工業(yè)鍋爐用金屬材料

工業(yè)鍋爐用金屬材料

課程根本要求

I.了解金屬材料根底知識

2.掌握常用金屬材料性能指標(biāo)

3.掌握金屬材料分類及牌號

4.熟悉金屬材料熱處理根本知識

5.熟悉金屬材料的腐蝕型式分類及特征

6.掌握《鍋爐平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對鍋爐材料的根本要求

學(xué)習(xí)涉及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T699-2023

《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB/T713-2023

《低中壓鍋爐用無縫鋼管》GB/T3087-2023

《鍋爐平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

主要內(nèi)容：

一、概述；

二、金屬材料根底知識；

三、材料分類及牌號表示方法；

四、金屬材料熱處理根本知識；

五、鍋爐常用材料?：

六、金屬材料的腐蝕機(jī)理、分類、腐蝕特征

第一章概述

1.1金屬和金屬材料

1.1.1金屬：是一種具有光澤（即對可見光強(qiáng)烈反射）、富有廷展性、容易導(dǎo)電、傳熱等性質(zhì)的物質(zhì)。

1.1.2金屬材料：包括純金屬及其合金，是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的

統(tǒng)稱。

一般金屬特性，

（I）外觀性能：金屬光澤（即對可見光強(qiáng)烈反射.）

（2）使用性能：包括物理性能（如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性

能（耐用腐蝕性、抗氧化性等），力學(xué)性能

（3）工藝性能：冷熱加工性能：包括可鑄造、可焊、可毅、可切削加工性等。

1.2金屬材料的使用

金屬材料的使用是古代文明和社會進(jìn)步的重要標(biāo)志。

1.2.1人類的文明進(jìn)程是依據(jù)材料而劃分的

石器時(shí)代〔距今260萬年?5000多年）

一青銅器時(shí)代（公元前300（）年）

一鐵器時(shí)代（公元前1000年）

一鋼鐵時(shí)代1資本主義大工業(yè)時(shí)期1800年）

平糧臺古城、登封王城崗都是中國新石器時(shí)代晚期龍山文化城址。分別位于今天河南省淮陽縣和登

封市的郊區(qū)，距今均有460（）多年的歷史，以上文物反映了當(dāng)時(shí)社會已經(jīng)掌握了金屬銅的冶煉技術(shù)。

司母戊鼎

（商后期約公元前十四世紀(jì)至公元前十一世紀(jì)）

二門峽市虢國墓主柄鐵劍-西周（前1046年一前771年）

劍柄是玉質(zhì)，劍刃是鐵質(zhì)，劍柄和劍刃的連接處是綠淙石，這三種物質(zhì)的結(jié)合在現(xiàn)在的冶鑄技術(shù)中

都不可能實(shí)現(xiàn)，可見古代勞動人民智慧之廣。在西周時(shí)期，就已經(jīng)有了冶鐵技術(shù)，因?yàn)樗哪甏纾?/p>

所以它又被叫做“中華第一鐵劍"。

.占滎漢代冶鐵遺址…漢代（前202年一220年）

古滎冶鐵遺址是目前世界上發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大、時(shí)間最早的冶鐵遺址。反映了我國漢代冶金技術(shù)已到

達(dá)最高的黑金屬冶鑄技術(shù)水平。

2.2.2鋼鐵材料的開展在一定程度上推動著一個(gè)國家工業(yè)的開展,決定著一個(gè)國家的整體工業(yè)地位。

鋼鐵工業(yè)一直受到每一個(gè)企圖實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的國家的重視，在國民經(jīng)濟(jì)的開展過程中處于I?分重要的

地位，鋼鐵產(chǎn)量成為衡量各國經(jīng)濟(jì)開展、工業(yè)化水平和國防實(shí)力的一個(gè)有代表性的實(shí)物指標(biāo)，

從工業(yè)革命開始，英國、美國、日本，都經(jīng)歷了一個(gè)鋼鐵工業(yè)快速開展和鋼鐵產(chǎn)量快速增長的過程。

1996年，粗鋼產(chǎn)量首次超過I億噸，成為世界頭號鋼鐵生產(chǎn)大國。

2023年，中國粗鋼產(chǎn)量為7.165億噸，在全球鋼材產(chǎn)量中從2023年45.4%上升到46.3%。

據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2023年12月，全國鋼材產(chǎn)量達(dá)9822萬噸，同比增長6.4%,2023年全年鋼

材產(chǎn)量達(dá)11.26億噸,與2023年相比，增長4.5%。

1.3金屬材料及熱處理（金屬學(xué)）

金屬材料及熱處理（金屬學(xué)）是承壓類特種設(shè)備從業(yè)人員包括承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)人員需要掌握的

一門重要根底學(xué)科。

金屬學(xué)：是研究金屬及其合金的組成、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及在各種條件下的變化

規(guī)律，為有效地使用金屬材料用為開展具有特定性能的金屬材料而效勞的一門應(yīng)用科學(xué)。

13.1承壓類特種設(shè)備包括鍋爐、壓力容器、壓力管道的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理、改造

都與金屬材料密切相關(guān)。

鍋爐蒸發(fā)量與用鋼重量之間的關(guān)系：

蒸發(fā)量（t/h）2610130220400

用鋼量（t）~10?40?110?520~900?1300

13.2承壓類特種設(shè)備包括鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)與金屬材料宏觀性能和微觀組織結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)

及形成和變化規(guī)律有重要聯(lián)系。

熱處理狀態(tài)、材料的焊接性能、材料的使用性能、材料的高溫持久性能、材料的耐腐蝕性能，都要

求我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)金屬材料方面的知識。

第二章金屬材料根底知識

2.1晶體結(jié)構(gòu)

2.1.1晶體與非晶體

晶體的概念：所謂晶體就是由許多質(zhì)點(diǎn)（質(zhì)子、離子、分子）在三維空間呈規(guī)律性重復(fù)排列所構(gòu)成

的固體。

已通過X射線證實(shí)，除非晶態(tài)合金［也稱金屬玻璃）外，所有的固態(tài)金屬都呈晶體結(jié)構(gòu)。

固態(tài)物質(zhì)按其內(nèi)部原子（或分子）的聚集狀態(tài)而分為晶體和非晶體兩大類。

晶體純物質(zhì)與非晶體純物質(zhì)的區(qū)別在干：

①晶體中的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在空間作有規(guī)則的排列，即相同的質(zhì)點(diǎn)，在空間有周期性

地重復(fù)出現(xiàn)，有固定熔點(diǎn)。晶體具有各向異性（包括它的物理性能，如塑性變形、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等）；

②而非晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)排列不規(guī)則，至多有些局部的所謂短程有序排列。

2.1.2晶體結(jié)構(gòu)描述

空間點(diǎn)陣：為了研究方便，把構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)1原子、離子或分子）抽象成純粹的幾何點(diǎn)，這

些點(diǎn)在空間呈規(guī)律性重復(fù)排列，稱空間點(diǎn)陣，點(diǎn)陣中每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同。

