承压类特种设备无损检测相关知识讲座.ppt

承压类特种设备 无损检测相关知识讲座,二〇一三年十月 青白江,姚 力自我介绍：中国空气动力研究与发展中心 压力容器检测站技术负责人、高级工程师全国特种设备无损检测人员考委会成员四川省特种设备无损检测人员考委会委员全国无损检测学会声发射专委会委员地址： 四川绵阳211信箱 邮编：621000 ：0816-2466731(O) ，13350000929 ：0816-2466728 Email：yaoli1@ ：363250095,声明：本讲稿主要依据《承压类特种设备无损检测相关知识(第2版)》全国特种设备无损检测人员考委会编， 北京：中国劳动社会保障出版社2007年4月版以及其他相关资料,第1篇 金属材料、热处理及焊接基本知识,第1章 金属材料.热处理基本知识,金属材料是现代工业、……各个领域应用最广泛的工程材料来源丰富、生产简单、性能优良性能 通常包括： 1. 使用性能 2. 工艺性能 3. 经济性,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.使用性能： 力学性能（机械性能）； 物理性能（密度、导热系数、比热、熔点、线膨胀系数、弹性模量、比重等）； 化学性能（耐腐蚀性）,第1章 金属材料.热处理基本知识,2.工艺性能：加工性能（制造工艺性能） 切削加工性能 可铸性 可锻性 可焊性：金属材料通过常规焊接方法和工艺而获得良好焊接接头的性能。

热处理性能 （也称为五大性能） 3.经济性,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.1材料力学基本知识 材料的力学性能： 材料在外力作用下所表现的一些性能 力学性能（机械性能）指标主要包括： 强度、硬度、塑性、韧性以及弹性、疲劳强度等,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.1.1应力与应变 内力：材料内部各部分之间相互作用的力 应力：物体在外力作用下而变形时，其内部任一截面单位面积上的内力大小 应变：物体在外力作用下，其形状尺寸所发生的相对改变称为应变第1章 金属材料.热处理基本知识,强度：是指金属抵抗永久变形和断裂的能力 拉伸曲线，分为： 弹性阶段：直线、弹性极限 σe、服从虎克定律 屈服阶段：塑性变形、屈服强度σs、晶格滑移 强化阶段：加工硬化、抗拉强度σb， 颈缩阶段：变细、颈缩,第1章 金属材料.热处理基本知识,拉伸曲线,第1章 金属材料.热处理基本知识,拉伸曲线,第1章 金属材料.热处理基本知识,评价材料强度性能的主要指标：抗拉强度σb(Rm) 屈服强度σs (Rel) 不允许发生塑性变形，机械设计中应采用σs作为强度指标 安全系数（碳素钢及低合金钢等）： 一般机械设计：ns ＝ 1.5~2.0 nb ＝ 2.0~5.0 锅 炉： ns ＝ 1.5 nb ＝ 2.7 压力容器： ns ＝ 1.5 nb ＝ 2.7 压力管道： ns ＝ 1.6 nb ＝ 3.0,第1章 金属材料.热处理基本知识,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。

伸长率δ； 断面收缩率ф 塑性大，有较大的安全性，但带来浪费,第1章 金属材料.热处理基本知识,硬度：是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力硬度高，一般强度也高，耐磨性较好一般与强度有一定的关系，可以通过测试硬度来估算材料强度 低碳钢： σb＝0.36 HB 高碳钢： σb＝0.34 HB 调质合金钢： σb＝0.325 HB,第1章 金属材料.热处理基本知识,硬度指标： 布氏硬度HB：压痕大，用于硬度较低的材料 洛氏硬度HR：压痕小，应用广泛 维氏硬度HV：压痕很小，测表面硬度 里氏硬度HL：利用冲击速度与回弹速度测，体积小、重量轻、操作简便、适用于任意方向、现场使用，可方便转换，应用广泛第1章 金属材料.热处理基本知识,冲击韧性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性 冲击吸收功Ak,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.2.1金属的晶体结构 内部原子呈规则排列的物质称为晶体金属的明显特征： 所有固体金属都是晶体； 金属具有良好的导电、导热性； 金属具有特有的颜色和光泽； 金属具有塑性第1章 金属材料.热处理基本知识,晶体内部原子的排列方式称为晶体结构，常见的晶体结构： 体心立方晶格：α-Fe 、б-Fe 面心立方晶格：γ-Fe、Al 密排六方晶格：Mg、Zn晶胞的变形面越多，塑性越好，强度越低。

