常存杂质元素对钢材性能的影响.docx

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1、常存杂质元素对钢材性能的影响一般碳素钢除含碳以外，还含少量锌(Mn)、硅(si)、硫(5)、确(P)等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的.故称为杂质元素。现争论这些杂质对钢性能的影响。硫的影响 硫是炼钢时由矿石与燃料焦炭带到钢中来的杂质。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中。Fes和Ee形成低熔点(985C)化合物。钢材的热加工温度一般在1150T200C以亡，故当钢材热加工时.由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为热脆。含硫量愈高,热脆现象愈严峻，故必需对钢中含硫虽进行掌握。高级优质钢；S0. 020. 03%,优

2、质钢：s0. 003ko. 045%；一般钢：SW0. 055%0. 7%以下。压力容器专用钢材的磷含量(熔炼分析，下同)不应大于0.030%,硫含量不应大于0.020%。铭不锈钢 在格不锈钢中.起耐腐蚀作用的主要元素是格。格能在氧化性介质中生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起爱护作用、因而具耐蚀件。然而其耐蚀性的强弱取决于钢中的含碳量和含铝量。理论与实践争论证明，当含铅量大于11.7%时，钢的耐蚀性会有显著提高，而且含铭量愈多，耐蚀性愈好。由于钢中存在碳元素.碳能与铭形成铭的碳化物(如Cr23C6等)，因而消耗了铭，致使钢中的有效铭含量削减.使钢的耐蚀性降低.故不锈纳中的含碳量都是较低的。为

3、了确保不锈钢具有耐腐蚀性能，实际应用的不锈钢,其平均含路量都在13%以上。常用的辂不锈钢有Icrl3、2crl3 0Crl3 ocrl7Ti等。Ti:加入Ti能提高抗高温高压H2-N2-NH3腐蚀的力量，与其它元素协作使用能提高钢抗大气、海水及H2S腐蚀力量。Nb： 一般与其它元素协作使用，籍以提高钢抗大气、海水、H2S及高温高压H2-N2-NH3腐蚀力量。Mo：能提高钢的强度和高温强度(热强性和蠕变强度)，防止钢的回火脆性，能提高钢抗H2S, NH3, CO, H20,高温高压H2和弱还原酸腐蚀的力量。它与Cu,Cr协作，能提高抗大气腐蚀性能。Mn：主要的强化元素，可熔入铁素体中，也可细化珠

4、光体组织使其强化，提高钢的强度。Mn降低钢的抗腐蚀力量。在钢铁常法律规范围内Mn对钢的性能无显著影响。钛和铜还有防止晶间腐蚀的功能，但不宜过度。钛和锂不仅是铁素体形成元素，而且由于汲取了奥氏体中固溶的碳、氮形成稳定化合物造成的成分变化，均降低了奥氏体的稳定性，促使铁素体形成。含钛钢的表面质量差，铝高易增加焊接裂纹倾向。不锈钢水压试验时氯离子必需掌握在25mgL内，但假如设施物料中有有CL-,且225mgL,改如何处理，选用什么材质？是对不锈钢进行热处理吗？16MnR低碳钢即可，不锈钢对C1离子不管用。首先，消应力的热处理是没有必要的。可采纳，降低物料的cl含量的方法；或削减cl聚集-抛光的方法

5、解决。双相钢不是复合钢板，双相不锈钢的固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半，一般较少相的含量最少也需要达到30%。双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点，把奥氏体不锈钢的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢的高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合到一起。双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能，可取代在此介质条件下易发生应力腐蚀裂开的奥氏体不锈钢18-8型，可焊性好，焊后不须热处理。由于目前我们国家双相钢的使用量相对较小，导致生产量不大，所以它的生产成本高。但随着我们国家推广双相钢的应用，它的成本也会渐渐下降。国内双相不锈钢生产批量及应用量最大的是2205型。双相不锈钢广义为其组织主要由

