素体是碳与合金元素溶解在α-Fe中的固溶体。
铁素体性能接近钝铁，硬度低（约为80～100HB），塑性好。固溶有合金元素的铁素体能提高钢的强度和硬度。在727℃时，碳在铁素体中溶解为0.022%，在常温下含碳量为0.008%。
/ I+ {, _; H+ k铁素体仍然保持α-Fe的体心立方晶格，在金相组织中具有典型纯金属的多面体金相特征。
3.渗碳体 [Fe3C]
渗碳体是铁和碳的化合物，又称碳化铁，常温下铁碳合金中碳大部分以渗碳体存在。根据铁—碳平衡图，渗碳体可分为：
. _7 n6 j& c9 \" |3 P一次渗碳体，是沿CD线由液体中结晶析出，多呈柱状。
6 J# a7 N+ W6 V二次渗碳体是从γ-固溶体中沿ES线析出的，多以白色网状出现。
三次渗碳体是从α-固溶体中沿PQ线析出的，多以白色网状出现。
: w. L6 c2 f) [  a! t/ A渗碳体在低温下有弱磁性，高于217℃磁性消失。渗碳体的熔化温度约为1600℃，含碳量为6.67%，硬度很高（约为＞700HB），脆性很大，塑性近乎于零。
1 _6 @3 [2 d" Y- q; k4.珠光体P
0 k' b" k5 U0 i! O1 l珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，是含碳量为0.77%的碳钢共析转变的产物，由铁素体和渗碳体相间排列的片层状组织。
) p+ @2 v3 H/ D3 ?/ a, R珠光体的片间距取决于奥氏体分解时的过冷度，过冷度越大形成的珠光体片间距越小。按片间距的大小，又可分为珠光体、索氏体和屈氏体。由于它们没有本质上的区别，统称为珠光体。
. k! s9 o! B  ~3 d% h: U$ F  v$ q, a7 J粗片状珠光体，是奥氏体在650～700℃高温分解的产物，硬度约为190～230HB，用一般金相显微镜（500倍以下）能分辩Fe3C片。
索氏体S，是奥氏体在600～650℃高温分解的产物，硬度约为240～320HB，用高倍显微镜放大1000倍才能分辩Fe3C片。
屈氏体T，是奥氏体在550～600℃高温分解的产物，硬度约为330～400HB，用电子显微镜放大10000倍能分辩Fe3C片。
珠光体在金相组织中，多为铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织，片层一般稍弯曲。在一定热处理条件下（球化退火或高温回火），渗碳体以颗粒状分布于铁素体基底之上，即球化组织，亦叫粒状珠光。
# z# \& M0 w2 ~; _9 ^5．马氏体M
马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。当钢高温奥氏体化之后，若快速冷却至马氏体点以下时，由于γ-Fe在低温下结构不稳定，便转变为α-Fe，但冷却速度快，钢中碳原子来不及扩散，保留了高温时母相奥氏体的成分，因此马氏体是钢在奥氏体化后快速冷却到马氏体点之下发生无扩散性相变的产物。
马氏体处于亚稳定状态，由于碳在α-Fe中过饱和，使α-Fe的体心立方晶格发生了畸变，形成了体心正方晶格。马氏体具有很高的硬度（约为640～700HB），很脆，冲击韧性低，断面收缩率和延伸率几乎近等于零。由于过饱和的碳使晶格发生畸变，因此马氏体的比容较奥氏体大，钢中马氏体形成时产生很大的相变应力。
马氏体在金相组织中，互成一定角度的白色针状结构。正常的淬火工艺下，获得的马氏体大部分为细针或隐针状。
& i4 J4 x) j: K  P: z并非所以马氏体组织都是硬而脆的，例如含锰、铬、镍、钼等元素的低合金高强度钢经调质处理后的金相组织为回火低碳马氏体，这种回火低碳马氏体组织具有较高的强度和较好的韧性。
6．贝氏体B
% t4 \  j0 q* x9 k! E% \; W贝氏体是过冷奥氏体在中温区间（约250～450℃）相变产生的过饱和的铁素体和渗碳体混合物。
1 \% T2 }- \6 k. t' g贝氏体形成的温度不同，组织特征也不相同。在接近珠光体形成温度所生成的组织叫“上贝氏体”，其特征为由晶粒边界开始向晶内同一方向平行排列的α-Fe片，片间夹着渗碳体颗粒，在金相组织中呈羽毛可对称或不对称。在300℃附近形成的组织叫“下贝氏体”，在金相组织中呈黑针状。上、下贝氏体只是形状和碳化物分布不同，没有质的区别。上贝氏体的强度小于同一温度形成的细片状珠光体，脆性也较大。下贝氏体与相同温度的回火马氏体强度相近，下贝氏体的性能优于上贝体，有时甚至优于回火马氏体。
