火電廠金屬材料講解課件

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1、火電廠金屬材料火電廠金屬材料 電力行業第電力行業第11期焊接專業技術人員取證班期焊接專業技術人員取證班2013-11第一章第一章 火電機組用鋼的特點和鋼的分類火電機組用鋼的特點和鋼的分類 第二章第二章 金屬材料基本知識金屬材料基本知識 第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理 第四章第四章 鋼的力學性能和微觀組織鋼的力學性能和微觀組織 第五章第五章 電站鍋爐用鋼的現狀及發展趨勢電站鍋爐用鋼的現狀及發展趨勢 第六章第六章 部件失效案例部件失效案例 第七章第七章 火力發電廠金屬技術監督火力發電廠金屬技術監督 第一章第一章 火電機組用鋼的特點和鋼的分類火電機組用鋼的特點和鋼的分類1 鋼鐵材料在火電機組中的

2、應用特點1.1 用量大用量大 火電機組基本是由鋼鐵材料制成的。以鍋爐為例，不同蒸發量鍋爐的用鋼重量見表1.1。表1.1 鍋爐蒸發量與用鋼重量之間的關系蒸發量(th)1.2 1.2 鋼種多鋼種多 火電機組用鋼鋼種很多，它包括碳素鋼、低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、鑄鋼等。1.3 1.3 規格多規格多 火電機組用鋼的規格有板材、管材、棒材、型材、鍛件、鑄件等。1.4 1.4 要求高要求高 由于火電機組有的部件在高溫、高壓下運行，有的在高速旋轉下工作，有的伴隨有腐蝕的環境，其服役條件苛刻，故對電站大多數用鋼有相應的標準，鋼材的檢驗項目也較多，如工藝性能、力學性能、無損檢測等。2 2 鋼鐵材料的

3、分類鋼鐵材料的分類2.1按化學成分分（1 1）碳素鋼碳素鋼 低碳鋼（碳含量0.25%）中碳鋼（碳含量0.25%0.60%）高碳鋼（碳含量0.60%）（2 2）合金鋼合金鋼 低合金鋼（合金元素含量5%）中合金鋼（合金元素含量5%10%）高合金鋼（合金元素含量10%）2.2 2.2 按按用途分用途分（1 1）結構鋼：結構鋼：碳素結構鋼、合金結構鋼（2 2）耐熱鋼：）耐熱鋼：低合金耐熱鋼、中合金耐熱 鋼、耐熱不銹鋼（3 3）彈簧鋼彈簧鋼（4 4）軸承鋼軸承鋼（5 5）耐酸不銹鋼耐酸不銹鋼（6 6）工具鋼工具鋼2.3 2.3 按按金相組織分金相組織分（1 1）鐵素體鋼）鐵素體鋼:一般為鋼在退火狀態下獲

4、得的組織,典型的為鐵素體不銹鋼（2 2）珠光體鋼）珠光體鋼:鋼中合金元素含量較低,在空氣中冷卻,可得到珠光體（3 3）馬氏體鋼）馬氏體鋼:鋼中合金元素含量較高,在空氣中冷卻,可得到馬氏體（4 4）貝氏體鋼）貝氏體鋼:鋼中合金元素含量較低,在空氣中冷卻,可得到貝氏體（5 5）奧氏體鋼）奧氏體鋼:鋼中合金元素含量很高,在空氣中冷卻,奧氏體到室溫仍不轉變 注：按照國際慣例珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體耐熱鋼統稱為鐵素體耐熱鋼（引自新型耐熱鋼焊接 編著楊富等第13頁）。2.4 2.4 按按品質分品質分 （1 1）普通鋼）普通鋼（磷含量0.045%，硫含量0.055%；或磷、硫含量均0.050%）（2 2）

5、優質鋼）優質鋼（磷、硫含量均0.040%）（3 3）高級優質鋼）高級優質鋼（磷含量0.035%，硫含量0.030%）高級優質鋼A 超級優質鋼 C 特級優質鋼E2.5 2.5 按按冶煉方法分冶煉方法分 （1 1）平爐鋼）平爐鋼（酸性平爐鋼、堿性平爐鋼）（2 2）轉爐鋼）轉爐鋼（酸性轉爐鋼、堿性轉爐鋼）（3 3）電爐鋼）電爐鋼（電弧爐鋼、電渣爐鋼、感應爐鋼、真空感應爐鋼、真空自耗爐鋼、電子束爐鋼）第二章第二章 金屬材料基本知識金屬材料基本知識 1 1 晶體學基本知識晶體學基本知識(簡略介紹簡略介紹)固態物質可分為晶體和非晶體兩類。晶體中原子排列是有序的，即原子按某種特定方式在三維空間內周期性地規則

6、重復排列。金屬是一種晶體物質。非晶體內部原子的排列是無序的，更嚴格的講，是不存在長程的周期排列（即在微觀尺度上可能存在有序的原子團）。1.1 1.1 三種典型的晶體結構三種典型的晶體結構 金屬最常見的典型晶體結構是體心立方體心立方、面心立面心立方方和密排六方密排六方結構。1.2 1.2 晶體缺陷晶體缺陷 實際晶體中存在著偏離理想的結構，晶體缺陷就是指實際晶體中與理想的點陣結構發生偏差的區域。這些區域的存在并不影響晶體結構的基本特性，僅是晶體中少數原子的排列特征發生了變化。相對于晶體結構的周期性和方向性而言，晶體缺陷易受外界條件的影響（如溫度、載荷、輻照等）而變化，它們的數量及分布對材料的性能起

7、著十分重要的作用。根據缺陷在空間的幾何圖象，將晶體缺陷分為三大類：即點缺陷、線缺陷、面缺陷。1.2.11.2.1點缺陷點缺陷定義：如空位、間隙原子和異類原子等。作用：任何一種點缺陷點缺陷的存在，都破壞了原有原子間的作用力平衡，產生晶格畸變或應變，對應著晶體內能的升高。點缺陷點缺陷還可造成金屬物理性能和力學性能的變化。最明顯的是引起電阻增加。室溫下平衡濃度的點缺陷點缺陷對材料的力學性能影響不大，但在高溫下空位的濃度很高，空位的存在及其運動是晶體高溫下發生蠕變的重要原因之一。1.2.2 1.2.2 線缺陷線缺陷定義：亦稱為一維缺陷，在兩個方向上尺寸很小，主要是位錯。位錯分類：晶體中的位錯基本類型為

8、刃型位錯刃型位錯和螺型螺型位錯位錯，實際位錯往往是兩種類型的復合，稱之為混合位錯。位錯密度：略 位錯理論的應用：略 對晶體變形滑移的解釋；略 強化效應，位錯密度的增加以及增殖和交互作用又會使金屬進一步形變困難，促使強度提高；裂紋的產生 1.2.3 1.2.3 面缺陷面缺陷 定義：亦稱為二維缺陷，在空間一個方向上尺寸很小，另外兩個方向上尺寸較大的缺陷，如晶界、相界、表面等。晶界特點：原子排列不規則，偏離平衡位置，晶格畸變大，晶界上原子平均能量高于晶內原子平均能量，故有自發向低能狀態轉化的趨勢（晶粒長大、晶界平直化）。室溫下晶界是一個高能區，可阻礙位錯運動，故多晶體具有較高的形變抗力和形變硬化率。