6、奥氏体相、铁素体相和马氏体相中任何两相所组成的不锈钢，通常所说的双相不锈钢是指奥氏体一一铁素体双相不锈钢。它在肯定程度上兼有奥氏体和铁素体的双相特性。奥氏体相的存在，降低了高铭铁素体不锈钢的脆性，防止了晶粒长大倾向，提高了韧性和可焊性；铁素体相的存在，提高了奥氏体不锈钢的室温强度、尤其是屈服强度和导热系数，降低线膨胀系数和焊接热裂纹倾向，同时大大提高钢的耐晶间腐蚀、抗氯化物应力腐蚀和腐蚀疲惫等性能。双相不锈钢并不肯定两相成分相同,分铁素体基和奥氏体基两种。316L是超低碳不锈钢，相当于国内的00Crl7Nil4Mo2.由于碳含量的降低，能起到爱护Cr的目的。氯离子对不锈钢引起应力腐蚀的条件有两

7、个：一个是介质中存在浓度高的氯离子；一个是不锈钢中存在应力。针对第一个条件，可实行降低介质中氯离子的方法。而对于钢材在制造、加工中产生的应力，一般在设施使用前都要进行去应力的热处理。若是在使用时钢材产生了内应力，而介质中也存在着浓度高的氯离子，那么钢材发生应力腐蚀的机会就特别大。PS：双相不锈钢指的不是复合钢板，而是指钢材存在两相金属：铁素体、奥氏体或马氏体金属。依据设施工况条件可适当选用，而不是无论什么工况都要用上用途特别广泛的奥氏体不锈钢，要是这样的话，设施成本就会大大增加。还原一个重要的腐蚀因素就是氧浓度，只有达到肯定的氧浓度，应力腐蚀才可能产生奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏作不锈钢在450

8、850保温或缓慢冷却时，会消失晶问腐蚀。合碳量越高，晶间蚀倾向性越大。此外，在焊接件的热影响区也会消失晶间腐蚀。这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6使其四周基体产生贫珞区，从而形成腐蚀原电池而造成的。这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在的。工程上常采纳以下几种方法防止晶间腐蚀：（1）降低钢中的碳量，使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度，即从根本上解决了辂的碳化物（Cr23C6）在晶界上析出的问题。通常钢中合碳量降至0.03%以下即可满意抗晶间腐蚀性能的要求。（2）加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC或NbC）的元素，避开在晶界上析出Cr23C6,即可防上奥氏体

9、不锈钢的晶间腐蚀。（3）通过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁索体双相组织，其中铁素体占5% 12%。这种双相组织不易产生品间腐蚀。（4）采纳适当热处理工艺，可以防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。2.奥氏体不锈钢的应力腐蚀应力（主要是拉应力）与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂，简称SCC （Stress Crack Corrosion） 0奥氏体不锈钢简单在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。当合Ni量达到8% 10%时，奥氏体不锈钢应力腐蚀倾向性最大，连续增加含Ni量至45%50%应力腐蚀倾向渐渐减小，直至消逝。防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最主要途径是加入S

10、i2%4%并从冶炼上将N含量掌握在0.04%以下。此外还应尽量削减P、Sb、Bi、As等杂质的含量。此外可选用A-F双用钢，它在C1-和0H-介质中对应力腐蚀不敏感。当时始的微细裂纹遇到铁素体相后不再连续扩展，体素体含量应在6%左右。3.奥氏作不锈钢的形变强化单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能，可以冷拔成很细的钢丝，冷轧成很薄的钢带或钢管。经过大量变形后，钢的强度大力提高，尤其是在零下温区轧制时效果更为显著。抗拉强度可达2 000 MPa以上。这是由于除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发M转变。奥氏作不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、钟表发条、航空结构中的钢丝绳等。形变后若需焊接，则只

11、能采纳点焊工艺、形变使应力腐蚀倾向性增加。并因部分丫-刈转变而产生铁磁性，在使用时（如仪表零件中）应予以考虑。再结晶温度随形变量而转变，当形变量为60%时，其再结晶温度降为650冷变形奥氏体不锈钢再结晶退火温度为8501050C, 850则需保温3h, 1050时透烧即可，然后水冷。4.奥氏作不锈钢的热处理奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳定化处理和去应力处理等。（1）固溶处理。将钢加热到10501150C后水淬，主要目的是使碳化物溶于奥氏体中，并将此状态保留到室温，这样钢的耐蚀性会有很大改善。如上所述，为了防止晶间腐蚀，通常采纳固溶化处理，使Cr23C6溶于奥氏体中，然后快速冷却。

