金属材料基础

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1、锅炉压力容器压力管道检验员锅炉压力容器压力管道检验员考考 核核 培培 训训金属材料基础金属材料基础四川省特种设备检验研究院1.1.压力：垂直作用于物体表面单位面积压力：垂直作用于物体表面单位面积的力。的力。MPaMPa（N/mm2N/mm2）轴向应力 切向应力内压力 径向应力2.应力：断面上单位面积承受的力。F/S N/mm2拉伸试样（片样）FF3.3.压应力材料抵抗压缩的能力。压应力材料抵抗压缩的能力。冲 击 力压 力拉 力拉 力压 头压 头压 力压 力4.4.剪切应力剪切应力F/S S/S S剪切面积剪切面积材料抵抗剪切的能力。材料抵抗剪切的能力。剪应力剪应力F/S F/S 冲击力压力拉力

2、拉力压头压头压力压力一、金属材料的性能：一、金属材料的性能：包括包括使用使用性能和性能和加工加工工艺性工艺性能两个方面。能两个方面。使用性能使用性能物理、化学物理、化学和力学性能。和力学性能。物理性能物理性能密度、熔点、密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、导热性、导电性、热膨胀性、磁性磁性、电阻率、弹性模量、泊、电阻率、弹性模量、泊松比等。松比等。化学性能化学性能抗氧化性、耐腐蚀性抗氧化性、耐腐蚀性。氢腐蚀氢腐蚀奥氏体钢的氯离子敏化腐蚀奥氏体钢的氯离子敏化腐蚀氧腐蚀氧腐蚀碱腐蚀和垢下腐蚀碱腐蚀和垢下腐蚀应力腐蚀应力腐蚀。力学性能力学性能强度、塑性、韧性、硬度强度、塑性、韧性、硬度和断裂力学等

3、。和断裂力学等。加工工艺性能加工工艺性能材料承受各种冷、材料承受各种冷、热加工的能力。热加工的能力。冷加工：切削性能等。冷加工：切削性能等。达到规定的几何形状和尺寸，公差配合，达到规定的几何形状和尺寸，公差配合，表面粗糙度等的要求。表面粗糙度等的要求。热加工：铸造性能、压力加工性能、焊热加工：铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理等。接性能、热处理等。材料力学性能：材料力学性能：、强度：金属抵抗永久变形和断裂的、强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力能力强度指标：强度指标：Rm（b）抗拉强度抗拉强度 Reh（s）上屈服强度上屈服强度 Rel（s）下屈服强度下屈服强度sb0持久强度：持久强度：材料

4、在规定温度下，达到规定时间而不断裂材料在规定温度下，达到规定时间而不断裂的最大应力。的最大应力。700 b/1000 蠕变强度：蠕变强度：材料在规定温度下，引起试样在一定时间内材料在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕变总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的蠕变总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。最大应力。450 0.2试验温度：700持久时间：100000h试验温度：4500.2%残余伸长塑性：塑性：材料在载荷作用下，断裂前发生材料在载荷作用下，断裂前发生不可逆永久变形的能力。不可逆永久变形的能力。塑性指标：塑性指标：A（5、10）伸长率伸长率 Z（）断面收缩率断面收缩率韧性韧性：材料

5、在外加载荷作用下断裂时消耗能材料在外加载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。（速度、温度、应力）量大小的特性。（速度、温度、应力）冲击韧性指标：冲击韧性指标：Ak冲击功冲击功 Aku u型缺口型缺口 Akv v型缺口型缺口符号为符号为Akv，单位焦耳，单位焦耳，代表材料韧性的代表材料韧性的一个指标。韧性的反面即脆性。承压类钢一个指标。韧性的反面即脆性。承压类钢制特种设备其母材和焊缝的冲击功一般要制特种设备其母材和焊缝的冲击功一般要求求2741J。脆性材料脆性材料5延伸率很小，冲击功延伸率很小，冲击功Akv很很小，如铸铁。小，如铸铁。塑性材料塑性材料5延伸率、冲击功延伸率、冲击功Akv适当，适当，

6、如承压类钢制特种设备其母材如承压类钢制特种设备其母材5 在在1725间。间。冲击试样截面尺寸：冲击试样截面尺寸：（1）1010 510（mm）（2）试样规格不同，相同材料其值无可）试样规格不同，相同材料其值无可比性。比性。冲击功与冲击韧性：冲击功与冲击韧性：（1）冲击功（）冲击功（J）（2）冲击韧性（）冲击韧性（J/mm2）硬度：硬度：材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。能力。硬度与强度有一定关系：硬度与强度有一定关系：硬度硬度 强度强度耐磨性耐磨性 硬度指标：硬度指标：HB 布氏布氏 测钢球压入的压测钢球压入的压痕痕DHR 洛氏洛氏 测压入的深度测压入的深度