9、晶粒越細，強度越高；高溫下晶界易于相對滑移，高溫蠕變總是先從晶界開始，故對高溫下運行的部件，較粗的晶粒有利于提高蠕變強度。由于晶界上原子平均能量高于晶內原子平均能量，原子排列不規則和溶質原子在偏聚，因之在晶界上易于滿足相變的能量起伏、相起伏和濃度起伏，故新相往往在晶界上優先生核。由于晶界上原子排列不規則又有多的空位，因此，原子沿晶界擴展速度比晶內快得多。晶界易遭到腐蝕。晶界要自發的趨向能量最低的狀態，這就使晶界向平直化和三叉交角趨向120，使晶界減少；晶界在一定的溫度下將發生晶界遷移，晶粒長大的過程就是晶界趨向能量較低的狀態。晶界熔點低。2 Fe-Fe2 Fe-Fe3 3C C相圖相圖2.1

10、2.1 鐵與碳的特性鐵與碳的特性鐵和碳的作用鐵和碳的作用 形成一系列的形成一系列的化合物化合物：例如：例如FeFe3 3C C、FeFe2.22.2C C；碳溶解在碳溶解在FeFe、FeFe和和FeFe中形成間隙中形成間隙固溶體固溶體。2.2 Fe2.2 FeFeFe3 3C C相圖分析（圖相圖分析（圖2.12.1）（1 1）同素異構轉變）同素異構轉變 (注：從一種晶體轉變成另一種晶體）（體心立方）（體心立方）（面心立方）（面心立方）FeFe（體心立方）（體心立方）（2 2）共析轉變）共析轉變 0.770.77C C的鋼，在的鋼，在727727由一個固相分解為兩個固相的轉變由一個固相分解為兩個

11、固相的轉變叫共析轉變。叫共析轉變。（3 3）共晶轉變）共晶轉變 由液態轉變成固態由液態轉變成固態圖圖2.1 Fe2.1 FeFeFe3 3C C合金平衡狀態圖合金平衡狀態圖 2.3 Fe-Fe2.3 Fe-Fe3 3C C相圖的應用相圖的應用2.3.1 2.3.1 制定熱加工工藝制定熱加工工藝冶煉、澆注、鍛造、熱處理等。冶煉、澆注、鍛造、熱處理等。2.3.2 2.3.2 偏離平衡組織分析偏離平衡組織分析 除了除了鋼的退火接近平衡狀態下的組織外，其余組鋼的退火接近平衡狀態下的組織外，其余組織均偏離平衡組織?？椌x平衡組織。（1 1）偏析）偏析 成分偏析、組織偏析成分偏析、組織偏析 長程偏析（區

12、域偏析）長程偏析（區域偏析）溶質在凝固界面析出，溶質在凝固界面析出，引起先凝固和后凝固的固體之間成分的顯著不同，這引起先凝固和后凝固的固體之間成分的顯著不同，這種偏析往往在較大的距離出現，故叫長程偏析。例如種偏析往往在較大的距離出現，故叫長程偏析。例如大軸內外壁成分的不同。大軸內外壁成分的不同。短程偏析短程偏析（顯微組織偏析）指樹枝晶之間和晶粒之間的顯微短距離之內成分的不一致。這是由于凝固時溶質析出浸入液體，在接近推進面形成液體富集溶質層所造成的，樹枝晶間偏析是一種短程偏析。樹枝主干生成后，由于溶質傾向擴散進入樹枝晶分叉之間，而造成樹枝晶中心和外圍成分的差別。偏析可通過高溫（偏析可通過高溫（9

13、80980）長時間擴散退火）長時間擴散退火來消除。來消除。成分偏析會導致組織偏析成分偏析會導致組織偏析 （2 2）偽共析組織）偽共析組織 在共析點附近的合金，從奧氏體迅速過冷到陰線區域，此時從奧氏體來不及析出鐵素體時，而得到完全的珠光體共析組織。這種不是共析成分的合金而由于過冷度大而得到完全的共析組織叫偽共析組織。在共析線兩端頭以外而鄰近端頭的的合金，平衡冷卻是不出現共析組織的，但在快速冷卻下組織中將有少量的共析組織，這部分共析組織也叫偽共析組織。類似的有偽共晶組織（3 3）魏氏組織）魏氏組織 0.20.6C范圍內，若原Fe晶粒較粗大，以一定的冷卻速度（相當于空冷或正火）轉變，那麼得到的組織將

14、不是平衡狀態下的顆粒狀鐵素體和珠光體，而是沿一定方位分布的針狀鐵素體+珠光體，這種組織叫魏氏組織。魏氏組織奧氏體晶粒粗大，鐵素體沿晶界分布，珠光體片層加厚。使沖擊韌性下降。2.3.3 2.3.3 焊接接頭各區域的組織分析焊接接頭各區域的組織分析 焊接過程是一個在焊接熱源作用下，局部、快焊接過程是一個在焊接熱源作用下，局部、快速、不平衡的連續加熱和凝固過程。焊接接頭是一速、不平衡的連續加熱和凝固過程。焊接接頭是一個物理、化學、組織、性能不均勻體，并由不同特個物理、化學、組織、性能不均勻體，并由不同特點的區域構成。不同的母材、不同的焊材會得到不點的區域構成。不同的母材、不同的焊材會得到不同的成分、

15、組織和性能。同的成分、組織和性能。（1 1）低碳鋼焊接接頭各個區域組織和性能）低碳鋼焊接接頭各個區域組織和性能 2020鋼、鋼、20g20g、20G20G：水冷壁管、中溫中壓管道、：水冷壁管、中溫中壓管道、汽包、除氧器等汽包、除氧器等 圖圖2.22.2為低碳鋼焊接接頭各個區域所處的溫度區為低碳鋼焊接接頭各個區域所處的溫度區域、加熱時發生的變化和冷卻到室溫所得到的金相域、加熱時發生的變化和冷卻到室溫所得到的金相組織。組織。圖2.2 低碳鋼焊接接頭不同區域的溫度、組織變化 圖2.3 鋼中的魏氏組織 由圖可見：由圖可見：低碳鋼焊接接頭的熱影響區低碳鋼焊接接頭的熱影響區可可分為過熱區、正火區、部分相變

16、區、再結晶區分為過熱區、正火區、部分相變區、再結晶區和藍脆區。和藍脆區。焊縫焊縫鐵素體珠光體（少量）。鐵素鐵素體珠光體（少量）。鐵素體沿原奧氏體邊界析出，晶粒較粗大，呈柱狀體沿原奧氏體邊界析出，晶粒較粗大，呈柱狀晶，有時有魏氏組織特征。魏氏組織的特征是晶，有時有魏氏組織特征。魏氏組織的特征是鐵素體在奧氏體晶界呈網狀析出，或從奧氏體鐵素體在奧氏體晶界呈網狀析出，或從奧氏體內部沿一定方向析出，形成長短不同的針狀或內部沿一定方向析出，形成長短不同的針狀或片條狀，有時甚至直接插入珠光體晶粒中（圖片條狀，有時甚至直接插入珠光體晶粒中（圖2.32.3）。）。同一化學成分的低碳鋼，由于冷卻速度、同一化學成分

17、的低碳鋼，由于冷卻速度、過熱度以及承受的熱過程不同，也會使焊縫的過熱度以及承受的熱過程不同，也會使焊縫的組織發生明顯的變化。組織發生明顯的變化。冷卻速度大，焊縫組織中珠光體量多、組冷卻速度大，焊縫組織中珠光體量多、組織細小、硬度高；織細小、硬度高；過熱度大，促進魏氏組織的形成；過熱度大，促進魏氏組織的形成；多層焊或熱處理后的焊縫，組織為細小的多層焊或熱處理后的焊縫，組織為細小的鐵素體珠光體（少量），且使焊縫的柱狀晶鐵素體珠光體（少量），且使焊縫的柱狀晶遭到破壞。遭到破壞。過熱區過熱區處于處于11001100固相線之間的高溫部位。溫度遠高固相線之間的高溫部位。溫度遠高于相變溫度，奧氏體晶粒急劇長