7．魏氏组织
亚共析钢因为过热而形成的粗晶奥氏体，在一定的过冷条件下，除了在原来奥氏体晶粒边界上析出块状α－Fe外，还有从晶界向晶粒内部生长的片状α-Fe。这种片状α-Fe与原来的奥氏体有着一定的结晶位向关系。这些在晶粒中出现的互成一定角度或彼此平行的片状α-Fe，即为通常所称的亚共析钢的魏氏组织。
3 W( I4 w0 i" I过热的亚共析钢在较好的冷却速度下容易产生魏氏组织。魏氏组织严重时会使钢的冲击韧性、断面收缩率下降，使钢变脆。可采用完全退火使之消除。
8．带状组织
: c2 J+ \4 y5 e3 o  |4 u经热加工后低碳结构钢显微组织中，铁素体和珠光体沿加工方向平行成层分布的条带组织，叫带状组织。
带状组织使钢的机械性能呈各向异性，并降低钢的冲击韧性和断面收缩率。
) A  P4 m) A" J2 N# l钢的分类和命名方法
+ p  b4 W& z* C8 D& K# ]2 L国家标准GB/T3304-91《钢分类》中规定，钢的分类分为“按化学成份分类”和“按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”两部分。
* p  v3 J- }  i3 \按化学成分分类，钢可分为非合金钢，低合金钢三大类。
1．碳钢的分类和命名
; S5 \- ~1 F0 R$ ]碳钢属于非合金钢范畴。碳钢以铁与碳为两个基本组元，此外还存在少量的其它元素，例如Mn、Si、S、P、O、N、H等，这些元素不是为了改善钢的性能而特意加入的，而是由于冶炼过程无法去除，或是由于冶炼工艺需要而加入的，这些元素在碳钢中被称为杂质元素。
按含碳量分类，碳钢可分为：
! B' {9 g8 L2 y9 A; ~6 q. o+ V(1) 低碳钢，含碳量≤0.25%；
  s; J2 `, U. X; R$ `  R1 a(2) 中碳钢，含碳量=0.25%～0.6%；
) W. c  |8 _- a. u6 F(3) 高碳钢，含碳量＞0.6%。
* @# s. y5 H4 U, f按钢的质量分类，碳钢可分为：
(1) 普通碳素钢，含硫量≤0.050%，含磷量≤0.045%；
(2) 优质碳素钢，含硫量≤0.040%，含磷量≤0.040%；
/ `8 Q* P, l5 i1 {3 c* k(3) 高级优质碳素钢，含硫量≤0.030%，含磷量≤0.035%；
5 }7 f. x6 U! j0 R0 d按钢的用途分类，碳钢可分为：
' n; T4 E4 G$ j2 o$ J4 p(1) 碳素结构钢，主要用于制做各种工程结构件的机器零件，一般为低碳钢；(2) 碳素工具钢，主要用于制做各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢。
按冶炼时脱氧程度分类，碳钢可分为：
/ K. Q% Z9 c: N3 x  ~: j(1) 沸腾钢，浇注前未作脱氧处理，钢水注入锭模后，钢中的氧与碳反应，产生尤其是CO气泡而引起钢液沸腾，故称沸腾钢成材率高，材料塑性好，但组织不致密，化学成分偏析大，力学性能不均。
(2) 镇静钢，浇注前作充分脱氧处理，浇注时无CO气泡产生，锭模内钢液平静，故称镇静钢。镇静钢均匀致密，强度较高，化学成分偏析小，但成材率低，成本高。
(3) 半镇静钢，钢液脱氧程度不够充分，浇注时产生轻微沸腾，钢的组织、性能、成材率介于沸腾钢和镇静钢之间。
9 m, v8 S% m5 H# n# A6 R) S! `按冶炼方法和设备分类 ， 碳钢可分为：
(1) 平炉钢
, B: u& v0 P- V(2) 转炉钢
(3) 电炉钢
* _5 f( o# H9 V* k3 q) A, a: h上述每种钢因炉衬材料不同分为酸性和碱性两类。
, [! L% K! e9 u3 O, c0 j碳钢的牌号及表示方法如下：
(1) 碳素结构钢
/ L% P- @( y8 `  I1) 国家标准《碳素结构钢》(GB 700-88)中规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195 MPa、215 MPa、235 MPa、255 MPa和275 Mpa五种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。随着牌号的增大，对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大，对拉长率的要求降低。
