火电厂金属材料-王宝才资料

1.2.1点缺陷 定义：如空位、间隙原子和异类原子等。 作用： ① 任何一种点缺陷的存在，都破坏了原 有原子间的作用力平衡，产生晶格畸变或应 变，对应着晶体内能的升高。 ② 点缺陷还可造成金属物理性能和力学 性能的变化。最明显的是引起电阻增加。 ③ 室温下平衡浓度的点缺陷对材料的力 学性能影响不大，但在高温下空位的浓度很 高，空位的存在及其运动是晶体高温下发生 蠕变的重要原因之一。
1 钢铁材料在火电机组中的应用特点 1.1 用量大 火电机组基本是由钢铁材料制成的。以锅炉为例， 不同蒸发量锅炉的用钢重量见表1.1。
表1.1 锅炉蒸发量与用钢重量之间的关系蒸发量(t／h)
蒸发量(t／h) 130
用钢重量（t） ~520
220
~900
400
1270 ~1540
410
~1300
670
火电厂金属材料
电力行业第11期焊接专业技术人员取证班 2013-11
第一章 火电机组用钢的特点和钢的分类 第二章 金属材料基本知识 第三章 钢的热处理 第四章 钢的力学性能和微观组织 第五章 电站锅炉用钢的现状及发展趋势 第六章 部件失效案例 第七章 火力发电厂金属技术监督
第一章 火电机组用钢的特点和钢的分类
~3600
1000 2000
~4000 ~19600
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 钢种多 火电机组用钢钢种很多，它包括碳素钢、低合金 钢、中合金钢、高合金钢、不锈钢、铸钢等。 1.3 规格多 火电机组用钢的规格有板材、管材、棒材、型材、 锻件、铸件等。 1.4 要求高 由于火电机组有的部件在高温、高压下运行， 有的在高速旋转下工作，有的伴随有腐蚀的环境，其 服役条件苛刻，故对电站大多数用钢有相应的标准， 钢材的检验项目也较多，如工艺性能、力学性能、无 损检测等。
②由于晶界上原子平均能量高于晶内原子平均能量， 原子排列不规则和溶质原子在偏聚，因之在晶界上易 于满足相变的能量起伏、相起伏和浓度起伏，故新相 往往在晶界上优先生核。 ③由于晶界上原子排列不规则又有多的空位，因此， 原子沿晶界扩展速度比晶内快得多。 ④晶界易遭到腐蚀。 ⑤晶界要自发的趋向能量最低的状态，这就使晶界 向平直化和三叉交角趋向120°，使晶界减少；晶界在 一定的温度下将发生晶界迁移，晶粒长大的过程就是 晶界趋向能量较低的状态。 ⑥晶界熔点低。
2.4 按品质分 （1）普通钢（磷含量≤0.045%，硫含量≤0.055%；或 磷、硫含量均≤0.050%） （2）优质钢（磷、硫含量均≤0.040%） （3）高级优质钢（磷含量≤0.035%，硫含量≤0.030%） 高级优质钢——A 超级优质钢—— C 特级优质钢 ——E 2.5 按冶炼方法分 （1）平炉钢（酸性平炉钢、碱性平炉钢） （2）转炉钢（酸性转炉钢、碱性转炉钢） （3）电炉钢（电弧炉钢、电渣炉钢、感应炉钢、真空 感应炉钢、真空自耗炉钢、电子束炉钢）
1.2.3 面缺陷
定义：亦称为二维缺陷，在空间一个方向上尺寸很 小，另外两个方向上尺寸较大的缺陷，如晶界、相界、 表面等。 晶界特点：原子排列不规则，偏离平衡位置，晶格 畸变大，晶界上原子平均能量高于晶内原子平均能量， 故有自发向低能状态转化的趋势（晶粒长大、晶界平直 化）。 ①室温下晶界是一个高能区，可阻碍位错运动，故 多晶体具有较高的形变抗力和形变硬化率。晶粒越细， 强度越高；高温下晶界易于相对滑移，高温蠕变总是先 从晶界开始，故对高温下运行的部件，较粗的晶粒有利 于提高蠕变强度。
2.3 按金相组织分
（1）铁素体钢:一般为钢在退火状态下获得的组织,典型的为铁 素体不锈钢
（2）珠光体钢: 钢中合金元素含量较低,在空气中冷却,可得到 珠光体 （3）马氏体钢: 钢中合金元素含量较高,在空气中冷却,可得到 马氏体
（4）贝氏体钢: 钢中合金元素含量较低,在空气中冷却,可得到 贝氏体
（5）奥氏体钢:钢中合金元素含量很高,在空气中冷却,奥氏体 到室温仍不转变 注：按照国际惯例珠光体钢、贝氏体钢、马氏体耐热钢统 称为铁素体耐热钢（引自新型耐热钢焊接 编著杨富等第13页）。
2 钢铁材料的分类 2.1按化学成分分 （1） 碳素钢 低碳钢（碳含量≤0.25%） 中碳钢（碳含量0.25%～0.60%） 高碳钢（碳含量>0.60%） （2） 合金钢 低合金钢（合金元素含量≤5%） 中合金钢（合金元素含量5%～10%） 高合金钢（合金元素含量>10%）
2.2 按用途分 （1） 结构钢： 碳素结构钢、合金结构钢 （2）耐热钢：低合金耐热钢、中合金耐热 钢、耐热不锈钢 （3） 弹簧钢 （4） 轴承钢 （5） 耐酸不锈钢 （6） 工具钢
1.2.2 线缺陷 定义：亦称为一维缺陷，在两个方向上尺寸很小，主 要是位错。 位错分类：晶体中的位错基本类型为刃型位错和螺型 位错，实际位错往往是两种类型的复合，称之为混合 位错。 位错密度：略 位错理论的应用：略 ①对晶体变形滑移的解释；略 ②强化效应，位错密度的增加以及增殖和交互作用 又会使金属进一步形变困难，促使强度提高； ③裂纹的产生
2 Fe-Fe3C相图
2.1 铁与碳的特性 铁和碳的作用 •形成一系列的化合物：例如Fe3C、Fe2.2C； •碳溶解在α —Fe、δ —Fe和γ —Fe中形成间隙固溶体。 2.2 Fe－Fe3C相图分析（图2.1） （1）同素异构转变 (注：从一种晶体转变成另一种晶体） δ （体心立方） γ （面心立方） α －Fe（体心立方） （2）共析转变 0.77％C的钢，在727℃由一个固相分解为两个固相的转变 叫共析转变。 （3）共晶转变 由液态转变成固态
1.2 晶体缺陷
实际晶体中存在着偏离理想的结构，晶体缺陷 就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区 域。这些区域的存在并不影响晶体结构的基本特性， 仅是晶体中少数原子的排列特征发生了变化。相对 于晶体结构的周期性和方向性而言，晶体缺陷易受 外界条件的影响（如温度、载荷、辐照等）而变化， 它们的数量及分布对材料的性能起着十分重要的作 用。 根据缺陷在空间的几何图象，将晶体缺陷分为 三大类：即点缺陷、线缺陷、面缺陷。
第二章 金属材料基本知识
1 晶体学基本知识(简略介绍) 固态物质可分为晶体和非晶体两类。晶体中原子 排列是有序的，即原子按某种特定方式在三维空间内 周期性地规则重复排列。金属是一种晶体物质。非晶 体内部原子的排列是无序的，更严格的讲，是不存在 长程的周期排列（即在微观尺度上可能存在有序的原 子团）。 1.1 三种典型的晶体结构 金属最常见的典型晶体结构是体心立方、面心立 方和密排六方结构。