1、金金属属工工艺学艺学金属材料基本知识金属材料基本知识机械学院bzx机械学院bzxu材料基本知识应力与应变强度塑性硬度冲击韧度断裂韧度疲劳强度韧脆转变温度u铁碳合金基本知识u钢的热处理金金属属工工艺学艺学1.1概述u承压类特种设备对材料要求很高，如高强度、高韧性、优良的耐腐蚀性能及工艺性能等。u对材料的较高要求是推动特种设备用材不断发展的基本动力。u在承压类特种设备制造业中，金属材料具有其他材料无法替代的地位和作用。1材料力学基础知识材料力学基础知识机械学院bzx年年产产1000万万吨炼吨炼油油厂厂机械学院bzxTITANIC:沉没与船体材料的质量直接有关沉没与船体材料的质量直接有关Titani
2、c近代船用钢板近代船用钢板1材料力学基础知识使用性能使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。机械学院bzx投入运行的加氢反应器1材料力学基础知识材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。承压类特种设备材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和冲击韧度等。1材料力学基础知识依据国标GB/T2282002金属室温拉伸实验方法新旧标准性能名称对照机械学院bzx1材料力学基础知识材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去处后能
3、够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。1.1应力与应变机械学院bzx应力应力：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S0表示:F=S0应变应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:l=l0应力应变曲线（-曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同bse1.1应力与应变强度:是指材料抵抗永久变形或断裂的能力。常用的强度指标有屈服强度s或0.2和抗拉强度b，高温下工作时，还要考虑蠕变极限n和持久强度D，设计中许用应力都是根据这些数值决定的。另外，材料的屈强比(sb)也是反映材料承载能力的一个指标，
4、不同材料具有不同的屈强比，即使是同一种材料，其屈强比也随着材料热处理情况及工作温度的不同而有所变化。机械学院bzx1.2强度机械学院bzxQ235拉伸试样,符合国标(GB/T228-2002)1.2强度线弹性变形阶段（OA）（塑性）屈服阶段（BC）强化阶段（CD）（局部）颈缩阶段（DE）其中OA部分为一斜直线，应力与应变呈比例关系，A点所对应的应力为保持这种比例关系的最大应力，称为比例极限。由于大多数材料的A点和A点几乎重合在一起，一般不作区分。屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大
5、应力值。机械学院bzx1.2强度塑性塑性是指材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用塑性指标为断后伸长率伸长率和断面收缩率断面收缩率。试样被拉断后，标距部分的残余伸长与原始标距之比的百分率称为断后伸长率。1.3塑性机械学院bzx%lll100001u试样断裂后，断口处横截面积的减少值与原始横截面积的比值称为断面收缩率。%FFF100010用塑性好的材料制造承压类特种设备，可以缓和局部应力的不良影响，有利于压力加工，不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且在发生爆炸时不易产生碎片。作为化工容器用的钢，要求伸长率不低于14。机械学院bzx拉伸拉伸试样试样的的颈缩现颈缩现象象1.3
8、量高硬度材料用于测量高硬度材料,,如硬质合金、表淬层和如硬质合金、表淬层和渗碳层。渗碳层。lHRBHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,,如有色金属和退火如有色金属和退火、正正火钢等。火钢等。lHRCHRC用于测量中等硬度材用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢料，如调质钢、淬火钢等。等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作操作简便，压痕小，适用范简便，压痕小，适用范围广。围广。l缺点：缺点：测量结果分散度测量结果分散度大。大。机械学院bzx钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度洛氏硬度压压痕痕1.4硬度维氏硬度HV将顶部两相对面具有规定角度（136）的正四棱锥体金
10、能量。里氏硬度的计算公式如下：HL=1000R/A式中：HL里氏硬度符号R球头的冲击速度，m/s；A球头的反弹速度，m/s。1.4硬度u里氏硬度计体积小，重量轻，操作简便，在任何方向上均可测试，所以特别适合现场使用。u里氏硬度可及时换算成布氏、洛氏、维氏等各种硬度。目前里氏硬度计装有钢和铸钢，合金工具钢，灰铸铁，球墨铸铁，铸铝合金，铜锌合金，铜锡合金，纯铜，不锈铜等9种材料的换算表。1.4硬度冲击韧度是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特征。韧性常用冲击功Ak和冲击韧度ak表示。ak=Ak/SN(SN：断口处截面积)Ak值或ak值除反映材料的抗冲击性能外，还对材
11、料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。容器用的钢冲击韧性ak在使用温度下不低于35Jcm21.5冲击韧度机械学院bzx机械学院bzxGB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法1.5冲击韧度夏比冲击试验的缺口形式有U型和V型两种。V型缺口根部半径小，对冲击更敏感。承压类特种设备材料的冲击试验规定试样必须用V形缺口。1.5冲击韧度断裂韧度是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的指标。工程上有时会出现材料在远低于b的情况下发生断裂的现象。如1943年1月美国一艘T-2油船