7、HL 里氏 测钢球反弹的速率弯曲弯曲：评价材料、焊缝及热影响区等综合抗评价材料、焊缝及热影响区等综合抗弯曲能力（塑性和不同区域协调变形的弯曲能力（塑性和不同区域协调变形的能力）能力）弯曲半径：弯曲半径：b=2a3a 弯曲角度：弯曲角度：（面弯、背弯、侧弯）（面弯、背弯、侧弯）1800 900GB713-2008（六）（六）疲劳疲劳材料在循环应力和应变作用下，材料在循环应力和应变作用下，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。断裂的过程。高周疲劳高周疲劳经经10105 5以上循环次数而产生的以上循环次数而产生的疲劳。疲劳。低周疲劳低周疲劳经经101

8、02 210105 5塑性应变循环次数塑性应变循环次数而产生的疲劳。而产生的疲劳。热疲劳热疲劳温度循环变化产生的循环热应力温度循环变化产生的循环热应力所导致的疲劳。所导致的疲劳。腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀环境和循环应力（应变）腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的疲劳。的复合作用所导致的疲劳。疲劳曲线图疲劳曲线图疲劳试验-N曲线N-加载次数有害元素：有害元素：S（硫）：有害元素（硫）：有害元素，热脆倾向增加，热脆倾向增加 P（磷）：有害元素（磷）：有害元素，冷脆倾向增加，冷脆倾向增加形成低熔点形成低熔点化合化合物，使塑性、韧性下降。物，使塑性、韧性下降。微量元素微量元素ReRe、稀土元素，综合

9、力学性、稀土元素，综合力学性能有所提高。能有所提高。组织结构、晶粒度及供贷状态等。组织结构、晶粒度及供贷状态等。常见的显微组织：常见的显微组织：奥氏体（奥氏体（A A）强度硬度不高，塑性韧性很强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。好，无磁性。铁素体（铁素体（F F）强度硬度低，塑性韧性好强度硬度低，塑性韧性好。渗碳体渗碳体（FeFe3 3C C）硬而脆，随硬而脆，随C%C%增加，强增加，强度硬度提高，而塑性韧性下降。度硬度提高，而塑性韧性下降。珠光体（珠光体（P P）性能介于性能介于F F与与FeFe3 3C C之间。之间。马氏体（马氏体（M M）具有很高的强度和硬度，具有很高的强度和硬度，但很

10、脆；延展性差，易导致裂纹。但很脆；延展性差，易导致裂纹。魏氏组织魏氏组织粗大的过热组织，塑性韧性粗大的过热组织，塑性韧性下降，使钢变脆下降，使钢变脆。带状组织带状组织双相共存的金属材料在热变双相共存的金属材料在热变形时沿主伸长方向呈带状或层状分布的形时沿主伸长方向呈带状或层状分布的组织。组织。晶粒度：晶粒度：常见常见1 18 8级。级。8 8级细小而均匀、综合力级细小而均匀、综合力学性能好。学性能好。热轧、调质、正火状态供货，以正热轧、调质、正火状态供货，以正火状态组织性能最好。火状态组织性能最好。加工工艺对组织性能影响加工工艺对组织性能影响 冷作变形会带来纤维组织、加工硬化及残冷作变形会带来

11、纤维组织、加工硬化及残余内应力。余内应力。热变形会提高材料塑性变形能力及降低变热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。形抗力。(如热压封头、热卷厚壁筒节如热压封头、热卷厚壁筒节)三三、金属材料分类、金属材料分类(以钢材为主以钢材为主)：1 1、按化学成分分类：、按化学成分分类：碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量有少量SiSi、MnMn及及P P、S S等杂质，这些总含等杂质，这些总含量不超过量不超过2%2%，按含碳量不同分为：，按含碳量不同分为：低碳钢低碳钢含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%中碳钢中碳钢含碳量等于含碳量等于0.25%0.25%0

12、.6%0.6%高碳钢高碳钢含碳量大于含碳量大于0.6%0.6%合金钢：碳钢所含元素外，还含有其它一合金钢：碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：些合金元素：CrCr、NiNi、MoMo、W W、V V、B B、NbNb等，等，按合金元素含量不同分类：按合金元素含量不同分类：低合金钢低合金钢含量小于含量小于5%5%中合金钢中合金钢含量等于含量等于5%5%10%10%高合金钢高合金钢含量大于含量大于10%10%按用途分类：按用途分类：结构钢结构钢碳钢、低合金钢等。碳钢、低合金钢等。工具钢工具钢特殊用途用钢特殊用途用钢不锈钢不锈钢、耐热钢、耐热钢、磁钢等。磁钢等。按冶炼中的脱氧方式分类：按冶炼中的