點(diǎn)陣參數(shù)：品胞只有"6個(gè)幾何參數(shù)：即平行六面體中交于一點(diǎn)的三個(gè)棱邊（a、b,c）及棱間夾角

瓜b、g）

晶格：為了便于研窕晶體結(jié)構(gòu)，假設(shè)通過原子的中心劃出許多空間直線，這些直線將形成空間格架。

這種假想的格架在晶體學(xué)上就叫晶格。

晶胞：空間點(diǎn)陣可看成是由一系列稱作晶胞的平行六面體組成。晶胞是組成晶體的最小單元。

晶格常數(shù)：晶胞的三條棱邊長、稱為晶格常數(shù)。

原子半徑：指晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子之間平衡距離的一半，或晶胞中相距最近的

兩個(gè)原子之間距離的一半。

致密度：金屬晶胞中原子本身所占有的體積百分?jǐn)?shù)稱為晶格的致密度或密排系數(shù)。

晶體、晶格、晶胞示意圖

2.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)

除了少數(shù)元素外，絕大多數(shù)金屬皆為三種典型的晶體結(jié)構(gòu)：

I.體心立方晶格

2?面心立方晶格

3.密排六方晶格

2.2.1體心立方晶格

在體心立方晶格中，金屬原子分布在布方晶胞的八個(gè)角頂上和匯方體的中心。具有這類晶格的金屬

有Cr、Mo、W、V等。

2.2.2面心立方晶格

在面心立方晶格中，金屬原子分布在立方晶胞的八個(gè)角頂上和六個(gè)面的中心。具有這類晶格的金屬

有Al、Cu>Ni、Au、Ag、-Fe等。

2.2.3密排立方晶格

在密排六方晶格中，金屬原子分布在六方晶胞的十二個(gè)角頂上、上下底面的中心和兩底面之間的三

個(gè)均勻分布的間隙里。具有這類晶格的金屬有Mg、Zn等。

2.2.4多晶體結(jié)構(gòu)

實(shí)際金屬多為多晶體（純鐵的多晶體結(jié)構(gòu)），是由大量外形不規(guī)則的小晶體即晶粒組成的.每個(gè)

晶粒根本上可視為單晶體。

多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。

晶粒：金屬是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶體組成的，小晶體稱為晶粒。

晶界：屬于同一詞相但位向不相同的晶粒之間的界面稱為晶界。

單晶體：內(nèi)部晶格方位一致的單一晶粒晶體結(jié)構(gòu)。

晶界的重要特性：

（1）晶界比晶粒容易被腐蝕；

（2）品界的熔點(diǎn)比晶粒低；

（3）當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界是優(yōu)先成核的部位；

（4）原子在晶界上擴(kuò)散比晶粒內(nèi)快；

（5）晶界對晶粒的滑移變形起阻礙作用，品界不易產(chǎn)生塑性變形：

（6）晶界處容易聚集與晶粒元素不同的其他雜質(zhì)元素的原子。

2.2.5合金的晶體結(jié)構(gòu)

2.2.5.1合金

合金：由金屬與另一種（或幾種）金屬或非金屬所組成的具有金屬通性的物質(zhì)。一般通過熔合成均

勻液體和凝固而得。

例如：普通黃銅是由銅鋅兩種金屬元素組成的合金，碳素鋼是由鐵和碳組成的合金。

組元：組成合金最根本的獨(dú)立的物質(zhì)。一股說來，組元是組成合金的元素。根據(jù)組成元素的數(shù)目，

可分為二元合金、三元合金和多元合金。

相：合金中結(jié)構(gòu)性同、成分相同并以界面分開的均勻組成局部。合金的性能一般都是由組成合金的

各相性能、數(shù)量、各相組合情況所決定。按晶體特點(diǎn)可分為固溶體、金屬化合物。

組織：所謂合金的組織，是指合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。兩種或兩種以上的相按一定

質(zhì)局分?jǐn)?shù)組成的機(jī)械混合物質(zhì)。各相仍保持自己原來的晶格:其性能取決于各相的性能、形態(tài)、數(shù)最、

大小。

225.2合金的結(jié)構(gòu)組織

合金的結(jié)構(gòu)組織可分為：

固溶體；金屬化合物；多和晶體的機(jī)械混合物。

（I）固溶體：組成合金的紐元在液態(tài)相互溶解，結(jié)晶時(shí)，以一組元為基體保持其原有的晶格類型,

其它組元的原子均勻地分布在基體組元的晶格里，形成均勻一致的固體，此合金就稱為固溶體。根據(jù)溶

質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置不同，可分為：間隙固溶體；置換固溶體。

置換式固溶體:溶劑晶格中局部結(jié)點(diǎn)上的原子被溶質(zhì)原子置換。

間隙式固溶體:溶質(zhì)原子處于溶劑晶格的間隙中。（鐵素體：碳溶于aFe中的間隙固溶體。）

固溶體的微觀不均勻性：溶質(zhì)原子分布宏觀上是均勻的，微觀上實(shí)際不均勻；

固溶體的性質(zhì)：和純金屬相比，由于溶質(zhì)原子的溶入導(dǎo)致司溶體的點(diǎn)陣常數(shù)改變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化及

力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能產(chǎn)生了不同程度的變化。

（2.1金屬化合物

組成合金的各組元，按照一定的原子數(shù)量比，相互化合而成的一種完全不同于原組元晶格的固體物

質(zhì)，稱為金屬化合物，可用分子式表示。

（3）機(jī)械混合物

組成合金的組元既不是純組元，也不是固溶體或化合物，而是兩種或兩種以上的純組元、固溶體、

化合物以彌散的混合物的形式組成在一起的固體物質(zhì)，稱為機(jī)械混合物。如：鋼和鑄鐵中的珠光體，萊

氏體。

2.3.金屬的結(jié)晶

2.3.1金屬結(jié)晶的概念

通常，物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。在一定的條件下，金屬的三態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化。通常

條件下凝固后的固態(tài)金屬是晶體，所以又將金屬晶體的凝固稱為結(jié)晶，也稱為一次結(jié)晶，而金屬從一種

固態(tài)過渡為另一種固態(tài)的過程那么稱為二次結(jié)晶。

2.3.2金屬結(jié)晶的過程

金屬結(jié)晶時(shí)不斷在液體中形成?些微小的晶體，它們能成為核心逐漸生長，這種作為結(jié)晶核心的微

小晶體稱為晶核。結(jié)晶就是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程。

2.3.3金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

有些金屬［如Fe、MIKTi等）具有兩種或幾種晶體結(jié)構(gòu)。它們在不同的溫度或壓力范圍內(nèi)具有不

同的晶體結(jié)構(gòu)，故當(dāng)條件變化時(shí)，會由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（又稱多晶型轉(zhuǎn)

變）。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變通常需要在外界條件（溫度、壓力）改變時(shí)，引起金屬晶型轉(zhuǎn)變，才發(fā)生同素異構(gòu)

轉(zhuǎn)變。

如鐵：

低于912℃時(shí)，其結(jié)構(gòu)為體心,稱為a-Fe（純Fe）；

912℃?1394C,其結(jié)構(gòu)為面心，稱為g-Fe；

1394c?1538C,其結(jié)構(gòu)又為體心,稱為d-Fe；

同一種金屬，假設(shè)晶體結(jié)構(gòu)不同，其材料性質(zhì)會截然不同，如：自錫（b-Sn）為四方晶系晶體結(jié)構(gòu)，

塑性好；灰錫（a-Sn）為金剛石結(jié)構(gòu)，性脆

2.3.4幾種根本結(jié)晶轉(zhuǎn)變形式

（I）勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體

（2）共晶轉(zhuǎn)變：從液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種固相（共晶體）

（3）共析轉(zhuǎn)變：從一種固相中轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N固相（共析體）

（4）包晶轉(zhuǎn)變：由先結(jié)晶的固相與剩余的液相反響生成另一固相

2.3.5晶體的缺陷

在實(shí)際晶體中,原子的排列不可能完全規(guī)則和完整,而是或多或少地存在著偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域.