18、大，冷卻后成為粗大的過熱組于相變溫度，奧氏體晶粒急劇長大，冷卻后成為粗大的過熱組織，甚至產生魏氏組織。魏氏組織的塑性、韌性相對于母材降織，甚至產生魏氏組織。魏氏組織的塑性、韌性相對于母材降低約低約25253030。過熱區是焊接接頭的最危險區域，其性能最差。過熱區是焊接接頭的最危險區域，其性能最差。正火區正火區A Ac3c311001100。加熱時鐵素體、珠光體全部轉變。加熱時鐵素體、珠光體全部轉變成奧氏體。由于加熱時間很短，奧氏體來不及長大，冷卻后獲成奧氏體。由于加熱時間很短，奧氏體來不及長大，冷卻后獲得細小的珠光體組織。得細小的珠光體組織。焊接熱循環對這部分金屬的影響相當于熱處理中的正火工焊

19、接熱循環對這部分金屬的影響相當于熱處理中的正火工藝，冷卻后的組織比母材金屬細小，力學性能也高于原金屬，藝，冷卻后的組織比母材金屬細小，力學性能也高于原金屬，故正火區是焊接接頭組織和性能最佳的部位。故正火區是焊接接頭組織和性能最佳的部位。部分相變區部分相變區（不完全重結晶區）Ac1Ac3之間。加熱過程，珠光體轉變為奧氏體，鐵素體部分溶入奧氏體，隨著溫度的升高，奧氏體量增多，鐵素體量減少；冷卻過程奧氏體轉變為細小的珠光體和鐵素體，未溶鐵素體不發生轉變?？梢娭亟Y晶過程不完全。部分相變區金屬隨著溫度的升高晶粒略有長大，晶粒大小不均且相互混雜，成為焊接接頭強度最低的部位。再結晶區再結晶區500500A

20、Ac1c1。對經過冷塑性變形而產生碎晶。對經過冷塑性變形而產生碎晶和晶格歪扭的金屬，在該區域加熱會產生再結晶過程。再結晶和晶格歪扭的金屬，在該區域加熱會產生再結晶過程。再結晶結果是晶粒稍有長大，塑性稍有改善。結果是晶粒稍有長大，塑性稍有改善。對無冷塑性變形的金屬，則不發生再結晶。對無冷塑性變形的金屬，則不發生再結晶。藍脆區藍脆區200200500500。無組織變化。特別在。無組織變化。特別在200200300300的金屬部分，的金屬部分，強度稍有提高，而塑性急劇下降，金屬表面強度稍有提高，而塑性急劇下降，金屬表面發生藍脆現象。發生藍脆現象。（2 2）合金鋼焊接接頭各個區域組織和性能）合金鋼焊接

21、接頭各個區域組織和性能 1 1）淬硬傾向較小的普通低合金鋼）淬硬傾向較小的普通低合金鋼16Mn 16MnR 16Mng 15MnV 14MnMoV16Mn 16MnR 16Mng 15MnV 14MnMoV：各區域組織和性能與低碳各區域組織和性能與低碳鋼相近。鋼相近。2 2）淬硬傾向較大的合金鋼）淬硬傾向較大的合金鋼可分為：焊縫、淬火區、不完全淬火區和回火區可分為：焊縫、淬火區、不完全淬火區和回火區 焊縫焊縫貝氏體（上貝氏體或下貝氏體）、貝氏體（上貝氏體或下貝氏體）、索氏體索氏體（珠光（珠光體）、鐵素體、少量馬氏體（板條馬氏體或針狀馬氏體）。體）、鐵素體、少量馬氏體（板條馬氏體或針狀馬氏體）。

22、淬火區淬火區高于高于11001100以上的金屬部位。冷卻時，高碳當以上的金屬部位。冷卻時，高碳當量的奧氏體轉變為貝氏體少量馬氏體。量的奧氏體轉變為貝氏體少量馬氏體。不完全淬火區不完全淬火區A Ac1c1A Ac3c3之間。冷卻時，部分高碳當量的之間。冷卻時，部分高碳當量的奧氏體轉變為貝氏體少量馬氏體，未轉變的鐵素體保留下來。奧氏體轉變為貝氏體少量馬氏體，未轉變的鐵素體保留下來。室溫下是貝氏體少量馬氏體和粗大的鐵素體。室溫下是貝氏體少量馬氏體和粗大的鐵素體?；鼗饏^回火區A Ac1c1以下溫度并緊鄰以下溫度并緊鄰A Ac1c1線。無相變，焊接時相當線。無相變，焊接時相當于回火處理。室溫下組織為回火

23、索氏體或回火屈氏體。于回火處理。室溫下組織為回火索氏體或回火屈氏體。易淬硬合金鋼焊接接頭出現的淬硬組織對焊接性能不利，易淬硬合金鋼焊接接頭出現的淬硬組織對焊接性能不利，故焊接過程中需采故焊接過程中需采取予熱和焊后熱處理，消除淬硬組織，改善取予熱和焊后熱處理，消除淬硬組織，改善接頭的力學性能。接頭的力學性能。（3 3）9 91212CrCr鋼（鋼（F11F11、F12F12、T91T91、P91P91）焊接接頭各個區域組織和性能焊接接頭各個區域組織和性能 焊縫焊縫馬氏體鐵素體（極少量）馬氏體鐵素體（極少量）過熱區過熱區粗晶馬氏體粗晶馬氏體 熱影響區熱影響區細晶馬氏體細晶馬氏體 （4 4）不銹鋼焊

24、接接頭各個區域組織和性能）不銹鋼焊接接頭各個區域組織和性能 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼焊接接頭：焊縫、過熱區、焊接接頭：焊縫、過熱區、相脆化區、敏化區相脆化區、敏化區 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼焊接接頭：焊縫、過熱區、焊接接頭：焊縫、過熱區、相脆化區、相脆化區、474474脆性區脆性區 焊縫焊縫奧氏體少量奧氏體少量鐵素體（少于鐵素體（少于5 5）；單一鐵素體。）；單一鐵素體。過熱區過熱區1100110015001500。不銹鋼在加。不銹鋼在加熱和冷卻過程中不發生相變，故該區域在高溫熱和冷卻過程中不發生相變，故該區域在高溫或室溫下均為奧氏體或鐵素體。該區溫度高，或室溫下均為奧氏體或鐵素體。該區溫度高

25、，接近鋼熔點，晶粒長大嚴重，材料的塑性和韌接近鋼熔點，晶粒長大嚴重，材料的塑性和韌性降低。性降低。相脆化區相脆化區650650850850。在這一。在這一溫度范圍內若停留時間長，鐵素體不銹鋼和奧溫度范圍內若停留時間長，鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼均可能析出氏體不銹鋼均可能析出相。結果材料的塑性相。結果材料的塑性和韌性降低嚴重，抗腐蝕能力也有所下降。和韌性降低嚴重，抗腐蝕能力也有所下降。敏化區敏化區450450850850。材料在這一溫度范圍內。材料在這一溫度范圍內停留一定時間后，奧氏體不銹鋼中的停留一定時間后，奧氏體不銹鋼中的CrCr和和C C在晶界形成在晶界形成碳化鉻（碳化鉻（CrCr2323