12、停泊在装货码头时断成两半，计算的甲板应力为7kg/mm2，远低于b（30-40kg/mm2）。美国北极星导弹固体燃料发动机壳体在实验时发生爆炸，经过研究，发现破坏的原因是材料中存在0.1-1mm的裂纹并扩展所致。断裂力学认为，材料中存在缺陷是绝对的，常见的缺陷是裂纹。在应力的作用下，这些裂纹将发生扩展，一旦扩展失稳，便会发生低应力脆性断裂。材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧度。机械学院bzx1.6断裂韧度油轮断裂和油轮断裂和北极星导弹发动北极星导弹发动机壳体爆炸与材机壳体爆炸与材料中存在缺陷有料中存在缺陷有关关机械学院bzx1943年美年美国国T-2油油轮发轮发生生断断裂裂北北极极
13、星星导弹导弹裂裂纹扩纹扩展的基本形式展的基本形式1.6断裂韧度疲劳强度：表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象，称为疲劳。材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.450.55)b通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。1.7疲劳强度机械学院bzx机械学院bzxu材料力学基本知识u铁碳合金金属的晶体结构铁碳合金相
14、图u钢的热处理热处理的一般过程金金属属工工艺学艺学u物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。u原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。2.1金属的晶体结构金属的晶体结构机械学院bzxC60金金属属工工艺学艺学(2)晶格与晶胞l晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。l空间点阵:由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学2.1.2金属材料的晶体结构1、纯金属的晶体结构u金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。u金属原
15、子趋向于紧密排列。u具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。u常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学体心立方晶格u常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学面心立方晶格u常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金
16、金属属工工艺学艺学密排六方晶格u常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学2、实际金属的晶体结构u单晶体与多晶体u单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。u多晶体：u晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。机械学院bzx纯铁组织纯铁组织晶粒示意图晶粒示意图2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u晶界：晶粒之间的交界面。u晶粒越细小，晶界面积越大。u多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。机械学院bzx光学
17、金相显示的纯铁晶界光学金相显示的纯铁晶界多晶体示意图多晶体示意图2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学3、晶体缺陷u晶格的不完整部位称晶体缺陷。u实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、面缺陷。机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学点缺陷空间三维尺寸都很小的缺陷。l空位、间隙原子、置换原子机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学ua.空位：晶格中某些缺排原子的空结点。ub.间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属
18、属工工艺学艺学uc.置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。u点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。机械学院bzx空位空位间隙原子间隙原子大置换原子大置换原子小置换原子小置换原子2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u线缺陷晶体中的位错u位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。分为刃型位错和螺型位错。机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u电子显微镜下的位错机械学院bzx透射电镜下钛合金中的位错线透射电镜下钛合金中的位错线(黑
