核电厂结构常用金属材料.pptx
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1、内容提要 w 4.1 碳钢碳钢w4.2 不锈钢不锈钢w4.3 有色金属有色金属w 镍及镍合金镍及镍合金w 钛及钛合金钛及钛合金w 轴承合金轴承合金4.1 碳钢w碳钢由于其冶炼、加工方便,价格低廉,有一定的强度,同时塑、韧性还比较好,因此广泛地在工业、农业、国防中得到应用。核电厂中也有应用,核电厂安全壳内层使用碳钢,压力容器使用低合金碳钢。碳钢的分类w铁碳合金中碳质量分数在0.008%-2.11%的合金称为钢。常用的碳钢,按其含碳量又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。w碳质量分数在0.008 0.25%的为低碳钢;w0.25 0.60%的为中碳钢;w0.60-1.3%的为高碳钢。w高于1.3%以上
2、的合金,因性能不好,很脆,应用较少。按钢的质量要求(主要按照磷、硫含量的控制)w碳钢又可分为:w普通碳素钢(P0.045%,S0.055%)w优质碳素钢(P0.040%,S0.040%)w高级优质碳素钢(P0.035%,S0.030%);w如按用途分还可以分为:碳素结构钢,用于制造各种工程结构件和机器零件。w碳素工具钢,用于制造各种刀具、量具、模具等;w如按钢的冶炼方法分,可分为:平炉钢、转炉钢。w转炉钢又可进一步分为:碱性转炉钢、酸性转炉钢和顶吹转炉钢等。按用途分w还可以分为:w碳素结构钢,用于制造各种工程结构件和机器零件。w碳素工具钢,用于制造各种刀具、量具、模具等;按钢的冶炼方法分w可分
3、为:平炉钢、转炉钢。w转炉钢又可进一步分为:w碱性转炉钢、酸性转炉钢w顶吹转炉钢等。如,碳钢的牌号和用途w1碳素结构钢碳素结构钢w碳素结构钢的牌号是这样制定的:这类钢要保证机械性能保证机械性能,故以机械性能(屈服强度)标注其牌号(Q+数字)。w“Q”代表屈服强度,数字代表屈服强度值,单位MPa;w后缀“A”,“B”,“C”,“D”代表质量等级,即杂质元素磷、硫的含量,其中“A”等级最低,杂质含量最高;w若在牌号后面再标注,“F”“b”,“Z”或“TZ”,则为脱氧方式。w“F”为沸腾钢w“b”为半镇静钢w“Z”为镇静钢w“TZ”为特殊镇静钢(参见表4-1)。w如:Q235A.F,即该钢是屈服强度
4、为235MPa,A级的沸腾钢。碳素结构钢的用途wQ195,Q215,Q235A,Q235B等钢塑性较好,有一定的强度,通常轧制成钢筋、钢板、钢管等用于桥梁、建筑物等的构件,也可用来做普通的螺钉、螺帽、铆钉等。w一般在热轧状态下使用,不再进行热处理。但也可以进行正火、调质、渗碳等。2优质碳素结构钢w优质碳素结构钢用平均碳质量分数的万分数的数字表示,若钢中锰的质量分数较高,则在这类钢的后面附加符号“Mn”表示。w如:“20”表示钢中平均含碳质量分数为0.20%的优质碳素结构钢;w“16Mn”表示钢中平均含碳质量分数为0.16%,并且含较多的Mn的优质碳素结构钢。优质碳素钢用途w主要用于制造各种机器
5、零件。w08F钢塑性好,可用于制造冷冲压零件;w10、20钢冷冲压性和焊接性能好,用作冲压件和焊接件,经热处理(渗碳)也可制造轴、销等零件;w35、40、45、50钢经热处理可获得良好的综合机械性能,可用于制造齿轮、轴、套筒等零件;w60、65号钢主要用来制造弹簧。3碳素工具钢w碳素工具钢的碳质量分数在0.65-1.35%之间,钢号用平均碳质量分数的千分数的数字表示,数字前冠以T(“碳”的拼音字头)。如:“T10”表示碳质量分数1.0%(千分之10)的钢。w碳素工具钢均为优质钢,如在钢号后面标注“A”则表示为高级优质碳素钢。“T12A”表示碳质量分数为1.2%的高级优质碳素钢。碳素工具钢用途w