13、脱氧方式分类：沸腾钢沸腾钢 F F镇静钢镇静钢 Z Z半镇静钢半镇静钢 b b特殊镇静钢特殊镇静钢 TZTZ按品质分类：按品质分类：P P、S S杂质含量分类：杂质含量分类：普通钢普通钢优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢A A特级优质钢特级优质钢E E（四四）钢的牌号）钢的牌号 碳素钢：碳素钢：Q235-AFQ235-AF Q:Q:钢材的屈服强度钢材的屈服强度 235235：屈服强度值：屈服强度值 A:A:质量等级质量等级(BCD)(BCD)F:F:钢的脱氧程度钢的脱氧程度 20g(Q245R)20g(Q245R)20 20：含碳量：含碳量0.2%g0.2%g：锅炉用钢锅炉用钢 20R(Q245

14、R)(Q245R)20：含碳量：含碳量0.2%R0.2%R：容器用钢容器用钢 低合金钢：低合金钢：16MnR16MnR（Q345RQ345R）1616：含碳量：含碳量0.16%0.16%锰：量约为锰：量约为1%1%:容器钢容器钢L360NBL360NB：L-L-管线钢管线钢360-360-屈服强度等级为屈服强度等级为360MPa360MPa N-N-交货状态交货状态(形变正火状态形变正火状态)B-B-有有冲击韧性和无损检测的要求冲击韧性和无损检测的要求（五）锅炉压力容器常用材料标准（五）锅炉压力容器常用材料标准GB6654压力容器用钢板压力容器用钢板GB713 锅炉用钢板锅炉用钢板GB713-

15、2008 锅炉和压力容器用钢板锅炉和压力容器用钢板GB3531低温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器用低合金钢钢板GB8163 输送流体用无缝钢管输送流体用无缝钢管GB9948石油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管GB3087低中压锅炉用无缝钢管低中压锅炉用无缝钢管GB5310高压锅炉用无缝钢管高压锅炉用无缝钢管 牌号标准 S（）P（）b（MPa）s（MPa）Akv（J）Q235AGB700 0.0500.045 375（下限）235 Q235B0.0450.04527（20）纵向Q235C0.0400.04027（0）纵向Q235D0.0350.03527（-20）纵向20gGB713 0.0

16、350.035400（下限）24527（20）横向20RGB66540.0200.030400（下限）24527（0）横向16MnR0.0200.030510（下限）34531（0）横向16MnDRGB3531 0.0250.030490（下限）31524（-40）横向Q245RGB7130.0150.025400（下限）24531（0）横向Q345RGB7130.0150.025510（下限）34534（0）横向Q370RGB7130.0150.025540（下限）37034（-20）横向钢板：注：锅炉钢板增加时效冲击和高温拉力钢管：钢管：牌号标准成分拉力硬度压扁卷边扩口冷弯冲击水压超声涡流

17、漏磁晶粒度非金属夹杂显微组织低倍组织脱碳层20GB81621222 20GB8163122 逐根逐根逐根 20GB3087122222逐根协议协议 20GGB531012226逐根逐根逐根逐根22222注：G高压管锻件：锻件：锻件级别硬度 拉伸 冲击 超声 I件 件II批 批 批 批批III批 批 批 批批 件 件 件IV件 件 件 件件 件 件 件JB47262000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB47272000低温压力容器用低合金锻件JB47282000压力容器用不锈钢锻件 压力容器对材料的要求：压力容器对材料的要求：C（碳）（碳）0.25；特殊；特殊C0.45；S（硫）（硫）0.02

18、0（原（原0.03%）；P（磷）（磷）0.030（原（原0.035%）；Q235Q235MPa厚度不允许介质AF不允许A不允许B 1.6035020高毒、极毒C2.5040030锅炉对材料的要求锅炉对材料的要求 镇静钢；镇静钢；伸长率伸长率 518（20）；）；碳素钢、碳锰钢碳素钢、碳锰钢 AkV27J（20）；）；钢板：钢板：钢 号工作压力MPa壁温Q235 AB 1.0*Q235 CD1.020g（Q245R）5.9 45016Mng（Q345R）5.9 400材料验收材料验收1、材质证书审查：、材质证书审查：1）真实性：）真实性：制造许可证；制造许可证；选用标准是否正确；选用标准是否正确

19、；数据是否被涂改；数据是否被涂改；是否有供应商和经办人的鲜章。是否有供应商和经办人的鲜章。2）实物与证书的一致性：）实物与证书的一致性：材质证书的标准号、炉批号等与实物材质证书的标准号、炉批号等与实物标记是否相符；标记是否相符；证书的规格、数量是否与实物相符。证书的规格、数量是否与实物相符。2、材料复验、材料复验容器：按容器：按容规容规 三类容器的主要受压部件三类容器的主要受压部件 一、二类有怀疑一、二类有怀疑 质证书注明质证书注明“复印件无效复印件无效”者者 设计、用户要求设计、用户要求锅炉：锅炉：JB/T33752002 锅炉用材料入厂验收规则锅炉用材料入厂验收规则谢谢各位！二OO九年七月 成都