19、线黑线)2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u电子显微镜下的位错观察机械学院bzx2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学面缺陷晶界与亚晶界u晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为510个原子间距，位向差一般为2040。u亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(102)的小晶块。u亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。机械学院bzx亚晶粒亚晶粒大角度和小角度晶界大角度和小角度晶界位错壁位错壁2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学4、合金的晶体结构u合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。(Fe3C)u组成合金的元素
20、可以是全部是金属，也可是金属与非金属。u组成合金的元素相互作用可形成不同的相。机械学院bzxAl-Cu两相合金两相合金黄铜黄铜2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u相：是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。u显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。u固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。机械学院bzx单相单相合金合金两相两相合金合金2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学固溶体u合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固u相称固溶体。习惯以、表示。u与合金晶体结构相同的元
21、素称溶剂。其它元素称溶质。u固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。u按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。机械学院bzxCu-Ni置换固溶体置换固溶体Fe-C间隙固溶体间隙固溶体2.1金属的晶体结构金属的晶体结构金金属属工工艺学艺学u金属化合物u合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。l当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。l金属化合物也是合金的重要组成相。uFe3C称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格机械学院bzx铁碳合金中的
23、金金属属工工艺学艺学22、晶核的形成方式、晶核的形成方式u形核有两种方式，即均匀形核和形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。非均匀形核。u由液体中排列规则的原子团形成由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。晶核称均匀形核。u以液体中存在的固态杂质为核心以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。形核称非均匀形核。33、晶核的长大方式、晶核的长大方式u晶核的长大方式有两种，即均匀晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。长大和树枝状长大。机械学院bzx均匀长均匀长大大树枝状长大树枝状长大2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推
24、进。在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。机械学院bzx正正温温度梯度度梯度2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u实际金属结晶主要以树枝状长大.u这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴，树枝间最后被填充。机械学院bzx负温负温度梯度度梯度2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u树枝状长大树枝状长大机械学院bzx2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u二、同素异构转变u物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异构转变。同素异构转变属于相变之一固态相变。u1、铁的同素异构转变u铁在固态冷却过程
25、中有两次晶体结构变化，其变化为：机械学院bzx-Fe-Fe-Fe1394912-Fe-Fe-Fe纯铁纯铁的同素的同素异构转变异构转变2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u-Fe、-Fe为体心立方结构为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结为面心立方结构构(FCC)。都是铁的同素异构体。都是铁的同素异构体。机械学院bzx-Fe-Fe2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u2、固态转变的特点、固态转变的特点u形核一般在某些特定部位形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。特定晶面等）。l由于固态下扩散
