鋼實質是(shi)一種合金(jin),主要成分是(shi)鐵和(he)少量碳,還含有(you)硅、錳、磷、硫、鉻(ge)、鎳、鉬、鎢和(he)釩(fan)等微量元素。
鋼的(de)分類如圖3-1所示。
常見(jian)鋼的簡(jian)介見(jian)表3-2。
合金鋼(Alloy Steel)介紹如下:
1. 不銹(xiu)鋼(Stainless Steel)
不銹鋼(gang)含有大量的合金元素,故其耐熱、耐蝕等性能大大優于碳素鋼和低合金鋼,但隨之而來的是其價格也遠遠高于碳素鋼和低合金鋼。按不銹鋼使用狀態的金相組織,可分為奧氏體型、奧氏體-鐵素體型、鐵素體型、馬氏體型和沉淀硬化型不銹鋼五類。
①. 奧氏(shi)體型不銹鋼(Austenitic Snless Steel)。
奧氏(shi)體不銹鋼具有良好的綜合力學性能,也具有良好的可焊性,故工程上應用很廣泛,但其價格較高,約是碳鋼材料的10倍,是普通合金鋼的近4倍,故不是必須使用時就不要輕易選用。
不銹鋼(gang)(包括奧氏體(ti)型(xing)、奧氏體(ti)-鐵素體(ti)型(xing)、鐵素體(ti)型(xing)、馬氏體(ti)型(xing)和沉淀硬(ying)化型(xing))的(de)表示方法(fa)按GB221標(biao)準(zhun)規(gui)定如下:除含(han)(han)碳(tan)(tan)量的(de)表示方法(fa)不同(tong)外(wai),其他均(jun)與低合金(jin)鋼(gang)相(xiang)同(tong)。此時(shi)(shi)的(de)含(han)(han)碳(tan)(tan)量以(yi)一(yi)位數(shu)字來表示,該數(shu)字為平(ping)(ping)均(jun)含(han)(han)碳(tan)(tan)量的(de)千(qian)分之幾。當平(ping)(ping)均(jun)含(han)(han)碳(tan)(tan)量小于千(qian)分之一(yi)時(shi)(shi),用(yong)“0”表示;當平(ping)(ping)均(jun)含(han)(han)碳(tan)(tan)量小于0.03%時(shi)(shi),用(yong)“00”表示。
GB/T 1220 標準共給出了28種奧氏體不銹鋼的材料牌號,而常用的材料牌號有0Cr18Ni9(304) (06Cr19Ni10)、00Cr19Ni10(304L)(022Cr19Ni10)、0Cr17Ni12Mo2(316)(06Cr17Ni12Mo2)、00Cr17Ni14Mo2(316L)(022Cr17Ni12Mo2)等。
②. 奧氏體-鐵素體型不銹鋼。
它與奧氏體(ti)型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼一樣,具有良好(hao)的(de)綜合(he)力學性(xing)能,也(ye)具有良好(hao)的(de)可焊性(xing),故(gu)常代替(ti)奧氏體(ti)型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼用于容(rong)易發生晶間(jian)腐蝕的(de)工作環(huan)境。但(dan)該種材(cai)料(liao)制(zhi)造(zao)工藝復(fu)雜,成本較高,價格約是奧氏體(ti)型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)3~4倍(bei),故(gu)這種材(cai)料(liao)在(zai)工程上應(ying)用的(de)并不(bu)普遍。
GB/T 1220 標準給出了 1Cr18Ni11Si4AlTi (14Cr18Ni11Si4AlTi)、00Cr18Ni5Mo3Si2(022Cr19Ni5Mo3Si2N)、022Cr22Ni5Mo3N等共6種奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼的材料牌號。
③. 鐵素體型不銹鋼(Ferrite Stainless Steel)。
其防腐性(xing)能不(bu)如(ru)奧氏體型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),焊接性(xing)能也比較差,還容(rong)易出(chu)現475℃回火脆性(xing)和σ相(xiang)析出(chu)引(yin)起的脆性(xing),因此,這種不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在壓力管(guan)道中(zhong)應用(yong)得不(bu)多,而在壓力容(rong)器中(zhong)常用(yong)作(zuo)復合材(cai)料的復層。
GB/T 1220標準共給出了7種鐵素體不銹鋼的材料牌號,而常用的材料牌號有00Cr12(022Cr12)和0Cr13Al(06Cr13Al)。
④. 馬氏體型不銹鋼(Martensitic Stainless Steel)。