26、C C6 6），使奧氏體晶界處貧鉻，失去抗晶間），使奧氏體晶界處貧鉻，失去抗晶間腐蝕的能力。腐蝕的能力。474474脆性區脆性區400400600600。材料在這一溫度。材料在這一溫度范圍內停留一定時間后，鐵素體不銹鋼的硬度顯著提范圍內停留一定時間后，鐵素體不銹鋼的硬度顯著提高，沖擊韌性顯著下降。高，沖擊韌性顯著下降。不銹鋼的不銹鋼的相脆化區、敏化區、相脆化區、敏化區、474474脆性區是在脆性區是在一定條件下（焊接熱循環）一定條件下（焊接熱循環）出現的，只要控制好焊接出現的，只要控制好焊接規范則可避免。關鍵在于控制溫度的保持時間，希望規范則可避免。關鍵在于控制溫度的保持時間，希望越短越好。故

27、需要采用小規范、快速冷卻等工藝措施，越短越好。故需要采用小規范、快速冷卻等工藝措施，焊接中避免工件溫度過高。焊接中避免工件溫度過高。3 Fe3 FeC C合金的相和組織合金的相和組織3.13.1相相 相是指合金中成分、結構及性能相同組成部分。一個相與另一個相之間有明確的界面分開，由一個相通過相界面抵達另一個相時，其成分、組織結構和物理、化學性質發生了變化。例如水和油的系統中，水和油分層存在，水是一個相，油是另一個相。兩者的物理、化學性質不同，水和油之間有明確的界面分開。3.2 3.2 組織組織 在顯微鏡下作金相檢驗時，在顯微鏡下作金相檢驗時，具有共同的特具有共同的特征、相同的組成部分叫征、相同

28、的組成部分叫“組織組織”或組織組成體?；蚪M織組成體。例如：奧氏體、珠光體、鐵素體等。一種組織例如：奧氏體、珠光體、鐵素體等。一種組織可是單相組成，如奧氏體、鐵素體，也可是多可是單相組成，如奧氏體、鐵素體，也可是多相組成，如珠光體。相組成，如珠光體。（1 1）鐵素體（）鐵素體（或或F F）碳在碳在FeFe中的間隙固溶體中的間隙固溶體。碳溶解在碳溶解在FeFe中，不改變中，不改變FeFe的點陣類型，碳原子處的點陣類型，碳原子處于鐵原子點陣間隙之中，成為均勻的單相固溶于鐵原子點陣間隙之中，成為均勻的單相固溶體，叫間隙固溶體。其形態可為等軸狀、塊狀、體，叫間隙固溶體。其形態可為等軸狀、塊狀、網狀或針狀

29、。網狀或針狀。（2 2）奧氏體（）奧氏體（或或A A）碳在碳在FeFe中的間隙固溶體。中的間隙固溶體。碳鋼在高溫碳鋼在高溫下存在，奧氏體鋼在室溫下存在。下存在，奧氏體鋼在室溫下存在。（3 3）珠光體（）珠光體（P P）、屈氏體、索氏體）、屈氏體、索氏體 奧氏體在奧氏體在723723（726726）發生共析反應的）發生共析反應的產物，產物，由鐵素體和滲碳體片層交替構成一個組由鐵素體和滲碳體片層交替構成一個組織組成體，織組成體，為兩相（為兩相（F FC C）混合組織。片層間）混合組織。片層間距與冷卻速度有關，冷卻速度快，片層間距小距與冷卻速度有關，冷卻速度快，片層間距?。ㄇ象w、索氏體）。（屈氏體

30、、索氏體）。（4 4）滲碳體（）滲碳體（C C或或FeFe3 3C C）鐵和碳的化合物，含碳量為鐵和碳的化合物，含碳量為6.676.67，具有復雜結，具有復雜結構的間隙化合物，極硬而脆。構的間隙化合物，極硬而脆。但當它們以細小片狀或顆但當它們以細小片狀或顆粒狀分布在鐵素體基體上卻起到了強化作用。其顯微組粒狀分布在鐵素體基體上卻起到了強化作用。其顯微組織形態花樣較多，隨碳含量的不同、結晶條件的不同和織形態花樣較多，隨碳含量的不同、結晶條件的不同和熱處理條件的不同有大片狀、點狀、網狀、細片狀和粒熱處理條件的不同有大片狀、點狀、網狀、細片狀和粒狀。狀。熔點：熔點：12271227 高于高于54054

31、0發生分解發生分解 FeFe3 3C 3FeC 3FeC C（石墨）（石墨）鑄鐵和鑄鐵和2020鋼石墨化的依據鋼石墨化的依據（5 5）石墨）石墨 可在結晶過程中產生，也可由可在結晶過程中產生，也可由Fe Fe 3 3C C在高溫下分解在高溫下分解而出現。根據成分、鑄造和結晶條件的不同，石墨有片而出現。根據成分、鑄造和結晶條件的不同，石墨有片狀、團絮狀和球狀。狀、團絮狀和球狀。（6 6）貝氏體（）貝氏體（B B）貝氏體介于珠光體和馬氏體轉變溫度之間的轉變貝氏體介于珠光體和馬氏體轉變溫度之間的轉變 ，其，其組織由過飽和的組織由過飽和的固溶體和碳化物組成，按其形態可分為上固溶體和碳化物組成，按其形態

32、可分為上貝氏體、下貝氏體和粒狀貝氏體。貝氏體、下貝氏體和粒狀貝氏體。B B上上形成于貝氏體轉變溫度區間上部的組織，是一群形成于貝氏體轉變溫度區間上部的組織，是一群多半由晶界開始向晶內平行生長的扁平狀的多半由晶界開始向晶內平行生長的扁平狀的FeFe鐵素體，鐵素體，并在其間夾著斷續的顆粒狀或板條狀滲碳體的復相組織。光并在其間夾著斷續的顆粒狀或板條狀滲碳體的復相組織。光學顯微鏡下呈羽毛狀。在鐵素體上碳化物呈顆粒狀或棒狀分學顯微鏡下呈羽毛狀。在鐵素體上碳化物呈顆粒狀或棒狀分布。上貝氏體強度高，韌性差。布。上貝氏體強度高，韌性差。B B下下形成于貝氏體轉變溫度區間下部的組織，是從晶形成于貝氏體轉變溫度區

33、間下部的組織，是從晶界開始或者在奧氏體晶粒內部沿著若干晶面單獨或成堆地長界開始或者在奧氏體晶粒內部沿著若干晶面單獨或成堆地長成針狀的成針狀的FeFe鐵素體，并在鐵素體，并在FeFe鐵素體基體上沉淀著很鐵素體基體上沉淀著很多微細的碳化物的復相組織。光學顯微鏡下很象回火馬氏體。多微細的碳化物的復相組織。光學顯微鏡下很象回火馬氏體。下貝氏體強度高，塑性適中，韌性和耐磨性好下貝氏體強度高，塑性適中，韌性和耐磨性好。（7 7）馬氏體（）馬氏體（M M）碳在碳在FeFe中的過飽和固溶體。中的過飽和固溶體。低碳馬氏體：板條馬氏體。特征是每一個基本單元的形低碳馬氏體：板條馬氏體。特征是每一個基本單元的形狀呈窄