26、困难，因由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。而过冷倾向大。l固态转变伴随着体积变化固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。，易造成很大内应力。机械学院bzx固固态态相相变变的晶界形核的晶界形核2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学合金的结晶合金的结晶u合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.u相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。的简明图解。又称状态图或平衡图。机械学院bzx2.1.3金属的结晶金属的结晶金金属属工工艺学艺学u铁碳合金铁碳
27、合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。u含碳量含碳量0.0218%2.11%的称钢的称钢;2.11%6.69%的称铸铁的称铸铁u铁和碳化合物：铁和碳化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，u含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，无实用价值。）时，无实用价值。u实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。相图。机械学院bzxFeFe3CFe2CFeCCC%(at%)2.2铁碳合金相图铁碳合金相图金金属属工工艺学艺学u铁碳合金相图铁碳合金相图是研究铁碳是研究铁碳合金最基本的工合金最基本的工具，是研究碳钢具
28、，是研究碳钢和铸铁的成分、和铸铁的成分、温度、组织及性温度、组织及性能之间关系的理能之间关系的理论基础论基础,是制定热是制定热加工、热处理、加工、热处理、冶炼和铸造等工冶炼和铸造等工艺依据艺依据.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图机械学院bzxCFedLdLdLCFePCFePPPFF333一、铁渗碳体相图中铁碳合金的分类Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同显微组织和性能，通常根据相图中P点，E点将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸铁三大类。1工业纯铁成分P点以左（Wc0.0218%）的铁碳合金，其室温组织为铁素体和三次渗碳体。2、钢成分为P点与E点间（Wc=0.02182.11%）的
29、Fe-C合金。其特点是高温固态组织为塑性很好的A，因而可进行热加工。根据含碳量不同又可分为三类：（1）共析钢含碳量=0.77%（2）亚共析钢含碳量0.77%3白口铸铁白口铸铁成分为成分为E点右面（点右面（C%=2.116.69%）的铁碳合的铁碳合金。其特点是液态结晶时都有共晶转变，因而金。其特点是液态结晶时都有共晶转变，因而与钢相比有较好的铸造性能。但高温中组织硬与钢相比有较好的铸造性能。但高温中组织硬脆的渗碳体量很多，故不能进行压力加工，根脆的渗碳体量很多，故不能进行压力加工，根据相图：据相图：白口铸铁分为：共晶白口铸铁白口铸铁分为：共晶白口铸铁C%=4.3%；亚共晶白口铸铁亚共
30、晶白口铸铁C%4.3%铁碳合金相图的分析铁碳合金相图的分析机械学院bzxLJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++2.2铁碳合金相图特征线特征线液相线液相线ABCD，固相线固相线AHJECFD三条水平线：三条水平线：ECF：共晶线：共晶线LCA+Fe3C共晶产物是共晶产物是A与与Fe3C的机械混合物，称作的机械混合物，称作莱氏体莱氏体,用用Le表示。为表示。为蜂窝状蜂窝状,以以Fe3C为基，为基，性能硬而脆。性能硬而脆。机械学院bzx莱莱氏体氏体2.2铁碳合金相图PSK：共析线：共析线ASFP+Fe3C共析转变的产物是共析转变的产物是F与与Fe3C的机械
31、混合物，称的机械混合物，称作珠光体，用作珠光体，用P表示。表示。珠光体的组织特点是两珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布相呈片层相间分布,性能性能介于两相之间。介于两相之间。PSK线线又称又称A1线线。机械学院bzx2.2铁碳合金相图其它相线其它相线GS,GPAF转变线转变线,GS又称又称A3线。线。ES碳在碳在-Fe中中的固溶线。又称的固溶线。又称Acm线。线。PQ中的固溶线。中的固溶线。机械学院bzx2.2铁碳合金相图金金属属工工艺学艺学铁碳合金的组元和相组元：Fe、Fe3C相铁素体：u碳在-Fe（0.60%）。2.2.按钢的质量分类按钢的质量分类普通钢（P0.04
32、5%，S0.050%）优质钢（P、S均0.035%）高级优质钢（P0.035%，S0.030%）3.3.按钢的用途分按钢的用途分碳素结构钢碳素工具钢4.4.按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分沸腾钢半镇静钢镇静钢碳钢的分类和命名1.1.按合金元素加入量分类按合金元素加入量分类低合金钢（C5%）中合金钢（C5-10%）高合金钢（C10%）。2.2.按钢的用途分按钢的用途分合金结构钢合金工具钢特殊性能合金钢3.3.按钢的组织分类按钢的组织分类：珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢4.4.按所含主要合金分类按所含主要合金分类：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢合金钢的分类和命名注：注：金属材料的表示方
33、法：GB/T221-2000钢铁产品牌号表示方法1碳素结构钢由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（s）为235MPa的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。合金钢的分类和