出現(xiàn)了不完整性，通常把這種偏離完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷。

晶體中出現(xiàn)的各種不規(guī)則的原子堆積現(xiàn)象。

金屬晶體中雖有缺陷存在，從總的來看其結(jié)構(gòu)仍然保持著規(guī)律性，仍可認(rèn)為是接近完整的；即使在

嚴(yán)重塑性變形的情況下，晶體中位置偏移很大的原子數(shù)目平均來說至多僅占總原子數(shù)的千分之一。

晶體缺陷的分類，按幾何形狀不同晶體缺陷可分為四種：

點(diǎn)缺陷；線缺陷；面缺陷；體缺陷。

晶體缺陷直接影響金屬材料的力學(xué)、物理性能。

(1)點(diǎn)缺陷--也稱零維缺陷，是晶體中的空位、間隙原子、雜質(zhì)原子。

過量點(diǎn)缺陷(空位)影響材料的電性能、力學(xué)性能和某些物理性能；對力學(xué)性能的影響包括：過飽

和點(diǎn)缺陷(如淬火空位、輻照缺陷等)能提高金屬的屈服強(qiáng)度；對其他物理性能的影響包括：點(diǎn)缺陷的

存在使晶體體積膨脹，密度減小。

(2)線缺陷(位錯(cuò))-也稱一維缺陷，是晶格中一局部晶體相對于另一局部晶體的位錯(cuò)。局部滑移

而造成?；凭植颗c未滑移局部的交界線即為位錯(cuò)線。

位錯(cuò)對金屬的強(qiáng)度和斷裂起著決定性的作用。此外，位錯(cuò)對金屬的擴(kuò)散、相變過程也有較大的影響。

(3)面缺陷

晶界和亞晶界局部滑移而造成。滑移局部與未滑移局部的交界線即為位錯(cuò)線。

實(shí)際金屬材料是多晶體材料，那么在晶體內(nèi)部存在著大量的晶界和亞晶界。

晶界和亞晶界實(shí)際上是一個(gè)原子排列不規(guī)則的區(qū)域，該處晶體的品格處于畸變狀態(tài)，能量高于品

粒內(nèi)部，在常溫下強(qiáng)度和硬度較高，在高溫下那么較低，晶界容易被腐蝕等。

2.4鐵碳平衡圖

鐵碳平衡圖：它以溫度為縱坐標(biāo)，碳含量為橫坐標(biāo)，以鐵、碳為組元的二元合金在不同溫度下所呈

現(xiàn)的相和這些相之間的平衡關(guān)系。

一般最常用的平衡圖是二元系的平衡圖。

二元系的平衡圖以縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金的成分。知道了合金的成分和溫度，就可以在

平衡圖上找到相應(yīng)的平衡狀態(tài)下的組織，并可用杠桿定律求出兩相區(qū)相的相對量。從平衡圖上也可以知

道一定成分的合金在加熱和冷卻過程中相的變化。

2.4.1鐵碳合金的根本相與性能

鐵碳合金一碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的金屬材料。

嚴(yán)格來說，鐵碳平衡圖應(yīng)當(dāng)是鐵和石墨的平衡圖。而我們應(yīng)用最多的是含碳量6.67%以下的富鐵局

部平衡圖，而且是鐵和化合物Fe3c的一?種平衡圖。因此，雖然鐵碳平衡圖有Fe—C和Fe—Fe3C

兩種，但由于含碳量高于6.67%的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價(jià)值，因而對?鐵碳合金相圖只研究

Fe-Fe3c局部。但實(shí)際上都把Fe—Fe3c系的平衡圖稱為鐵碳平衡圖。

含碳量小于2.11%的鐵碳合金狀態(tài)圖又稱為鋼的狀態(tài)圖。

鐵碳合金具有三個(gè)根本相：

鐵素體奧氏體滲碳體，但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有

兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。

鐵碳合金具有五種組織組成物：

鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體，是構(gòu)成顯微組織的獨(dú)立局部，可以是單相，也可以是兩相或者

多相混合物。

(I)鐵素體：

碳在a-Fe中的固溶體稱鐵素體，用F或a表示。

碳在3-Fe中的固溶體稱黑鐵素體，用3表示。都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,

在727℃時(shí)最大為0.0218%,室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。

(2)奧氏體:

碳在g-Fe中的固溶體稱奧氏體v用A或g表示v是面心立方品格的間隙固溶體v溶碳能力比鐵素

體大，1148C時(shí)最大為2.”％。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工

都在A區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。

(3)滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3c或Cm表示。

Fe3c硬度高、強(qiáng)度低(sb々35MPa),脆性大，塑性幾乎為零，F(xiàn)e3c是?一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件

下可發(fā)生分解：Fe3C-3Fe+C(石墨)，該反響對鑄鐵有重要意義。由于碳在a-Fe中的溶解度很小，

因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3c或石墨的形式存在。

(4)珠光體；共析反響的產(chǎn)物，是F與Fc3c片層相間的兩相混合物，珠光體是鐵素體和滲碳體的

機(jī)械混合物。用符號"P”表示。

(5)萊氏體：萊氏體是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含碳量)為4.3%的液態(tài)

鐵碳合金。

在727℃以上是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，萊氏體稱為高溫萊氏體，用"Ld”表示；

低于727℃那么是珠光體和滲碳體機(jī)械混合物，稱為低溫萊氏體，用"Ld”表示。

2.4.2鐵碳平衡圖與結(jié)晶過程

2.4.2.1鐵碳平衡圖

特征點(diǎn)

特征線

(1)液相線一ACD,固相線一AECF

(2)兩條水平線:

ECF：共晶線Ld+Fe3C

共晶產(chǎn)物是A與Fe3c的機(jī)械混合物，稱作萊氏體，用Ld表示。為蜂窩狀，以Fe3c為基，性能

硬而脆。

PSK：共析線，又稱A1線

gSFP+Fe3c

共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是F與Fe3c的機(jī)械混合物，稱作珠光體P。

(3)其它相線

GS—AF固溶體轉(zhuǎn)變線，GS又稱A3線。

ES—碳在-Fe中的固溶線。又稱Acm線。

PQ—碳在-Fe中的固溶線。

4.2.1.3相區(qū)

(1)單相區(qū)：

L、A、F、Fe3C

(2)兩相區(qū):