34、而細長的板條，他們總是成群的、相互平行的連在一狀呈窄而細長的板條，他們總是成群的、相互平行的連在一起，成為一束馬氏體，一束之內相鄰的板條以小角度晶界分起，成為一束馬氏體，一束之內相鄰的板條以小角度晶界分開，一個原始奧氏體晶粒內可形成幾個束，而束與束之間具開，一個原始奧氏體晶粒內可形成幾個束，而束與束之間具有較大的位向差。有較大的位向差。高碳馬氏體：針狀馬氏體，也叫片狀馬氏體。顯微鏡下高碳馬氏體：針狀馬氏體，也叫片狀馬氏體。顯微鏡下觀察到許多以一定角度互相交接的不同厚度的針葉狀。觀察到許多以一定角度互相交接的不同厚度的針葉狀。馬氏體晶體的長大往往受晶界、第二相或另一片馬氏體馬氏體晶體的長大往往受

35、晶界、第二相或另一片馬氏體的障礙而停止，故馬氏體的尺寸大小決定于奧氏體晶粒尺寸、的障礙而停止，故馬氏體的尺寸大小決定于奧氏體晶粒尺寸、第二相質點的多少和分布狀況、馬氏體生成的先后等。加熱第二相質點的多少和分布狀況、馬氏體生成的先后等。加熱溫度高，奧氏體晶粒粗大，馬氏體便愈粗大。粗大的馬氏體，溫度高，奧氏體晶粒粗大，馬氏體便愈粗大。粗大的馬氏體，其強度、塑性和韌性均較低。其強度、塑性和韌性均較低。4 4 金屬的缺陷金屬的缺陷4 41 1 母材缺陷母材缺陷(1)(1)表面缺陷表面缺陷在金屬加工、儲存或使用期間產生在金屬加工、儲存或使用期間產生的缺陷，如凹坑、劃痕、麻點、折疊、裂紋、磨蝕等。的缺陷，

36、如凹坑、劃痕、麻點、折疊、裂紋、磨蝕等。P91P91鋼管遭受海水而腐蝕。鋼管遭受海水而腐蝕。（2 2）夾層）夾層鋼板軋制時，由于鋼錠中存在氣泡、大鋼板軋制時，由于鋼錠中存在氣泡、大塊的非金屬夾雜物和未完全切除的殘余縮孔而引起的塊的非金屬夾雜物和未完全切除的殘余縮孔而引起的與鋼板表面平行或基本平行的鋼板分層，亦稱離層。與鋼板表面平行或基本平行的鋼板分層，亦稱離層。50506060年代有些汽包鋼板存在嚴重的夾層。年代有些汽包鋼板存在嚴重的夾層。（3 3）發紋）發紋沿鋼坯或鋼材的軸向裂開的細長的裂紋。沿鋼坯或鋼材的軸向裂開的細長的裂紋。通過塔形試樣檢查可發現，在橫斷面上是黑色極小的通過塔形試樣檢查可

37、發現，在橫斷面上是黑色極小的點子，在縱斷面上是發紋。點子，在縱斷面上是發紋。（4 4）白點）白點鋼材組織內部存在的細小裂紋，鋼材組織內部存在的細小裂紋，在平行于鋼材壓延方向的斷口上表面為橢圓形在平行于鋼材壓延方向的斷口上表面為橢圓形銀色白斑，亦稱魚眼或鱗片（圖銀色白斑，亦稱魚眼或鱗片（圖2.122.12）。）。（5 5）疏松）疏松由于金屬的凝固收縮，在鑄件最由于金屬的凝固收縮，在鑄件最后凝固區域出現的多孔區，在鑄件橫截面上呈后凝固區域出現的多孔區，在鑄件橫截面上呈現出密集或分散分布的微細孔隙，孔隙多呈不現出密集或分散分布的微細孔隙，孔隙多呈不規則多邊形或圓形（圖規則多邊形或圓形（圖2.132.

38、13）。）。（6 6）偏析）偏析鋼中化學成分或雜質分布不均勻鋼中化學成分或雜質分布不均勻而聚集在某一區域的現象（照片圖而聚集在某一區域的現象（照片圖2.142.14）。）。（7 7）夾雜物）夾雜物主要指鋼中的非金屬夾雜物：主要指鋼中的非金屬夾雜物：硫化物、氧化物、硅酸鹽等（圖硫化物、氧化物、硅酸鹽等（圖2.152.15）。）。（8 8）脫碳脫碳鋼材在高溫加熱及保溫時，因所含鋼材在高溫加熱及保溫時，因所含的的FeFe3 3C C 或石墨與介質中的或石墨與介質中的O O2 2、COCO2 2、H H2 2O O、H H2 2等化合而等化合而使含碳量降低的現象。使含碳量降低的現象。（9 9）過熱過熱

39、由于加熱溫度過高，致使金屬或合由于加熱溫度過高，致使金屬或合金的晶粒過分長大，從而導致金屬的力學性能顯著金的晶粒過分長大，從而導致金屬的力學性能顯著下降的現象。下降的現象。（1010）過燒）過燒金屬或合金的加熱溫度接近狀態圖金屬或合金的加熱溫度接近狀態圖的相線溫度時，晶界發生氧化或部分熔化的現象，的相線溫度時，晶界發生氧化或部分熔化的現象，通常首先發生在晶界。通常首先發生在晶界。（1111）內氧化）內氧化工件加熱時，介質中的氧沿工件工件加熱時，介質中的氧沿工件表層的晶界向內擴散，發生晶界合金元素氧化的過表層的晶界向內擴散，發生晶界合金元素氧化的過程。程。4.2焊接缺陷 焊接過程中在焊接接頭中產

40、生的金屬不連續、不致密或連接不良的現象。（1）未焊透。焊接時接頭根部未完全熔透的現象。對于對接焊縫也指焊縫深度未達到設計要求的現象。（2）未熔合。焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結合的部分。（3）夾渣。焊后殘留在焊縫中的焊渣。（4）夾雜物。由于焊接冶金反應產生的，焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質（如氧化物、硫化物等）。（5）氣孔。焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴。氣孔可分為密集氣孔、條狀氣孔和針狀氣孔等。（6）咬邊。由于焊接參數選擇不當，或操作方法不正確，沿焊趾的母材部位產生的溝槽或凹陷。（7）焊瘤。焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成

41、的金屬瘤。（8）燒穿。焊接過程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。（9）下塌。單面熔化焊時，由于焊接工藝不當，造成焊縫金屬過量透過背面，而使焊縫正面塌陷，背面凸起的現象。（10）焊接裂紋。在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產生的縫隙。它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特征。（11）熱裂紋。焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近的高溫區產生的焊接裂紋。包括結晶裂紋、多邊化裂紋和液化裂紋等。（12）結晶裂紋。在焊縫金屬結晶后期，由于低熔點共晶形成的液態薄膜削弱了晶粒間的聯結，在稍高于固相線的溫度區間產生的沿奧氏體晶界開裂的裂紋

42、。（13）多邊化裂紋。在固相線以下再結晶溫度區間，由晶格缺陷發生移動和聚集而形成的二次邊界處于低塑性狀態，在焊接應力作用下產生的沿奧氏體晶界開裂的裂紋。（14）液化裂紋。在焊接熱循環峰值溫度作用下，在焊接熱影響區和多層焊的層間發生重熔，在固相線以下稍低溫度和焊接應力作用下產生的沿晶裂紋。（15）弧坑裂紋。引弧或息弧時在弧坑中產生的熱裂紋。（16）冷裂紋。焊接接頭冷卻到較低溫度下（對于鋼來說在MS溫度以下）時產生的焊接裂紋。包括延遲裂紋、淬硬脆化裂紋及低塑性脆化裂紋等。（17）延遲裂紋。焊接接頭冷卻到室溫后，在淬硬組織、氫和拘束應力作用下，并經一定時間（幾小時、幾天、甚至十幾天）后才能出現的焊接