例如：Q235－A·F表示屈服点为235 Mpa的A级沸腾钢。
随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。
2) 优质碳素结构钢
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字是钢平均含碳量质量的万分比，例如：08钢表示平均含碳量0.08%，20钢表示平均含碳量0.20%，优质碳素结构钢按含锰量的不同分为普通含锰量（0.08%～0.8%）和较高含锰量（0.7%～1.2%）两组。对含锰量较高的一组，牌号数字后面应附加“Mn”，以示与普通含锰量的区别，如15Mn、20Mn等。如为沸腾钢，则在牌号数字后面加“F”，如08F、15F等。
& I% R. F; W! w% h- u3) 专门用途的碳素钢
专门用途的碳素钢应在牌号尾部加代表用途的符号。制做锅炉或压力容器的专用碳素钢应在牌号后尾附加“锅炉”的汉语拼音字首g或“容器”的汉语拼音字首R，例如20g、20R。
4) 碳素铸钢
5 z- }- Q  }' u铸钢牌号用“铸钢”的汉语拼音字首ZG表示，后面两组数字分别表示该铸钢的δs和δb值，例如ZG200-400，ZG270-500等。
# ~' H2 @( F$ H(2) 碳素工具钢
碳素工具钢编号是在“碳”字的汉语拼音字首“T”之后附加数字表示，数字表示平均含碳量质量的千分比，如T8、T12，分别表示含碳量0.8%和1.2%的碳素工具钢。如为高级优质碳素工具钢，则在数字后面加A，如T8A、T12A等。
* _! x, B9 z" H1 s) B2．合金钢的分类和命名
5 _" v& o8 [5 h! Q' K6 q为了改善钢的性能，在钢中特意加入了除铁和碳以外的其它元素，这一类钢称为合金钢，通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、铜、铝、硅、钨、钒、铌、锆、钴、钛、硼、氮等。
& K9 g  n2 k+ B# i% g7 N# @按合金元素的加入量分类，合金钢可分为：
(1) 低合金钢，合金总量不超过5%；
(2) 中合金钢，合金总量5%～10%；
(3) 高合金钢，合金总量超过10%。
% p% U1 l( u. @# G. x+ w8 D5 E7 ]% P按用途分类，合金钢可分为
(1) 合金结构钢，专用于制造各种工程结构和机器零件的钢种；
' T" w0 K. `- y(2) 合金工具钢，专用于制造各种工具的钢种；
(3) 特殊性能合金钢，具有特殊物理，化学性能的钢种，例如耐酸钢、耐热钢、电工钢等。
此外，按钢的组织分类，合金钢可分为珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢等；
按所含主要合金元素分类，合金钢可分为铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。
7 W/ b' y% x3 n0 i( z5 Y我国合金钢牌号按碳含量，合金元素种类和含量，质量级别和用途来编排。牌号首部用数字表明碳含量，为区别用途，低合金钢，合金结构钢用两位数表示平均含碳量的万分比；高合金钢，不锈耐酸钢，耐热钢用一位数表示平均含碳量的千分比，当平均含碳量小于千分之一时用“0”表示。含碳量小于万分之三时用“00”表示，牌号的第二部分用元素符号表明钢中主要合金元素，含量由其后数字标明，当平均含量小于1.5%时不标数字；平均含量为1.5%～2.49%时，标数字2；平均含量为2.5%～3.49%时，标数字3；……。高级优质合金钢在牌号尾部加A，专门用途的低合金钢、合金结构钢在牌号尾部加代表用途的符号。
0 q& y; `: m0 M" J( t6 f例如，16MnR，表明该合金钢平均含碳量0.16%，平均含锰量小于1.5%，是压力容器专用钢；09MnNiDR，表明该合金钢平均含碳量0.09%，锰、镍平均含量均小于1..5%，是低温压力容器专用钢；0Cr18Ni9Ti，表明该合金钢属高合金钢，含碳量小于0.1%，含铬量为17.5%～18.49%，含镍量为8.5%～9.49%，含钛量小于1.5%。