塑性大 强度高密排六方 面心立方 体心立方,,第1章 金属材料.热处理基本知识,晶格缺陷： （空位、间隙原子、置代原子、位错等）使材料等物理、化学性质发生改变 结晶过程： 高温的液态金属冷却转变为固态金属的过程是一个结晶过程，即原子由不规则状态过渡到规则状态的过程第1章 金属材料.热处理基本知识,合金： 通过冶炼、烧结或其他方法将一种金属元素同一种或者几种其他元素结合在一起并形成一种具有金属特性的新物质称为合金第1章 金属材料.热处理基本知识,基本概念： 组元：组成合金的最基本的独立的物质 相：具有同一化学成分、同一结构并以界面相互分开的、均匀的组成部分 系：相同或大致相同的组元以不同的结合比例而组成的一系列合金的集合 组织：组成合金的各相在空间上的配置情况 固态合金中的相可分为：固溶体、金属化合物,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.2.2铁碳合金的基本组织 钢和铸铁统称为铁碳合金 钢：含C 0.02％~2％ 铸铁：含C大于 2％ 含碳量对钢铁的力学性质有决定性的影响。

第1章 金属材料.热处理基本知识,基本概念 相平衡：结晶或相变过程中各相之间的相对重量和相的浓度处于相对稳定而达到的一种能量平衡 相图：温度为纵坐标、组元成分为横坐标，表明合金系中各合金在不同温度下的组成、以及相与相之间平衡关系的图形 共晶反应：结晶过程中，从一种成分固定的合金溶液中同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相的过程 共析反应：在冷却过程中，从一均匀一致的固相中同时析出两种成分和结构皆不相同的新固相的过程 次生相：固相中析出的相结构有别于母相的小晶体 偏析：结晶时形成的晶内化学成分不均匀的现象第1章 金属材料.热处理基本知识,铁碳合金状态图,第1章 金属材料.热处理基本知识,基本概念 A1线：冷却时，奥氏体向珠光体转变的开始温度线； A3线：冷却时，奥氏体向铁素体转变的开始温度线； ACm线：冷却时，奥氏体向渗碳体转变的开始温度线；加热时： AC1线、AC3线、ACCm线 冷却时： Ar1线、Ar3线、ArCm线,第1章 金属材料.热处理基本知识,铁素体 F： 碳溶于α-Fe 或б-Fe 中的固溶体 强度、硬度不高，塑性韧性良好； 770°C以下具有铁磁性 固溶体：组成合金的两种或两种以上元素，相互溶解形成单一均匀的物质。

置换固溶体、间隙固溶体,第1章 金属材料.热处理基本知识,奥氏体 A： 碳溶于γ-Fe 中的固溶体 奥氏体仅存在于727°C以上的高温范围； 不具备铁磁性,第1章 金属材料.热处理基本知识,渗碳体 Fe3C： 铁和碳的金属化合物，含碳量6.67%； 硬度很高，塑性韧性几乎为零，脆性极大 217°C以下具有铁磁性,第1章 金属材料.热处理基本知识,珠光体 P： 层片状铁素体与渗碳体构成的机械混合物； 硬度和强度较高，塑性也较好； 按片间距大小分为：珠光体、索氏体S、屈氏体T,第1章 金属材料.热处理基本知识,马氏体 M： 马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体 硬度很高、很脆、冲击韧性低，断面收缩率几乎为零 调质处理后的回火低碳马氏体具有较高的强度和较好的韧性第1章 金属材料.热处理基本知识,还有： 贝氏体B： 魏氏组织： 带状组织： δ相： α相：,第1章 金属材料.热处理基本知识,共析钢：含碳量等于0.77％ 过共析钢：含碳量大于0.77％ 亚共析钢：含碳量小于0.77％（常用钢）,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.2.3热处理一般过程 热处理：是将固态金属及合金按预定的要求进行加热，保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求性能的一种工艺过程。