L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、

A+F、F+Fe3c

(3)兩個(gè)三相區(qū)：

即ECF(L+A+Fe3C)、

PSK(A+F+Fe3C)兩條水平線

2.4.2.2鐵碳合金的結(jié)晶過程

1.鐵碳合金相圖上的各種合金，通?？砂雌浜剂亢徒M織的不同，分成以下三類：

(I)工業(yè)純鐵(C<0.02%)；

(2)鋼(0.02?2.06%C)：亞共析鋼(CvO.77%)、共析鋼(C=0.77%)、過共析鋼(00.77%)；

(3)白口鐵(2.06?6.67%C：：亞共晶白口鐵(C<4.3)共晶白口鐵9=4.3%)過共晶白口鐵:04.3%)

2亞共析鋼10.02?0.77%C)結(jié)晶過程分析以亞共析鋼作為范例。我們來討論鐵碳合金的結(jié)晶過程。所

選擇的亞共析鋼為圖中②的鐵碳合金。

含碳量在0.10?0.50%范圍內(nèi)的亞共析鋼，在冷凝至1493c時(shí)均發(fā)生包晶反響，反響結(jié)果形成奧氏

體(A)；而含碳量大于0.50%者，在冷凝時(shí)，那么不發(fā)生包晶反響，而是直接從L中結(jié)晶HA。

合金②冷凝后得到A組織，繼續(xù)冷至GS線13點(diǎn)溫度)時(shí)，便會發(fā)生A到F的轉(zhuǎn)變,同時(shí)引起母

相A中碳濃度的變化。由于合金繼續(xù)冷卻過程中，A的含碳量沿GS線逐漸增濃而趨近于S點(diǎn)，即合金

冷至723℃時(shí)，A的含碳量增為0.80%,故當(dāng)合金冷至稍低于723℃時(shí)，其組織中剩余的A,便會按共析

反響而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的顯微組織應(yīng)為F+P。

必須指出，所有亞共析鋼在緩冷后，最終的顯微組織都是F+P。各種亞共析鋼組織的主要差異，

在于其中的F與P的相對量和F的分布情況不同。凡含碳量距S點(diǎn)愈近的亞共析鋼，其組織中含P量愈

多而F量那么愈少。含碳量大于0.5%的亞共析鋼組織，其中F趨向于沿P邊界呈網(wǎng)狀分布。

0.10%C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒：黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而

使珠光體中層片無法分辨。

0.30%C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠

光體中層片無法分辨。

0.1()%C、0.30%C的亞共析鋼的顯微組織。白色顆粒為F晶粒：黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而

使珠光體中層片無法分辨?？梢?，含碳量較高的0.30%C亞共析鋼顯微組織中，P所占面積較大

2.4.3鐵碳平衡圖的應(yīng)用

(1)內(nèi)部組織鑒別

(2)制定熱加工工藝

2.5金屬材料的性能指標(biāo)

金屬材料的使用性能主要包括物理性能、工藝性能和力學(xué)性能。

物理性能：是指材料的密度、比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性和耐磨性等。

工藝性能：是指材料在被制成機(jī)械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件的過程中適應(yīng)各種冷熱加工的性能，例如鑄

造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的性能。工藝性能對制造本錢、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有

重要影響。

金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形式外力的作用。當(dāng)外力到達(dá)或超過某一限度時(shí)，材料

就會發(fā)生變形甚至斷裂。材料在外力作用下所出現(xiàn)的一些性能稱為材料的力學(xué)性能。

力學(xué)性能：是指材料在不同環(huán)境(溫度、介質(zhì)、濕度)下，承受各種外加載荷(拉伸、壓縮、彎曲、

扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等)時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特性。

承壓類特種設(shè)備材料的力學(xué)性能指標(biāo)包括：

強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。

力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。這些性能指標(biāo)都可以通過力學(xué)性能試驗(yàn)測定。

最常用的力學(xué)性能試驗(yàn)方法是拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，所得到的力學(xué)性能指標(biāo)，是評定材

料的質(zhì)量和工藝性能的重要依據(jù)。

靜力拉伸作用下可以測出金屬材料的強(qiáng)度和塑性特性，動力負(fù)荷即沖擊負(fù)荷下可以測出金屬材料的

韌性指標(biāo)等。金屬材料的力學(xué)規(guī)定值，稱為金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)。力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金

屬材料的重要依據(jù)。

強(qiáng)度指標(biāo)：上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm

塑性指標(biāo)：端面收縮率Z、斷后伸長率A

韌性指標(biāo)：沖擊功Akv、單位為焦耳/厘米2（J/cm2）、沖擊值akv

2.5.1強(qiáng)度

2.5.1.1強(qiáng)度的定義

強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形（永久變形）和斷裂的能力。抵抗塑性變形和斷裂的能力越大，那

么強(qiáng)度越高。

材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。

外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。

外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。

2.5.1.2強(qiáng)度的測定一拉伸試驗(yàn)

龍度判據(jù)是通過拉伸試驗(yàn)測定的。拉伸試驗(yàn)方法是用靜拉伸力對標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)連續(xù)

測量力和相應(yīng)的伸長，直至斷裂。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，即可求出有關(guān)的力學(xué)性能。

（1）拉伸試樣（GB6397）和拉伸試驗(yàn)機(jī);

（2）力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）

（3）脆性材料的拉伸曲線

（1）拉伸試樣

圖中dO為試樣的直徑，L0為標(biāo)距長度。

按國家標(biāo)準(zhǔn)，拉伸試樣有長試樣（LO=lOdO）和短試樣（LO=5dO）兩種。

試驗(yàn)設(shè)備：

工程上一般使用液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行材料的靜力試驗(yàn)，主要用于各種金屬、非金屬材料的

拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗(yàn)。

（2）力——伸長曲線

（3）拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。

（4）彈性階段

（5）屈服階段

（6）強(qiáng)化階段

（7）頸縮階段

脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相比照）

脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

力--伸長曲線的縱坐標(biāo)表示力F,單位N；橫坐標(biāo)表示伸長量AL,單位為mm。

oe：彈性變形階段：

試樣變形完全是彈性的，這種隨載荷的存在而產(chǎn)生，隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。Fe

為試樣能恢復(fù)到原始形狀和尺寸的最大拉伸力。

es：屈服階段：

不能地我荷的去除而消失生變形稱為。在栽荷不增加或略有減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象

叫做屈服。屈服后，材料開始出現(xiàn)明顯的塑性變形。Fs稱為屈服載荷。

sb：強(qiáng)化階段：

隨塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化（或稱加工硬化）cFb：試樣

拉伸的最大載荷。

bz：縮頸階段（局部塑性變形階段）

當(dāng)載荷到達(dá)最大值Fb后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸〃。

工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒有屈服現(xiàn)象，而且也不

產(chǎn)生"縮頸”。如鑄鐵等。

⑶強(qiáng)度指標(biāo)

