电厂金属材料基础知识要点

金属材料的基础知识

一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属

1、黑色金属元素：铁、锰、铬

2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。

通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。

二、金属材料的表示方法。

①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，

一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。

②有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，

都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。由于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。

三、合金元素在钢中的作用

1、铝（Al）熔点为660℃，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚

硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。2、碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度

也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。碳含量每增加0.1%，钢材抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40~50 MPa, 碳同时也能提高钢材的高温强度，在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区易出现淬硬现象，易产生冷裂纹的倾向。因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25%。

3、铬（Cr）熔点为1920℃，增加钢的淬透性并有二次硬化作用，在轴承钢和工

具钢中，铬提高碳钢的耐磨性，在不锈耐热钢中，当超过铬含量12%时，使其具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性，介质腐蚀性能，并增加钢的热强性，但含量高时或处理不当，易产生α相和475℃脆相，钢的可焊性随铬含量增

加而降低，主要是焊接过程中易产生冷裂纹。

4、铜（Cu）熔点为1083℃，铜的固溶强化作用仅次于磷。铜不和碳形成碳化物，

某些作用与镍相似，但较弱。在低碳合金钢中，特别是与磷共同存在时，铜可提高其耐大气腐蚀性能。钢中铜含量较高时对热变形加工不利，含量高于

0.75%时，也给焊接作业带来困难。

5、锰（Mn）熔点1244℃，对铁素体和奥氏体均有较强的固溶强化作用，提高

硬度和强度。锰是弱碳化物形成元素，可形成合金渗碳体，并是良好的脱氧剂和脱硫剂，与硫形成MnS，可防止因硫而导致的热脆现象，提高焊缝金属抗热裂纹能力。锰降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织，改善其力学性能。锰为低合金钢的重要合金元素，并为无镍或少镍奥氏体不锈钢的主要合金化元素。在高碳高锰耐磨钢和中碳高锰无磁钢中，锰也是主要合金元素之一，锰还强烈增加钢的粹透性，并有增加晶粒细化和回火脆性的不利影响。

6、氧（O）熔点为-218.7℃，固溶中钢中氧超过溶解度部分的氧，以各种夹杂物的形式存在，则其对钢的塑性、韧性及疲劳性能不利，尤其使钢的冲击韧性下降并提高钢的脆性转变温度。所以通常把钢中的氧作为有害的但又不可避免的元素。在铁氧磁性材料中，氧增加矫顽力和电阻系数，降低导磁率，是有益的重要元素。

7、磷（P）熔点44℃，磷是钢中有害的伴生杂质元素，它以铁的磷化物形式存在于钢中，Fe3P与铁形成低熔点共晶，分布于晶界面而增加产生热裂纹的倾向，但磷也有其有利的一面，如磷对提高钢的强度及冷作硬化的作用很强，但这增加了钢的脆性，尤其是低温脆性。磷与铜配合使用，可提高低合金钢耐大气腐蚀的性能，磷与硫、锰配合使用，可提高钢的被切削性。

8、硫（S）熔点为118℃，在铁中的溶解度很低，主要以硫化物的形式存在。硫是残存在钢中的有害元素之一，硫化铁（FeS）与铁以及氧化铁（FeO）与硫都能形成一种低熔点共晶体，其熔点仅为988℃。国此，钢中的硫含量高会降低钢材的高温塑性，加大钢材焊接时产生的热裂纹的敏感性。

9、硅（Si）熔点为1410℃，硅和氧的亲和力仅次于铝和钛，为常用的脱氧剂，硅在钢中不形成碳化物，提高钢中固溶体的强度，冷加工变形硬化率的作用极强。

但同时也相应地降低钢的韧性和塑性。硅还提高钢的淬透性和抗回火性，对钢综合的力学性能特别是对弹性极限，屈强比的提高较显著，并可增强钢在大气中的耐蚀性。硅提高和改善钢的电阻率和磁导率，降低磁滞损耗，为硅钢片的主要合金元素。硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素。在高温下，在含硅的耐热钢表面上形成一层保护性好、致密的SiO2膜。实践证明：钢中含硅量达1-2%时，就有明显的高温抗氧化效果，但硅含量过高会导致钢的塑性下降，因此耐热钢中硅的含量一般在3%以下。

10、钨（W）熔点为3380℃，钨是强碳化物形成元素，常形成特殊碳化物。对钢的影响与钼相似，但效果不如钼显著。

四、金属材料组织

1、奥氏体：不锈钢

奥氏体是碳溶于γ铁中的固溶体。在钢的各种组织中奥氏体的体积最小，线彭涨系数最大，除渗碳体外，在钢的各种组织中，奥氏体的导热性能最差。奥氏体的塑性高，屈服强度低，容易塑性变形加工成形，所以钢的锻造加工常常要求在奥氏体稳定在高温区域进行。

2、铁素体

铁素体具有体心立方点阵结构，碳在其中最大溶解度为0.0218%（727℃）室温是碳几乎不溶于铁素体中。压力容器用碳素结构钢及低中合金钢均

为碳含量小于25%的亚共析钢，这类钢在冷却过程中自奥氏体中析出先

共析铁素体。

3、珠光体

珠光体由铁素体与渗碳体机械混合组成，其典型形态为片状或层状。

钢中珠光体的力学性能主要取决于钢的化学成份和热处理后所获得的组

织形态。珠光体团直径和层间距离越小，强度越高，塑性也越大。

4、贝氏体R102

钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的产物，它一般是由铁

素体和碳化物所组成的片状组织。贝氏体大致可分为以下几种①上贝氏

体②下贝氏体③无碳化物贝氏体④粒状贝氏体⑤反常贝氏体和粒状贝氏

体