第1章 金属材料.热处理基本知识,1.2.5常用热处理工艺 1.退火 将钢试件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺 完全退火：AC3以上30~50° 不完全退火：AC1以上30~50°,第1章 金属材料.热处理基本知识,铁碳合金状态图,,,第1章 金属材料.热处理基本知识,2.消除应力退火 AC1以下100~200°，500~650° 主要目的是：消除应力，使焊缝中氢H较完全扩散,提高抗裂性和韧性承压类特种设备主要是指焊后热处理：（ PWHT 焊缝热处理：消除残余应力） 分为：整体、局部焊后热处理,第1章 金属材料.热处理基本知识,3.正火 将工件加热到AC3 或ACm以上30~50°，保持一定时间后在空气中冷却的热处理工艺 主要目的： 细化晶粒、 均匀组织、 降低应力第1章 金属材料.热处理基本知识,4.淬火 将工件加热到临界温度以上（AC3 或AC1以上30~50°），经过适当保温后快冷，使奥氏体转变为马氏体的过程 主要目的：获得马氏体组织，提高硬度和强度,第1章 金属材料.热处理基本知识,5.回火 将经过淬火的钢加热到AC1 以下适当温度，保持一定时间，然后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。

主要目的：降低材料的应力，提高韧性，稳定尺寸、改善加工性能,第1章 金属材料.热处理基本知识,6.奥氏体不锈钢： 固溶处理和稳定化处理 固溶处理：获得均匀的奥氏体组织 稳定化处理：防止晶间腐蚀,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.3对承压类特种设备常用材料的要求 1.较高的屈服极限和强度极限； 2.良好的韧性； 3.良好的加工性能； 4.良好的组织和质量，缺陷少； 5.高温元件应具有良好的高温特性； 6.与腐蚀介质接触应抗腐蚀性能优良第1章 金属材料.热处理基本知识,1.3.1钢的分类 1.碳钢的分类和命名 按含碳量分：低、中、高碳钢 按钢的质量分:普通钢,优质,高级优质碳素钢 按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢 按冶炼脱氧程度分:沸腾钢,镇静钢,半镇静钢 按冶炼方法设备分：平炉钢、转炉钢、电炉钢,第1章 金属材料.热处理基本知识,Q235-AF： 屈服强度为235MPa（有195,215,235,255,275） A级质量（A不作冲击,B常温V形缺口,C/D重要场合） F沸腾钢（z镇静钢，b半镇静钢）20g : （2008/09/01已颁布新标准GB713-2008:Q245R） 锅炉专用，优质碳素结构钢，平均含碳量0.20%,第1章 金属材料.热处理基本知识,X70： （有42,46,52,56,60,65,……） 高强度、高韧性管线钢，API标准钢种 对应GB9711、SY5297的 S480 屈服强度为700MPa 夏比冲击功J：平均40/54,最小30/41 （外径1066/762） 剪切面积％： 最小85,第1章 金属材料.热处理基本知识,1.3.2低碳钢 一般以热扎或正火状态供货， 正常组织为铁素体＋珠光体， 含碳量一般不超过0.25%,第1章 金属材料.热处理基本知识,2.合金钢的分类分命名 为了改善钢的性能，在钢中特意加入类除铁和碳以外的其他元素。

按合金元素的加入量分： 低合金钢≤5%；中合金钢5~10％；高合金钢>10％ 按用途分：合金结构钢、合金工具钢,第1章 金属材料.热处理基本知识,16MnR： Q345R(GB713-2008) 平均C含量 0.16%，Mn<1.5%， 压力容器专用钢0Cr18Ni9Ti： 平均C含量 Cr17.5~18.49%，Ni8.5~9.49%，Ti<1.5% (1:高碳0.04~0.12％-高温，0:低碳<0.08％，00超低碳<0.03％-抗腐蚀),。