6、用于制造各种刀具、量具、模具等。wT7、T8硬度高、韧性较好,可制造冲头、凿子、锤子等工具;wT9、T10、T11硬度高、韧性中等,可用于制造刨刀、钻头、手锯条、丝锥等刃具及冷作模具等;wT12、T13 硬度高、韧性较低,可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。w碳素工具钢使用前都要进行热处理。4核电站用低合金碳钢w压水堆压力容器用钢是在碳素锅炉钢的基础上进行研究,逐渐添加一些合金元素以增加强度和淬透性;同时降低碳、铬、钼含量,提高锰含量以改善焊接性能;为了减少辐照脆化效应,需要严格控制铜、磷、钒、砷、锑等微量有害元素的含量。因此压力容器用钢是低合金碳钢,我国用的是Ni-Mn-Mo低合金碳钢
7、。w压力容器内壁要堆焊1-2层奥氏体不锈钢,约5-6毫米厚,以增加压力壳的抗腐蚀性能和耐磨性。4.2 不锈钢w不锈钢是指在大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质中耐腐蚀的合金钢,而耐酸、碱、盐等化学介质腐蚀的的合金钢称为耐酸不锈钢。两者合起来统称不锈钢。不锈钢的历史w在上世纪初,“不锈”与“钢”的概念还是对立的。不锈钢的发现是从研究刀具开始的,1913年英国在研究刀具时发现钢中加入9-16%的Cr时有良好的抗腐蚀性能。并在1916年取得专利,主要用于刀具生产。w1916年美国获得“斯太立”合金专利,那是一种Co-Cr,Co-Cr-W合金。他们发现当加入10%的Cr和5%的Co时即使加入铁也有很好的抗腐蚀性
8、,因此1919年开始使用这种钢。w1912年德国人在法国研究并发现:如果钢中含足量的Cr和Ni,就能抗氧化和耐酸腐蚀。研究报告在1920年发表并开始生产和应用这类钢。w这是不锈钢发现和使用的开始,由于这类钢的性能优良,因此在一个世纪里发展很快。现代不锈钢已经有很多的类型,它们被用来满足各种不同的需要。不锈钢的成分特点w不锈钢中主要的合金元素有铬、镍、钼、铜、钛、钴等,碳含量在不锈钢中的作用也不可忽视。w铬是不锈钢最主要的合金元素。实验证明,当钢中的含铬量增加至12.5at%(11.7wt%)时,阳极电位由-0.56V突增至+0.2V。这时在钢的表面形成一层很薄而致密的氧化膜,阻止了钢基体被继续
9、侵蚀,使钢的耐蚀性发生突变性上升,这就是不锈钢能防锈的原因,因此不锈钢的含铬量应不低于12wt%。当铬元素在12%以上时,表面形成稳定而致密的铬氧化膜,合金呈现钝化。4.2.1 不锈钢的牌号 世界各国不锈钢的编号方法不同。我国的编号方法是:碳质量分数、合金元素的种类和数量及质量级别来编号的。在牌号前面的第一个数代表碳质量分数,碳质量分数用千分数表示,如标为1,其意为0.1%;主要的合金元素及含量的百分数标于其后。如:1Cr18Ni9Ti,表示的碳质量分数为0.1%左右,铬质量分数为18%左右,镍质量分数为9%左右,钛质量分数为1%左右。w世界部分国家钢号的对照请参见表4-74.2.2 不锈钢分
10、类及应用w核电站一回路系统的管道、泵体、阀门等设备所用的结构材料必须具有足够的强度和韧性,要耐高温、耐腐蚀、耐辐照,因此大部分选用奥氏体不锈钢来制作。w所选用的材料涵盖马氏体、铁素体、奥氏体、双相和沉淀硬化型不锈钢。w蒸汽发生器等长期在高温高压下工作的部件也选用铁素体、奥氏体不锈钢来制作。1铁素体类不锈钢(如1Cr17,1Cr17Ti)w当含铬量在17-27%,并且含少量碳(小于0.15%)时,从高温到低温可得到单一的铁素体相,这类钢约含1%锰、硅,不含镍,有时加入Mo、Ti、Si、Nb等。w它的抗腐蚀性能呈中等,热膨胀系数低,导热性能好,易于加工,对SCC不敏感。w但强度较低、焊接性能较差,
11、对晶间腐蚀比较敏感,应用时要注意相的析出问题。w常用于化工设备、食品加工设备等要求耐腐蚀,但强度要求不高的构件上,在核电厂用得比较少,可以用作热交换器中的管板等。2马氏体类不锈钢(如1Cr13,2Cr13,3Cr13,00Cr13Ni5Mo4等)w这类钢含12-18%铬,碳含量比较高,依含碳量的不同可以有不同的牌号。w这类钢虽然强度高,但只能耐大气、蒸汽和弱介质的腐蚀。1Cr13是国际上通用的牌号,美国为AISI410,法国为Z10C-13、Z12C-13,日本为SUS410,德国为X15Cr13。化学成分见表4-5。w马氏体钢主要用于抗弱腐蚀介质,同时要求较高的韧性和承受冲击载荷的零部件。如
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