12、对于薄壁件可采纳空冷，一般状况采纳水冷。（2）稳定化处理。一般是在固溶处理后进行，常用于含Ti、Nb的18-8钢，固处理后，将钢加热到850880C保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解，脱而钛的碳化物不完全溶解,且在冷却过程中充分析出，使碳不行能再形成格的碳化物，因而有效地消退了晶间腐蚀。（3）去应力处理。去应力处理是消退钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺般加热到300350回火。对于不含稳定化元素Ti、Nb的钢，加热温度不超过4501,以免析出倍的碳化物而引起晶间腐蚀。对于超低碳和合Ti、Nb不锈钢的冷加工件和焊接件，需在500950,加热，然后缓冷，消退应力（消退焊接应力取上限温度）

13、，可以减轻晶间腐蚀倾向并提高钢的应力腐蚀抗力。四、奥氏体-铁素体双相不锈钢在奥氏作不锈钢的基础上，适当增加Cr含量并削减Ni含量，并与回溶化处理相协作，可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织（含4060% 6-铁素体）的不锈钢，典型钢号有0Cr21Ni5Ti、lCr21Ni5Ti、0Cr21Ni6o2Ti等。双相不锈钢与里氏体不锈钢相比有较好的焊接性，焊后不需热处理，而且其晶间腐蚀、应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高，易形成。相，使用时应加以留意。液氨储罐设计压力温度腐蚀裕量如何确定，其液氨为中度危害，还是高度.应力腐蚀又是怎么回事？液氨为中度危害应力腐蚀是拉应力与腐蚀介质联合作用而引起的低应

14、力脆性断裂称为应力腐蚀。涉及选材等问题可参阅容规130页；液氨应力腐蚀环境的确定：a,介质为液态氨，含水量不高（不小于0.2%）,且可能受到空气（氧气或者二氧化碳）污染的场合；b,使用温度高于零下5度；中度危害,技术要求中应有”焊后热处理及焊缝硬度要求“材料可为20R或16MnR,腐蚀裕量2mm,就是制作完毕后进行整体热处理。1 .氢脆：钢材中的氢会使材料的力学性能脆化，这种现象称为氢脆。钢中氢的来源主要为下列三个方面：冶炼过程中溶解在钢水中的氢，在结晶冷凝时没有能即时逸出而存留在钢材中；焊接过程中由于水分或油污在高弧高温下分解出的氢溶解入钢材中；设施运行过程中，工作介质中的氢进入钢材中。当钢

15、中存在氢,而应力大于某一临界值时，就会发生氢脆断裂。氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程。脆断应力可低达屈服极限的20机钢材的强度愈高（所承受的应力愈大），对氢脆愈敏感。容器中的应力水平，包括工作应力及残余应力是导致氢脆很重要的因素。氢脆是一种延迟断裂，断裂拖延的时间可以仅几分钟，也可能几天。氢脆断裂只发生在700150C的温度范围内，很低的温度不利于氢的移动和聚集，不易发生氢脆，而较高的温度可以使氢从钢中逸出，削减钢中的氢浓度，从而避开脆化。焊后保温及热处理就是采用高温下氢能从钢中集中逸出的原理，用来降低焊缝中氢含量，它是改善焊接接头力学性能的有效措施。氢对钢铁材料的危害性较大，由于氢而导致材质劣化的现象统称为氢损伤，氢损伤的形式有很多种，除了氢脆以外，还有因氢在钢板分层处聚集引起的氢鼓泡；氢在钢材中心部位聚集造成的微小裂纹群，称为白点；以及钢在高温高压氢作用下，（对碳钢，温度大于250,氢分压大于2MPa）,其组织发生脱碳，渗碳体分解，沿晶界消失大量微裂纹，钢的强度、韧性丢失殆尽的氢腐蚀现象等。2 .苛性脆化苛性脆化是由于介质内具有含量很高的苛性钠（NaOH）促使钢材腐蚀加剧而引起的脆化现象。其破坏形式是在肉眼