其具(ju)有較高的(de)硬度和(he)(he)耐(nai)磨性,耐(nai)蝕性較弱,常用于醫療中的(de)手術刀,而(er)壓(ya)力管道中則常用作碳素鋼和(he)(he)鉻鉬鋼閥門的(de)閥桿和(he)(he)閥芯。
GB/T 1220標準共給出了19種馬(ma)氏(shi)體不銹鋼(gang)的材料牌號,而常用的材料牌號有1Cr13(12Cr13)、2Cr13(20Cr13)、3Cr13(30Cr13)等。
⑤. 沉淀硬化(hua)型不銹鋼。
沉(chen)淀硬化(hua)不(bu)銹鋼是指可以進行沉淀硬化處理的奧氏體或馬氏體型不銹鋼。這種不銹鋼有很高的強度和硬度,其耐蝕性則接近于奧氏體型不銹鋼,在壓力管道中它常用作螺栓和螺母材料。
GB/T 1220標準給出了05Cr15Ni5Cu4Nb、0Cr17Ni4Cu4Nb(05Cr17Ni4Cu4Nb)、0Cr17Ni7Al (07Cr17Ni7Al)、0Cr15Ni7Mo2A1(07Cr15Ni7Mo2Al)共4種沉淀硬化型不銹鋼的材料牌號。
2. 低合金鋼(Low Alloy Steel)
工程上(shang)常用的低(di)合金鋼有碳錳(meng)系(xi)、碳錳(meng)釩系(xi)、鉻(ge)鉬系(xi)和鉻(ge)鉬釩系(xi)等系(xi)列(lie)。
①. GB/T 1591標準給出了碳錳系和(he)碳錳釩系低合金鋼的化學成分和(he)力學性能要求(qiu)。當用(yong)(yong)于常溫及以(yi)上(shang)溫度時,可用(yong)(yong)SHA、SHB或SHC級(ji)(ji);當用(yong)(yong)于-20~-40℃時,可用(yong)(yong)SHD或SHE級(ji)(ji)。
②. GB/T 3077(《合(he)金(jin)結構鋼》)標準給出(chu)了鉻(ge)(ge)鉬(mu)系(xi)和鉻(ge)(ge)鉬(mu)釩(fan)系(xi)低合(he)金(jin)鋼的化(hua)學(xue)成(cheng)分和機(ji)械性能要求(qiu)。該標準共列出(chu)了77種(zhong)材料(liao)牌(pai)號(hao),其表示方法按GB/T221(《鋼鐵產(chan)品牌(pai)號(hao)表示方法》)標準。常(chang)用的鉻(ge)(ge)鉬(mu)系(xi)和鉻(ge)(ge)鉬(mu)釩(fan)系(xi)低合(he)金(jin)鋼材料(liao)牌(pai)號(hao)有12CrMo、15CrMo、12CrlMoV等,它們常(chang)用作抗(kang)氫(qing)腐蝕、抗(kang)高(gao)(gao)(gao)溫硫(liu)或(huo)硫(liu)化(hua)氫(qing)腐蝕和耐熱(次高(gao)(gao)(gao)溫)等材料(liao)。例如,12CrMo和15CrMo常(chang)用于(yu)550℃以(yi)下的高(gao)(gao)(gao)溫工況(kuang),或(huo)用于(yu)320℃以(yi)下的臨氫(qing)工況(kuang);12CrlMoV常(chang)用于(yu)575℃以(yi)下的高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)壓蒸汽(qi)介(jie)質。
3. 調質合金鋼(Quenching and Tempering Steel)
其含碳量較高,故(gu)強度高,可焊性差,常用于螺(luo)(luo)栓(shuan)、螺(luo)(luo)母(mu)材料。
GB/T 3077標準給(gei)出(chu)了(le)調質合金鋼的化學成分(fen)和機械(xie)性能要(yao)求。常用(yong)材料牌號有40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25Cr2MoVA等。
4. 耐熱鋼(High Resisting Steel)
GB1221 標準共給出了40種耐熱鋼的材料牌號。大多數不銹鋼都可用作耐熱鋼。工程上常用的耐熱鋼材料牌號如下。
①. 奧氏體(ti)型:0Cr18Ni9(304)(06Cr19Ni10)、0Cr17Ni12Mo2(316)(06Cr17Ni12Mo2)等。
②. 鐵素體型:00Cr12(022Cr12)、0Cr13A1(06Cr13Al)等。
③ .馬氏體型:1Cr5Mo(12Cr5Mo)、1Cr13(12Cr13)、2Cr13(20Cr13)、等。
④. 沉(chen)淀硬(ying)化型:0Cr17Ni4Cu4Nb(05Cr17Ni4Cu4Nb)、0Cr17Ni7Al(07Cr17Ni7Al)等。
5. 低溫鋼(Cryogenic Service Steel)
我國的低(di)溫(wen)鋼(gang)有16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb等,或者用奧氏體不銹鋼,但前者一般適應的低溫溫度不宜太低,而奧氏體不銹鋼又比較貴,故這里介紹ASTM中常用的低溫鋼,即鎳(Ni)鋼。常用鎳鋼的化學成分和力學性能見表3-3。