①比例極限。p：是應(yīng)力和相對伸長成正比利的最大應(yīng)力。一

拉伸曲線中Oe段,材料在不偏離應(yīng)力與應(yīng)變正比關(guān)系（虎克定律）條件下所能承受的最大應(yīng)力。材

料在彈性階段分成線彈性和非線彈性兩個(gè)局部，線彈性階段材料的應(yīng)力與變形完全為直線關(guān)系，其應(yīng)力

最高點(diǎn)為比例極限。

②彈性極限GC：

是在不產(chǎn)生永久塑性變形的前提下，金屬材料所能夠承受的最大應(yīng)力。

③屈服極限。s（或。0.2）：是在不增加載荷而試樣變形增加的最小外力。

在工程上規(guī)定，對于沒有明顯屈服點(diǎn)的材料（鑄鐵等），一般將試樣發(fā)生0.2%的永久變形的應(yīng)力

作為屈服極限，并以。0.2表示。

④強(qiáng)度極限Rm（cb）：試樣斷裂前的最大載荷Fb與原始截面積SO之比，也稱抗拉強(qiáng)度。

2.5.2塑性

2.5.2.1塑性的定義

斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。塑性由拉伸試驗(yàn)測得的。常用伸長率和斷面收縮率

表示。

2.522塑性指標(biāo)

①伸長率A(8)：試樣斷裂后的伸長量與原始標(biāo)距長度之比。

②斷面收縮率Z(1)/)：試樣斷裂后截面積最大收縮量與原始截面積SO之比。

2.5.3硬度

2.5.3.1硬度的定義：

金屬的硬度，是金屬抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量金屬軟硬程度的

一種性能指標(biāo)。

硬度與強(qiáng)度有一定關(guān)系，一般情況下，硬度較高的材料其強(qiáng)度也較高，所以通過測試硬度來估算材

料強(qiáng)度。此外，硬度較高的材料耐磨性較好。

253.2硬度分類

按照受力方式，硬度試驗(yàn)方法可分為壓入法和刻劃法。

在壓入法中，按照加力速度不同分為靜態(tài)力試驗(yàn)法和動態(tài)力試驗(yàn)法。

以靜態(tài)力試驗(yàn)法應(yīng)用最為普遍，如布氏硬度、洛氏硬度和維氏便度等，動態(tài)力試驗(yàn)法如肖氏硬度、里氏

硬度(彈性回跳法)和錘擊布氏硬度等。

(1)布氏硬度HB

布氏硬度試驗(yàn)是最常用的硬度試驗(yàn)方法之一，其特點(diǎn)是由于采用較大直徑的球體壓頭，得到了面積

較大的壓痕，因而測量的硬度值比擬穩(wěn)定，精確度高，操作簡單。

①試驗(yàn)原理：

布氏硬度試驗(yàn)一般采用直徑10毫米的球形鋼壓頭，用一定的負(fù)荷(試驗(yàn)力)壓入被測材料外表。

如果試驗(yàn)材料很硬，那么以碳化鴿球壓頭代替鋼壓頭。保持負(fù)荷一定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，試樣外表會

留有壓痕，測量試樣外表留下的壓痕之直徑，計(jì)算出壓痕面積。

式中：F——試驗(yàn)壓力(N)

S壓痕外表積(mm2)

布氏硬度示意圖

當(dāng)壓頭為鋼球時(shí)，用符號HBS表示，當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金時(shí)，用符號HBW表示。

表示方法：

符號HBS或HBW之前寫硬度值，符號后面依次表示球體直徑、試驗(yàn)力及試驗(yàn)力保持時(shí)間。例如:

12OHBS1O/1OOO/3O,表示直徑為10mm的鋼球，在9.807KN(lOOOKgf)試驗(yàn)力作用下，保持30s,測試

的布氏硬度值為120。

②試樣的要求：按照GB/T231.1《試驗(yàn)方法》中第6條規(guī)定

1.1試樣外表應(yīng)平坦光滑，并且不應(yīng)有氧化皮及外界污物，尤其不應(yīng)有油脂。試樣外表應(yīng)能保證壓

痕直徑的精確測量，建議外表粗糙度Ra<1.6pmo

2）制備試樣時(shí)，應(yīng)使過熱或過冷加工等因素對試樣外表性能的影響減至最小。

3）試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的8倍。試樣最小厚度與壓痕平均直徑的關(guān)系見附錄B,試驗(yàn)后，

試樣背部如出現(xiàn)可見變形，那么說明試樣太薄。

③試驗(yàn)設(shè)備

布氏硬度計(jì)分為臺式和攜帶式兩種。布氏硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足GB/T231.2-2023《硬度計(jì)的檢驗(yàn)與

校準(zhǔn)》的規(guī)定。

試驗(yàn)設(shè)備的要求：

按照GB/T231.1中第5.1條規(guī)定，硬度計(jì)應(yīng)符合GB/T231.2的規(guī)定，能施加預(yù)定試驗(yàn)力或9.807N?

29.42KN范圍的試驗(yàn)力。

壓頭的要求：硬質(zhì)合金壓頭應(yīng)符合GB/T231.2要求壓痕測

量裝置的要求：壓痕測量裝置應(yīng)符合GB/T231.2的規(guī)定。

（2）洛氏硬度HR

洛氏硬度試驗(yàn)不是通過測量壓痕面積來計(jì)算硬度值，而是采用測量壓痕深度來顯示材料的硬度。

為滿足從軟到硬各種材料的硬度測定，按照壓頭種類和總試驗(yàn)力的大小組成三種洛氏硬度標(biāo)度，分

別用HRA,HRB,HRC表示。其中HRB使用的是鋼球壓頭，用于測量非鐵金屬，退火或正火鋼等；HRA

和HRC使用錐角為120（）的金剛石圓錐體，用于測量淬火鋼，硬質(zhì)合金，滲碳層等。

洛氏硬度試驗(yàn)適用范圍廣，操作簡便迅速，而且壓痕較小，故在鋼鐵熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。

由于試驗(yàn)力較小，壓入深度較淺，準(zhǔn)確性較布氏硬度稍差，另外不適用于測定組織粗大及不均勻的

金屬。

洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，它們共有9種組合，對應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺：HRA、

HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。這9個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了兒乎所有常用的金屬

材料。最常用標(biāo)尺是HRC、HRB和HRF,其中HRC標(biāo)尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和局部不

銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。HRB標(biāo)尺用于測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、

局部不銹鋼及較硬的銅合金。

①試驗(yàn)原理

洛氏硬度試驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)型壓頭在先后兩次對被試材料外表施加試驗(yàn)力（初試驗(yàn)力F0與總試驗(yàn)力

F0+F1）,在試驗(yàn)力的作用下壓頭壓入試樣外表。在總試驗(yàn)力保持一定時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力F1,保

存初始試驗(yàn)力F0的情況下測量壓入深度，以總試驗(yàn)力下壓入深度與在初試驗(yàn)力下的壓入深度之差（即

所謂的剩余壓入深度〕來表示硬度的上下，剩余壓入深度值越大，硬度值越低，反之亦然。

洛氏硬度的表示方法

在洛氏硬度符號HR前為硬度值，在HR后面為使用的標(biāo)尺。

例如：50HRC,表示用C標(biāo)尺，測定的洛氏硬度值為50。

洛氏硬度示意圖

②試樣：應(yīng)按GB/T230.1-2023《洛氏硬度試驗(yàn)》第6條的要求

6.1除非產(chǎn)品或材料標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定，試樣外表應(yīng)平坦光滑，并且不應(yīng)有氧化皮及外來污物，尤其不應(yīng)有