34、命名2优质碳优质碳素素结构钢结构钢钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。3碳碳素工具素工具钢钢钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。高级优质碳素工具钢
35、的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。合金钢的分类和命名4.合金结构钢钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2
36、、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。合金钢的分类和命名55低合金高强度钢低合金高强度钢钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽
37、车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。6.6.不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢钢材牌号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%；若钢中含碳量0.03%或0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。合金钢的分类和命名(一)锰的影响一般认为锰在钢中是一种有益的元素。在碳钢中含锰量通常在0.25080范围；在含锰合金钢中，一般控制在1.01.2范围。锰大部分溶于铁素体中，形成置换
38、固溶体，并使铁素体强化；一部分锰也能溶于Fe3C中，形成合金渗碳体；锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。锰与硫化合成为MnS，以减轻硫的有害作用。当锰含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不显著。低碳钢锅炉压力容器常用碳素钢的含碳量一般不超过0.25%。除碳外，钢种还含有硅、锰、硫、磷以及氮、氢、氧等杂质。这些杂质会对钢的性能产生影响(二)硅的影响硅在钢中也是一种有益的元素。在镇静钢(用铝、硅铁和锰铁脱氧的钢)中含硅最通常在0.10O.40之间；沸腾钢(只用锰铁脱氧的钢)中只含有0.030.07Si。硅与锰一样，能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的
39、强度、硬度、弹性均提高，塑性、韧性均降低。硅也有一部分存在于硅酸盐夹杂中。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，对钢的性能影响亦不显著。低碳钢(三)硫的影响硫主要以硫化铁形式存在。硫化铁与铁形成低熔点共晶体（熔点985）分布于晶界上，当钢材在8001200锻轧时，由于低熔点共晶体熔化而使钢材沿晶界开裂，即“热脆”。为了避免热脆，钢中含硫量必须严格控制，压力容器专用钢板含硫量应0.020。GB6654-1996压力容器用钢板及修改单GB3531-1996低温压力容器用低合金钢钢板，在钢中增加含锰量，可消除硫的有害作用。Mn与S形成熔点为1620的MnS，MnS高温时又有塑性，因此
40、可避免热脆现象。低碳钢低碳钢(四)磷的影响磷也是一种有害杂质。磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，并使脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。磷的存在也使焊接性能变坏，因此钢中含磷量要严格控制，压力容器专用钢材含磷量应0.030。低合金钢为了提高钢的力学性能，必须在钢中添加一些合金元素，其中最主要的有锰、硅、铬、镍、钼、钛、铌、钒、铝和铜等。这些元素添加在钢中后，对钢的物理性能和力学性能影响很大。(1)锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的。作为合金元素加入钢中的锰，能够提高钢的强度性能和奥氏体钢的组织稳定性，截面
41、较大的工件可以获得较均匀的细化组织。如锰含量增加到1015时，可获得韧性和强度都好的奥氏体钢，耐腐蚀性也很好，因此压力容器用碳素钢锰含量都很高。锰的不利影响是增加钢的过热敏感性和回火脆性。锰是最便宜的合金元素，资源丰富，我国常用锰钢代替镍铬钢。低合金钢(2)硅通常钢中硅含量在0.20.3范围内。如钢中硅的含量超过0.5时，则认为硅是作为特殊的合金元素加人的。硅能提高钢的强度、耐腐蚀性和耐热性。硅含量高达1520时，即高硅铸铁，具有特别好的耐酸腐蚀性能。含硅钢在氧化气氛中加热时，表面形成一层SiO2，从而提高钢在高温时的抗氧化能力，因此在铬、铬铝、铬镍钢中加入一定量的合金元素硅，将增加这些钢的
43、成型加工时，每次变形量要小些。低合金钢(4)镍能使钢具有很高的强度、塑性和韧性。当镍含量少于20时，其强度随镍含量增高而增加，塑性随镍含量增高而降低。当镍含量高于20时，强度逐渐降低，但塑性提高。镍能提高钢的抗疲劳性能，减少钢对缺口的敏感性，降低钢的低温脆性转变温度。镍能够提高钢对大气、海水、酸(当镍含量超过1520时，对硫酸、盐酸均有很高的耐腐蚀能力)、碱、盐等耐腐蚀性能。镍对钢的耐腐蚀性能的影响，通常是使它与铬配合时才能充分地表现出来。因为镍是形成奥氏体的合金元素，若在钢中只加入镍，而不加入铬，要使低碳镍钢获得纯的奥式体组织，只有镍含量超过24时才能比较明显地提高钢的耐腐蚀性能。若镍和铬配合加入钢中，如在铁素体铬不锈钢中加入少量的镍，使金相组织由单相铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，从而显著地提高钢的耐腐蚀性。若对此钢进行热处理，则可提高强