43、冷裂紋。（1818）淬硬脆化裂紋。淬硬脆化裂紋。主要由淬硬組織和焊接應力作用下產生的裂紋。（1919）低塑性脆化裂紋。低塑性脆化裂紋。在較低溫度下（約400以下），由于被焊材料的塑性儲備不足而產生的裂紋。（2020）焊根裂紋。焊根裂紋。沿應力集中的焊縫根部所形成的焊接冷裂紋。（2121）焊趾裂紋。焊趾裂紋。沿應力集中的焊趾處所形成的焊接冷裂紋。（2222）焊道下裂紋。焊道下裂紋。在靠近堆焊焊道的熱影響區內所形成的焊接冷裂紋。（2323）再熱裂紋。再熱裂紋。厚鋼板焊接結構，于600700進行消除應力熱處理時，在熱影響區的粗晶區產生的沿晶裂紋。（2424）消除應力裂縫。消除應力裂縫。焊件在一定溫度

44、范圍內再次加熱時，由于高溫及殘余應力共同作用而產生的晶間裂紋。（2525）層狀撕裂。層狀撕裂。焊接時，在焊接構件的熱影響區附近，沿鋼板軋層形成的呈階梯狀的一種裂紋。5 5 合金元素在鋼中的存在狀態和作用合金元素在鋼中的存在狀態和作用5.15.1合金元素在鋼中的存在狀態合金元素在鋼中的存在狀態 合金元素加入鋼中之后的存在形式和分布合金元素加入鋼中之后的存在形式和分布有以下有以下4 4種方式：種方式：與鐵與鐵形成固溶體；金屬間化合物；氧化物、形成固溶體；金屬間化合物；氧化物、硫化物等；游離狀態硫化物等；游離狀態。（1 1）固溶體）固溶體 一個組元在固態時溶解到另一組元中形成單一均勻相稱一個組元在固

45、態時溶解到另一組元中形成單一均勻相稱為固溶體。為固溶體。(組元組元-組成合金的獨立的最基本的物質組成合金的獨立的最基本的物質)間隙固溶體間隙固溶體原子半徑很小的非金屬元素（原子半徑很小的非金屬元素（C C、N N、B B）溶入過渡族金屬中，由于溶質和溶劑原子半徑之差大于溶入過渡族金屬中，由于溶質和溶劑原子半徑之差大于1515，此時溶質原子進入溶劑點陣的間隙之中，這樣的固溶體叫間此時溶質原子進入溶劑點陣的間隙之中，這樣的固溶體叫間隙固溶體。隙固溶體。置換固溶體置換固溶體溶質溶解到溶劑中，溶質原子置換溶劑點溶質溶解到溶劑中，溶質原子置換溶劑點陣中的溶劑原子，這種固溶體叫置換固溶體。置換固溶體可陣中

46、的溶劑原子，這種固溶體叫置換固溶體。置換固溶體可形成完全互溶固溶體或連續固溶體，例如形成完全互溶固溶體或連續固溶體，例如Fe-CrFe-Cr、Cu-NiCu-Ni、W-W-MoMo系。大多數合金系形成的置換固溶體，溶質在溶劑中的溶系。大多數合金系形成的置換固溶體，溶質在溶劑中的溶解度是有限的。解度是有限的。（2 2）金屬間化合物）金屬間化合物 金屬間化合物合金組元形成介于固溶體和化合物之間的相，叫金屬間化合物或中間相。碳化物、氮化物和硼化物 合金元素在鋼中與碳結合形成碳化物，此外有氮化物和硼化物。C、N、B、H與過渡族元素形成的金屬化合物具有一個共同的特點：即原子半徑較小，進入晶體點陣的間隙，

47、這樣的金屬間化合物稱為間隙化合物或間隙相。間隙化合物與間隙固溶體不同點在于間隙化合物的點陣與溶劑不同，而間隙固溶體的點陣保持溶劑的點陣類型。間隙相的點陣結構，如以間隙相的點陣結構，如以M M表示金屬元素，表示金屬元素，C C表示表示非金屬元素，那麼，間隙相的不同組成，具有不同的非金屬元素，那麼，間隙相的不同組成，具有不同的點陣結構。例如，點陣結構。例如，M M3 3C C、M M2323C C6 6、MCMC、M M2 2C C 間隙相的間隙相的組元組元可被代替，成為復合間隙相。例如，可被代替，成為復合間隙相。例如，M M3 3C C型有型有FeFe3 3C C、（、（FeFe、MnMn）3

48、3C C、FeFe3 3（C C、B B）等。）等。（注：組元是組成合金最基本的、獨立的物質）（注：組元是組成合金最基本的、獨立的物質）合金元素與碳形成碳化物的強弱程度見下所示合金元素與碳形成碳化物的強弱程度見下所示Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe 高高 碳化物穩定度碳化物穩定度 低低 Laves Laves相相在含在含TiTi、NbNb、TaTa、W W和和MoMo的鋼中（例如的鋼中（例如P91P91），會出現一種叫），會出現一種叫LavesLaves相的金屬間化合物。它相的金屬間化合物。它是當二元合金兩組元的原子直徑比為是當

49、二元合金兩組元的原子直徑比為1.21.2：1 1形成的，形成的，組成為組成為ABAB2 2。例如：。例如：MoFeMoFe2 2 NbFe NbFe2 2 低于低于600600在晶在晶界析出，使鋼的脆性增加。界析出，使鋼的脆性增加。相相高高CrCr鋼中的鋼中的FeCrFeCr、FeMoFeMo、FeTiFeTi化合物叫化合物叫相相（例如不銹鋼中），向鋼中加入（例如不銹鋼中），向鋼中加入MnMn、SiSi、MoMo等元素等元素促使促使相形成。相形成。相在基體上的形狀和分布對鋼的相在基體上的形狀和分布對鋼的性能有很大的影響，一般認為性能有很大的影響，一般認為相使不銹鋼的變脆，相使不銹鋼的變脆，是有

50、害相。是有害相。NiAl NiAl、NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi、NiNi3 3NbNbNiNi基合金中的強基合金中的強化相化相（3 3）形成氧化物、硫化物等）形成氧化物、硫化物等 例如：例如：MnSMnS、FeSFeS、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2、FeOFeO 不同的氧化物還會相互結合起來形成復合氧化物。不同的氧化物還會相互結合起來形成復合氧化物。例如例如FeOFeOAlAl2 2O O3 3 、MnOMnOSiOSiO2 2不銹鋼表面形成致密而牢固不銹鋼表面形成致密而牢固的的CrCr2 2O O3 3 、AlAl2 2O O3 3及及SiOSiO2 2

51、薄膜使鋼具有抗蝕性。薄膜使鋼具有抗蝕性。（4 4）游離狀態）游離狀態 這類合金元素非常少，只有鉛或超過這類合金元素非常少，只有鉛或超過0.80.8的銅可的銅可在鋼中形成游離態。在鍋爐用鋼中鉛或銅一般以雜質在鋼中形成游離態。在鍋爐用鋼中鉛或銅一般以雜質元素的形式存在，當銅作為合金元素時一般均在元素的形式存在，當銅作為合金元素時一般均在0.80.8以下。銅可增加鍋爐用鋼的抗蝕性及引起時效強化。以下。銅可增加鍋爐用鋼的抗蝕性及引起時效強化。5.25.2合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用(1)C(1)C（碳）（碳）擴大擴大A A（奧氏體）區（奧氏體）區，增大過冷奧氏體的，增大過冷奧氏體的穩定性，