油脂，試樣的外表應(yīng)能保證壓痕深度的精確測量，建議試樣的外表粗糙度Ra不大于l.6nmc在做可能

會粘結(jié)的活性金屬的硬度試驗(yàn)時(shí)，例如鈦，可以使用某種適宜的油性介質(zhì)（例如煤油）。使用的介質(zhì)應(yīng)

在報(bào)告中注明。

6.2試樣的制備應(yīng)使受熱或冷加工等因素對試樣外表硬度的影響減至最小。尤其對于剩余壓痕深度淺的

試樣應(yīng)特別注意。

63對于用金剛石圓錐壓頭進(jìn)行的試驗(yàn)，試樣或試驗(yàn)層厚度應(yīng)無小于剩余壓痕深度的10倍。對于用球形

壓頭進(jìn)行的試驗(yàn)，試樣或試驗(yàn)層的厚度應(yīng)不小于剩余壓痕深度的15倍。

除非可以證明使用較薄的試樣對試驗(yàn)結(jié)果沒有影響。

③試驗(yàn)設(shè)備：依據(jù)GB/T23D.1-2023第5條規(guī)定

洛氏硬度計(jì)分臺式和便攜式兩種。

5.1硬度計(jì)

硬度計(jì)應(yīng)能按GB/T230.1-表1施加預(yù)定的試驗(yàn)力，并符合GB/T230.2的要求。

5.2壓頭

金剛石圓錐壓頭錐角為120）,頂部曲率半徑為0.2mm,并符合GB/T230.2的要求。

硬質(zhì)合金球壓頭的直徑為1.5875mm或3.175mm,并符合GB/T230.2的要求。

5.2測量系統(tǒng):應(yīng)符合GB/T230.2的規(guī)定。

（3）里氏硬度HL

里氏硬度計(jì)是一種輕便的手提式硬度測量儀。

便攜式里氏硬度計(jì)依據(jù)里氏硬度測顯原理，可以方便快捷地對多種金屬材料進(jìn)行測量，即刻顯示硬

度測量值的同時(shí)，可以在不同硬度制式間自由轉(zhuǎn)換，性能穩(wěn)定，價(jià)格較低。體積小，可以手握沖擊裝置

直接對被測材料和工件進(jìn)行硬度試驗(yàn)，是鍋爐現(xiàn)場檢驗(yàn)常用的檢驗(yàn)工具。

里氏硬度計(jì)

①試驗(yàn)原理

用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣外表，用沖擊頭在距試樣外表1mm處的回

彈速度與沖擊速度的比值計(jì)算硬度值。（利用電磁原理，感應(yīng)與速度成正比的電壓）。

里氏硬度值以沖擊體回彈速度與沖擊速度之比再乘以1000來表示。

計(jì)算公式:

式中：HL—里氏硬度值：

VA—沖頭的沖擊速度（m/s）；

VR—沖頭的回彈速度（m/s）。

里氏硬度值也是一個(gè)無量綱的值。

里氏硬度的表示方法是在符號HL前面表示出硬度值，右HL后面注明所用硬度計(jì)型號。例如：

700HLD表示用D型硬度計(jì)測定的里氏硬度值為700o

②試樣：應(yīng)符合GB/T17394標(biāo)準(zhǔn)第5條的規(guī)定。

5.1本標(biāo)準(zhǔn)對試樣的定義見GB/T10623-2023《金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語》。

5.2在制備試樣外表過程中，應(yīng)盡量防止由尸受熱、冷加工等對試樣外表硬度的影響。

53試樣的試驗(yàn)面最好是平面，試驗(yàn)面應(yīng)具有金屬光澤，不應(yīng)有氧化皮及其他污物，試樣外表粗糙度應(yīng)

符合標(biāo)準(zhǔn)中表2的要求。

5.4試樣必須具有足夠的質(zhì)量及剛性以保證在沖擊過程中不產(chǎn)生位移或彈動，試樣的質(zhì)量應(yīng)符合表3的

規(guī)定。

5.5試樣應(yīng)具有足夠的厚度，試樣最小厚度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)之表4規(guī)定.

5.6對于具有外表硬化層的試樣，硬化層深度應(yīng)符合表5規(guī)定。

5.7對于凹凸圓柱面及球面試樣，其外表曲率半徑應(yīng)符合表6規(guī)定。

對于外表為曲面的試樣，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán)，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在±0.5mm之間。

5.8試樣不應(yīng)帶有磁性。

③試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合GB/T17394標(biāo)準(zhǔn)第6條的規(guī)定。

里氏硬度計(jì)由沖擊裝置和顯示裝置兩局部組成。

里氏硬度計(jì)除了定期檢定外，一般在口常試驗(yàn)前，應(yīng)對硬度計(jì)的顯示裝置、數(shù)字打印機(jī)、示值誤差和重

復(fù)性進(jìn)行檢查（可以在標(biāo)準(zhǔn)試塊上進(jìn)行測試檢查）。對新購進(jìn)和因故障修理后的硬度計(jì)，應(yīng)根據(jù)檢定規(guī)

程全面進(jìn)行檢定。

對沖擊裝置的要求：

應(yīng)符合GB/T17394.2標(biāo)準(zhǔn)第4.2條的規(guī)定。

沖擊頭質(zhì)量允許誤差為±0.03g；（教材±0.2g）沖擊頭直徑允許誤差為±0.06mm；（±0.04mm）沖擊頭

硬度N1500HV1；

沖擊頭的頂端外表應(yīng)拋光、無缺陷，其外表粗糙度Rz0O.4Lim：

沖擊裝置應(yīng)工作可靠，操作靈活，無卡住現(xiàn)象V

對顯示裝置的要求

GB/T17394.2標(biāo)準(zhǔn)第4.4.1條的規(guī)定:

顯示裝置的顯示應(yīng)清晰、無顯示缺陷，并與打印輸出的硬度示值一致，在正常工作條件下，能連續(xù)穩(wěn)定

工作。

5.4韌性

5.4.1韌性的定義

材料在沖擊載荷作用卜.抵抗破壞的能力。

韌性指標(biāo)為沖擊韌性值ak

沖擊韌性值可通過沖擊實(shí)驗(yàn)測得。

5.4.2沖擊試驗(yàn)

沖擊試驗(yàn)的定義：

用缺口或預(yù)裂紋的試樣，測量試樣吸收的勢能來評價(jià)韌性的試驗(yàn)。

沖擊試驗(yàn)對材料的缺陷很敏感，能夠靈敏地反映出材料的宏觀缺陷、顯微組織的微小變化和材料的質(zhì)量,

因此沖擊試驗(yàn)是用來檢驗(yàn)金屬材料的冷煉、熱加工、熱處理工藝等有效的方法，主要用途是檢驗(yàn)原材料

缺陷，檢查鍛造、熱處理缺陷和評定材料在不同溫度下韌脆轉(zhuǎn)化趨勢等。

韌性一脆性轉(zhuǎn)變：是金屬材料隨溫度降低由韌性狀態(tài)過渡到脆性狀態(tài)致使沖擊韌度急劇降低妁現(xiàn)象。

(1)金屬沖擊試驗(yàn)原理：

沖擊試驗(yàn)就是利用能量守恒定律，將具有一定形狀和尺寸的帶有V型或U型缺口的試樣，在沖擊載荷

作用下沖斷，以測定其沖擊吸收功的一種試驗(yàn)方法。

GB/T229-2(X37《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》對沖擊試最原理的描述如下所述。

將規(guī)定尺寸的缺口試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣

的吸收能量。

根據(jù)試樣的缺口形狀不同，分為U型和V型，試樣的沖擊功分別用KU和KV表示。

擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)

(2)沖擊試樣

GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》第6條對試樣有如下要求：

6.1一般要求:

標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長度為55mm,橫截面為lOmmxlOmm方形截面"在試樣中間有V型或U型缺口v

如試樣不夠制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣，可使用寬度7.5mm、5mm或2.5m的小尺寸試樣。

試樣外表粗糙度Ra應(yīng)優(yōu)于5pm,端部除外。

對于需要熱處理的試驗(yàn)材料，應(yīng)在最后精加工前進(jìn)行熱處理，除非兩者順序改變不導(dǎo)致性能的差異。

6.2缺口幾何形狀

對缺口的制備應(yīng)仔細(xì)，以保證缺II根部處沒有影響吸收能的加工痕跡。

缺口對稱面應(yīng)垂直于試樣軸線。

621V型缺I」應(yīng)有45。夾角，其深度為2mm,底部曲率半徑為O.25mm。

6.2.2U型缺口深度為2mm或5mm（除非另有規(guī)定），底部曲率半徑為1mm。

6.3試樣尺寸及偏差

規(guī)定的試樣及缺口尺寸與偏差在圖2和表2中示出。

6.4試樣的制備

試樣樣坯的切取應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或GB/T2975的規(guī)定執(zhí)行，式樣制備過程應(yīng)使由于過熱或冷加工硬化

而改變材料沖擊性能的影響減至最小。

13）沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用

①評定原材料的冶金質(zhì)量及熱加工后的產(chǎn)品質(zhì)量。

a.原材料中的缺陷，如夾渣、氣孔、嚴(yán)重分層、偏析以及夾雜物等，將影響材質(zhì)質(zhì)量。沖擊試驗(yàn)對組織

或缺陷非常敏感，從而通過測定沖擊吸收功及觀察沖擊斷口可間接評定冶金缺陷存在的嚴(yán)重程度。

b.鍛造和熱處理所造成的缺陷，如過熱、過燒、白點(diǎn)、回火脆性、淬火及鍛造裂紋、纖維組織各向異性

等，通過沖擊試驗(yàn)可用于控制加工工藝質(zhì)量。

②評定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢。

a.系列沖擊試驗(yàn)：將材料加工成一批尺寸和形狀相同的沖擊試樣，分別在不同溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，測

定沖擊值（或沖擊吸收功）隨溫度的變化，并作出其變化曲線，這種試驗(yàn)方法稱為系列沖擊試驗(yàn)。

通過系列沖擊試驗(yàn)測定的鋼的脆性轉(zhuǎn)化趨勢?？偟淖兓厔菔请S著溫度降低，沖擊值降低，鋼材由韌性

斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種轉(zhuǎn)變稱為冷脆轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度稱為冷脆溫度，這是中、低強(qiáng)度鋼材中常出現(xiàn)的

現(xiàn)象。

5.5金屬材料的高溫性能

溫度升高對?力學(xué)性能都產(chǎn)生不利影響。溫度升高后，彈性模量、屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度等都降低，特別是應(yīng)

變硬化指數(shù)降低較大。

5.5.1持久極限

持久極限，又稱持久強(qiáng)度，是指金屬材料在給定溫度下，經(jīng)過規(guī)定時(shí)間使材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力。常用符

號為Qb帶有一個(gè)或兩個(gè)指數(shù)來表示。例如I,表示在試驗(yàn)溫度為700C時(shí)，持久時(shí)間為1000小時(shí)的應(yīng)力，

即所謂高溫持久強(qiáng)度。

5.5.2蠕變極限

蠕變極限又稱蠕變強(qiáng)度，一般有兩種表示方法。

(1)給定溫度下,試樣產(chǎn)生規(guī)定蠕變速度的應(yīng)力值。

(2)給定溫度T下和在規(guī)定時(shí)間，試樣產(chǎn)生?定蠕變變形量的應(yīng)力值。

式中￡為蠕變速度，T為溫度，I為時(shí)間。

蠕變極限是高溫長時(shí)間載荷作用下材料對塑性變形抗力的指標(biāo)。

5.6抗疲勞性能

金屬材料在重復(fù)或交變的應(yīng)力作用下，可以經(jīng)受無數(shù)周次的應(yīng)力循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力，稱為疲勞極

限，以o-l表示。

某些金屬材料在重更或交變的應(yīng)力作用下，沒有明顯的疲勞極限。因此，通常規(guī)定循環(huán)一定周次后斷裂

時(shí)所承受的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度，也稱條件疲勞極限，以"N表示。此時(shí)，N稱為材料的疲勞壽命。

5.7金屬材料力學(xué)性能合格標(biāo)準(zhǔn)：

(I)原材料及承壓部件必須按合格證和質(zhì)量證明進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，合格證或質(zhì)量證明應(yīng)標(biāo)明材料牌號、

化學(xué)成分、力學(xué)性能等，并符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)中低壓鍋爐和高壓鍋爐用鋼板和無縫鋼管，分別符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T713-2023《鍋爐和壓力容器用鋼板》；

GB/T699-2023《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》；

GB/T8163-2023《輸送流體用無縫鋼管》；

GB3087-2023《中低壓鍋爐用無縫鋼管》；

GB5310-2023《高壓鍋爐用鋼管》。

TSGG0001-2023《鍋爐平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

2.1根本要求

鍋爐受壓元件金屬材料、承載構(gòu)件材料以及焊接材料應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，受壓元

件金屬材料和焊接材料在使用條件下應(yīng)當(dāng)JI而足夠的強(qiáng)度，塑性和韌性以及良好的抗疲勞性能和抗腐蝕

性能。

2.2性能要求

(1)鍋爐受壓元件和與受壓元件焊接的承載構(gòu)件鋼材應(yīng)當(dāng)是鎮(zhèn)靜鋼；

(2)鍋爐受壓元件用鋼材室溫夏比沖擊吸收能量(KV2)不低于27J；

(3)鍋爐受壓元件用鋼板的室溫?cái)嗪笊扉L率1A)應(yīng)當(dāng)不小于18%。

第三章鋼材的分類及牌號表示方法

3.1.鋼的定義

鋼材是鋼錠、鋼壞通過壓力加工制成所需要的各種形狀、尺寸和性能的材料。是國家建設(shè)的重要物

及，應(yīng)用廣泛、品種繁多，根據(jù)斷面形狀的不同、鋼材一般分為型材、板材、管材和金屬制品四大類。

含碳量從0.02到2.11%的鐵碳合金稱為鋼。為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。

3.2.鋼材的分類

鋼的分類方法多種多樣，其主要方法有七種：

(1)按品質(zhì)分類；

(2)按化學(xué)成份分類；

(3)按成形方法分類；

(4)按金相組織分類；

(5)按用途分類;