52、提高鋼的淬透性。穩定性，提高鋼的淬透性。碳含量增加，鋼的常溫、中、高溫拉伸強碳含量增加，鋼的常溫、中、高溫拉伸強度、硬度提高，塑性、韌性下降。但隨著溫度度、硬度提高，塑性、韌性下降。但隨著溫度的提高，碳的這種影響亦減弱。的提高，碳的這種影響亦減弱。碳含量增加，鋼的焊接性能劣化，熱影響碳含量增加，鋼的焊接性能劣化，熱影響區產生淬硬組織；冷變形性能變差；但碳含量區產生淬硬組織；冷變形性能變差；但碳含量增加可降低鋼的時效敏感性，故也不宜過低。增加可降低鋼的時效敏感性，故也不宜過低。(2)Cr(2)Cr（鉻）（鉻）縮小縮小A A（奧氏體）區（奧氏體）區，使，使A A冷卻轉變曲線（冷卻轉變曲線（C C曲

53、線）右移，提高鋼的淬透性?？沾?，曲線）右移，提高鋼的淬透性?？沾?，T91T91、F12F12等。等。提高鋼的抗氧化能力和耐蝕性，提高鋼的抗氧化能力和耐蝕性，CrCr2 2O O3 3薄膜。薄膜。高鉻鋼中形成高鉻鋼中形成相，脆性的相，脆性的9 91212CrCr鋼中鋼中形成形成LavesLaves脆性相。脆性相。由于鉻能提高鋼的淬透性，在焊縫及熱影由于鉻能提高鋼的淬透性，在焊縫及熱影響區易出現淬硬組織，甚至引起焊接裂紋，故響區易出現淬硬組織，甚至引起焊接裂紋，故含鉻量高的鋼可焊性差。含鉻量高的鋼可焊性差。此外，高鉻鋼易產生晶間腐蝕。此外，高鉻鋼易產生晶間腐蝕。（3 3）MoMo（鉬）（鉬）縮小縮

54、小A A（奧氏體）區（奧氏體）區，使，使A A冷卻轉變曲線（冷卻轉變曲線（C C曲線）右移，提高鋼的淬透性，但效果沒有曲線）右移，提高鋼的淬透性，但效果沒有CrCr顯著。顯著。提高鋼的室溫、中溫強度，抑制鋼的熱脆提高鋼的室溫、中溫強度，抑制鋼的熱脆性和回火脆性。性和回火脆性。鉬鋼在高溫長期運行過程中有石墨化傾向。鉬鋼在高溫長期運行過程中有石墨化傾向。（4 4）V V（釩）（釩）縮小縮小A A（奧氏體）區，釩溶于奧氏體中會抑制奧氏體向珠光體的轉變，（奧氏體）區，釩溶于奧氏體中會抑制奧氏體向珠光體的轉變，利于貝氏體的形成。利于貝氏體的形成。強碳化物形成元素，形成穩定的強碳化物形成元素，形成穩定的V

55、CVC、V V4 4C C3 3，可細化晶粒，使鋼得以強，可細化晶粒，使鋼得以強化?；?。降低鋼的過熱敏感性；彌散、穩定的碳化物，使鋼具有較高的組織穩降低鋼的過熱敏感性；彌散、穩定的碳化物，使鋼具有較高的組織穩定性；提高鋼的抗回火軟化性能，降低鋼的時效敏感性。定性；提高鋼的抗回火軟化性能，降低鋼的時效敏感性。提高鋼的室溫、中溫強度。提高鋼的室溫、中溫強度。降低碳化物球化速度，減緩其他合金元素從鐵素體中向碳化物中轉移降低碳化物球化速度，減緩其他合金元素從鐵素體中向碳化物中轉移速度，故提高了鋼的熱強性、組織穩定性和松弛穩定性。速度，故提高了鋼的熱強性、組織穩定性和松弛穩定性。改善低碳低合金鋼的焊接性

56、能，釩可細化焊縫金屬的鑄態組織，減少改善低碳低合金鋼的焊接性能，釩可細化焊縫金屬的鑄態組織，減少焊縫熱影響區的過熱敏感性，防止熱影響區內靠近熔合線的金屬晶粒的過焊縫熱影響區的過熱敏感性，防止熱影響區內靠近熔合線的金屬晶粒的過分長大和粗化。分長大和粗化。釩鋼對熱處理冷卻速度和回火溫度較敏感，故在對鍋爐鋼板、鋼管熱釩鋼對熱處理冷卻速度和回火溫度較敏感，故在對鍋爐鋼板、鋼管熱處理時由于各部分實際冷卻速度的不同而產生組織不均勻，影響沖擊韌性，處理時由于各部分實際冷卻速度的不同而產生組織不均勻，影響沖擊韌性，甚至相差很大。例如：甚至相差很大。例如：12Cr1MoV 12Cr1MoV、15123.9151

57、23.9、12CrMoV12CrMoV等鋼。等鋼。（5 5）W W（鎢（鎢）與與CrCr對對FeFe的作用相同，縮小的作用相同，縮小A A（奧氏體）區，當（奧氏體）區，當W W量量達到達到6 6時完全封閉時完全封閉區，完全形成區，完全形成區。使珠光體轉區。使珠光體轉變曲線顯著右移，貝氏體轉變區明顯突出，連續冷卻變曲線顯著右移，貝氏體轉變區明顯突出，連續冷卻時易得到貝氏體組織。時易得到貝氏體組織。W W的原子半徑大于的原子半徑大于FeFe，溶于，溶于FeFe、FeFe后使固后使固溶體晶格嚴重畸變，強化固溶體。溶體晶格嚴重畸變，強化固溶體。碳化物形成元素，弱于碳化物形成元素，弱于V V、NbNb、

58、TiTi而強于而強于MoMo，形成，形成的碳化物類型為：的碳化物類型為：WCWC和和W W2 2C C。W W可部分溶于鐵素體而使可部分溶于鐵素體而使其得到強化，提高鋼的強度。其得到強化，提高鋼的強度。W W元素可與元素可與MoMo元素在鋼的強化中可相互替代，通常元素在鋼的強化中可相互替代，通常兩份兩份W W的含量相當于一份的含量相當于一份MoMo的效應，例如的效應，例如P91P91與與P92P92鋼的鋼的強化機理。強化機理。（6 6）NiNi（鎳）（鎳）擴大擴大A A（奧氏體）區（奧氏體）區，與，與FeFe無限互溶形成穩定的奧氏體，不無限互溶形成穩定的奧氏體，不形成碳化物，提高鋼的淬透性。形

59、成碳化物，提高鋼的淬透性。NiNi可細化晶粒，在提高強度的同時，使鋼的韌性、塑性保持良可細化晶粒，在提高強度的同時，使鋼的韌性、塑性保持良好，提高鋼的抗疲勞能力，減小鋼的缺口敏感性，有效地降低鋼的好，提高鋼的抗疲勞能力，減小鋼的缺口敏感性，有效地降低鋼的時效敏感性。時效敏感性。增加鋼的組織穩定性，提高鋼的蠕變抗力和耐腐蝕性。增加鋼的組織穩定性，提高鋼的蠕變抗力和耐腐蝕性。（7 7）MnMn（錳）（錳）弱碳化物形成元素，弱碳化物形成元素，擴大擴大A A（奧氏體）區（奧氏體）區，與，與FeFe形成無限固形成無限固溶體，對鐵素體和奧氏體均有較強的強化作用。顯著提高鋼的淬透溶體，對鐵素體和奧氏體均有較