(6)綜合分類；

(7)按冶煉方法分類。

3.2.1按品質(zhì)分類

(1)普通鋼(P<0.045%,S<0.050%)

(2)優(yōu)質(zhì)鋼(P、S均W0.035%)

⑶高級優(yōu)質(zhì)鋼(P<0.035%,S<0.030%)

3.2.2按化學(xué)成份分類

(I)碳素鋼：

a.低碳鋼(C<0.25%)；

b.中碳鋼(CW0.25?0.60%)；

c.高碳鋼(C>0.60%)o

(2)合金鋼：

a.低合金鋼(合金元素總含吊三5%)；

b.中合金鋼(合金元素總含量>5?10%)：

c.i向合金鋼(合金兀素總含量>10%)。

323按成形方法分類：

(1)鍛鋼；

(2)鑄鋼；

⑶熱軋鋼；

(4)冷拉鋼。

324按金相組織分類

(1)退火狀態(tài)的：

a.亞共析鋼(鐵素體+珠光體)；

h共析鋼(珠光體)；

c.過共析鋼(珠光體+滲碳體J；

d?萊氏體鋼(珠光體+滲碳體)。

(2)正火狀態(tài)的：

(3)a.珠光體鋼;

(4)b.貝氏體鋼；

(5)c.馬氏體鋼；

<6)d.奧氏體鋼。

(7)(3)無相變或局部發(fā)生相變的

3.2.5按用途分類

(1)建筑及工程用鋼：

a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼;

b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；

c.鋼筋鋼。

（2）結(jié)構(gòu)鋼：

a.機(jī)械制造用鋼：

b.彈簧鋼

c.軸承鋼

（3）工具鋼

（4）特殊性能鋼：

a.不銹耐酸鋼；

b.耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強(qiáng)鋼、氣閥鋼；

c.電熱合金鋼；

d.耐磨鋼；

e.低溫用鋼：

￡電工用鋼。

（5）專業(yè)用鋼：如鍋爐、壓力容器用鋼、橋梁用鋼、船舶用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼等。

3.2.6綜合分類

（I）普通鋼

a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：（a）Q195：（b）Q215（A、B）；

（c）Q235（A、B、C）；Id）Q255（A、B）；（e）Q275.

b.低合金結(jié)構(gòu)鋼

c特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼

（2）優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼）

a.結(jié)構(gòu)鋼：（a）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；（b）合金結(jié)構(gòu)鋼；（c）彈簧鋼；（d）易切鋼；（e）軸承鋼；（f）

特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。

b.工具鋼：（a）碳素工具鋼；：b）合金工具鋼；（c）高速工具鋼。

c.特殊性能鋼：（a）不銹耐酸飯：th）耐熱鋼：（c）電熱合金鋼：Id）電丁用鋼：M高鎰耐磨鋼.

3.2.7按冶煉方法分類

（1）按爐種分

a.平爐鋼：（a）酸性平爐鋼；（b）堿性平爐鋼。

b.轉(zhuǎn)爐鋼：（a）酸性轉(zhuǎn)爐鋼；

（b）堿性轉(zhuǎn)爐鋼。

c.電爐鋼：（a）電弧爐鋼；（b：電渣爐鋼；（c）感應(yīng)爐鋼；（d）真空自耗爐鋼；（e）電子束爐鋼。

（2）按脫氧程度和澆注制度分

a沸騰鋼（F）；

b.半鎮(zhèn)靜鋼⑹；

c.鎮(zhèn)靜鋼（Z）；

d.特殊鎮(zhèn)靜綱（TZ）o

3.3.常用鋼鐵材料的牌號表示方法

33.1鋼材牌號的編制原則

凡列入國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鋼鐵產(chǎn)品，均應(yīng)按照GBb221-2023《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》規(guī)定的牌

號表示方法編寫牌號。

鋼鐵產(chǎn)品牌號的表示，通常采用大寫漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。也

可采用大寫英文字母或國際慣例表示符號。

碳鋼和低合金鋼的牌號

（1）這類鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號表達(dá)其力學(xué)性能。

GB/T221-2023《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》相應(yīng)條款

3.3.2碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼

332.1碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號通常由四局部組成：

第?局部：前綴符號+強(qiáng)度值（以N/mm2或Mpa為單位），其中通用結(jié)構(gòu)鋼前綴符號為代表屈服強(qiáng)度

的拼音的字母"Q”,專用結(jié)構(gòu)鋼的前綴符號見表3；

第二局部（必要時(shí)）：鋼的質(zhì)量等級，用英文字母A、B、C、D、E、F……表示；

第三局部（必要時(shí)）：脫氧方式表示符號，即沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼分別以、"b"、

"Z"、"TZ”表示。鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼表示符號通?？梢允÷?/p>

第四局部；（必要時(shí)）產(chǎn)品用途、特性和工藝方式表示符號，見表4V

例如：見表5。

（2）鋼材的產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號

表4

采用的漢字及漢語拼音或英文單詞

產(chǎn)品采用字母位置

漢字漢語拼音英文單詞

鍋爐和壓力容器用鋼容RONG—R牌號尾

鍋爐用鋼（管）鍋GUO—GUO牌號尾

低溫壓力容器用鋼低容DIRONG—DR牌號尾

橋梁用鋼橋QIAO—Q牌號尾

耐候鋼耐候NAIHOU—NH牌號尾

高耐候鋼GAONAIHOU—GNH牌沙尾

汽車大梁用鋼梁LIANG—L牌；尾

高性能建筑結(jié)構(gòu)用鋼高建GAOJIAN—GJ牌號尾

Crack

低焊接裂紋敏感性鋼低焊接裂紋敏感性—CF牌號尾

Free

保證淬牌號尾

淬透性—HardenabilityH

透性鋼

牌號尾

礦用鋼礦KUANG—K

般用鋼采用國際符號

（3）實(shí)例

表5

序號產(chǎn)品名稱第一局部第二局部第三局部第四局部牌號例如

最小屈服

1碳索結(jié)構(gòu)鋼A級沸騰馴—Q235AF

強(qiáng)度235N/mm2

低合金高強(qiáng)度最小屈服

2D級特殊鎮(zhèn)靜鋼—Q345D

結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度345N/mm2

屈服強(qiáng)度

3熱軋光圓鋼筋———HPR235

特征值235N/mm2

屈服強(qiáng)度特

4熱軋帶肋鋼筋———HRB335

征值335N/mm2

細(xì)品粒熱

屈服強(qiáng)度特

5軋帶肋———JRBF335

征值335N/mm2

鋼筋

最小抗拉

6冷軋帶肋鋼筋———CRB550

強(qiáng)度550N/mm2

鍋爐和壓

最小屈服壓力容器“容”的漢語拼

12力容器