60、強的強化作用。顯著提高鋼的淬透性。性。提高鋼的室溫、中溫強度，當提高鋼的室溫、中溫強度，當MnMn含量小于含量小于1 1時，可提高鋼的沖時，可提高鋼的沖擊韌性。擊韌性。低合金鋼中當低合金鋼中當MnMn量高時，使鋼的沖擊韌性下降，并有明顯的回量高時，使鋼的沖擊韌性下降，并有明顯的回火脆性傾向。對過熱較敏感，晶粒易粗化，焊接性能變差?；鸫嘈詢A向。對過熱較敏感，晶粒易粗化，焊接性能變差。（8 8）NbNb（鈮）（鈮）縮小縮小A A（奧氏體）區，顯著提高鋼的相（奧氏體）區，顯著提高鋼的相變點，減小鋼的淬硬傾向。變點，減小鋼的淬硬傾向。強碳化物形成元素，碳化鈮沉淀強化強碳化物形成元素，碳化鈮沉淀強化了鐵

61、素體，細化了晶粒，對屈服點和抗拉了鐵素體，細化了晶粒，對屈服點和抗拉強度提高的效果很大，但同時塑性和韌性強度提高的效果很大，但同時塑性和韌性有所下降。有所下降。鈮可防止過熱，減小鋼的時效敏感性，鈮可防止過熱，減小鋼的時效敏感性，改善鋼的焊接性能。改善鋼的焊接性能。提高鋼的室溫、中溫強度和熱強性。提高鋼的室溫、中溫強度和熱強性。提高鋼的耐蝕性、抗氧化性，防止晶提高鋼的耐蝕性、抗氧化性，防止晶間腐蝕。間腐蝕。（9 9）TiTi（鈦）（鈦）縮小縮小A A（奧氏體）區（奧氏體）區，顯著提高鋼的相，顯著提高鋼的相變點，減小鋼的淬硬傾向。變點，減小鋼的淬硬傾向。極強碳化物形成元素，在普通低合金鋼極強碳化物

62、形成元素，在普通低合金鋼和低合金耐熱鋼中加入和低合金耐熱鋼中加入TiTi，主要是通過形成，主要是通過形成碳化物起沉淀強化作用，以此提高鋼的室溫、碳化物起沉淀強化作用，以此提高鋼的室溫、中溫強度和熱強性。中溫強度和熱強性。TiTi可減小鋼的過熱傾向、時效敏感性，可減小鋼的過熱傾向、時效敏感性，改善鋼的焊接性能。改善鋼的焊接性能。提高鋼的耐蝕性、抗氧化性，防止鋼的提高鋼的耐蝕性、抗氧化性，防止鋼的石墨化。石墨化。（1010）AlAl（鋁）、（鋁）、SiSi（硅）（硅）縮小縮小A A（奧氏體）區，在鋼中不形成碳化物，是（奧氏體）區，在鋼中不形成碳化物，是促進石墨化元素。促進石墨化元素。硅可強化固溶體

63、提高鋼的強度；但含量高時會硅可強化固溶體提高鋼的強度；但含量高時會降低鋼的韌性，使焊接性能變壞。降低鋼的韌性，使焊接性能變壞。鋁可細化晶粒，在低碳鋼中加入微量鋁，能起鋁可細化晶粒，在低碳鋼中加入微量鋁，能起到脫氧定氮的作用，從而抑制鋼的時效應變脆化傾到脫氧定氮的作用，從而抑制鋼的時效應變脆化傾向，降低脆性轉變溫度。向，降低脆性轉變溫度。鋁、硅比鐵更易氧化，可生成穩定而致密的鋁、硅比鐵更易氧化，可生成穩定而致密的AlAl2 2O O3 3和和SiOSiO2 2氧化膜，因此可提高鋼的抗氧化性能。氧化膜，因此可提高鋼的抗氧化性能。鋁與氧、氮，硅與氧的結合能力很強，煉鋼時鋁與氧、氮，硅與氧的結合能力很

64、強，煉鋼時常用作脫氧劑加入鋼中。常用作脫氧劑加入鋼中。（11）B（硼）縮小A（奧氏體）區，在Fe、Fe中的最大溶解度分別不大于0.008%和0.02%。微量硼可提高鋼的淬透性。這是由于硼原子大小合適，易與空位結合形成硼空位對子，增加了硼向晶界偏聚的傾向，使鋼的晶界能量水平相應降低，從而抑制鐵素體晶核的形成，導致奧氏體分解轉變孕育期增長，因而使鋼的淬透性提高。硼可提高鋼的常溫強度和熱強性。在低合金Cr-Mo-V鋼中加入0.0050.01%的硼可顯著提高鋼的持久強度，特別是Nb-B、Ti-B、Zr-B的復合加入能顯著提高鋼的熱強性，并能改善持久塑性，降低鋼的持久缺口敏感性。硼的強化機理：硼與鋼中的

65、空位結合，可對空位起一定的固鎖作用，抑制了空洞的產生和晶界裂紋的萌生；硼在晶界及附近的偏聚，改變了晶界的滑移速度和晶界與基體的相對強度；硼游離于固溶強化元素W、Mo等更多的進入固溶體，在一定程度上起著間接的改善固溶強化的效果；由于硼參與碳化物反應，從而對碳化物的成分、數量、大小及其穩定性均會產生有利的作用。（1212）CuCu（銅）（銅）擴大擴大A A（奧氏體）區，但不無限互溶。（奧氏體）區，但不無限互溶。主要作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能。主要作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能?？商岣咪摰膹姸??？商岣咪摰膹姸?。當銅含量較高時，由于改善了鋼液的流動性，會給焊接帶當銅含量較高時，由于

66、改善了鋼液的流動性，會給焊接帶來困難，增加鋼的脆性傾向；對熱加工帶來不利的影響。來困難，增加鋼的脆性傾向；對熱加工帶來不利的影響。（1313）ZrZr（鋯）（鋯）縮小縮小A A（奧氏體）區，在（奧氏體）區，在FeFe、FeFe中的最大溶解度分中的最大溶解度分別為別為0.3%0.3%和和0.7%0.7%。強碳化物、氮化物形成元素，其作用僅次于強碳化物、氮化物形成元素，其作用僅次于TiTi。鋼中加入微量的鋯，對鋼的熱強性、持久塑性及組織穩定鋼中加入微量的鋯，對鋼的熱強性、持久塑性及組織穩定性均會產生有益的作用。性均會產生有益的作用。Cr-Mo-VCr-Mo-V鋼中加入鋼中加入0.03%Zr0.03%Zr對熱強性產對熱強性產生最佳效果。生最佳效果。當鋼中當鋼中ZrZr含量較高時，會使鋼變脆。含量較高時，會使鋼變脆。6 6 鋼的強化機理鋼的強化機理(1)(1)固溶強化固溶強化 向鋼或合金中加入合金元素形成間隙固溶體或置換固溶體，從而使鋼或合金得以強化。固溶體中的合金元素可增大晶格畸變，增強固溶體原子鍵引力，提高再結晶溫度，提高固溶體的穩定性。對位錯起鎖錨作用。(2 2)沉淀強化沉淀強化 過飽和