1、焊工初级（金属材料）模拟试卷 2 及答案与解析一、问答题1 何谓渗碳体?2 何谓珠光体?3 何谓贝氏体?4 何谓马氏体?5 何谓莱氏体?6 什么叫金属的过热和过烧?7 何谓魏氏组织?8 什么叫临界点? 试说明铁一碳合金各临界点的含义。9 实际相变温度与加热和冷却速度有什么关系?10 什么是奥氏体等温转变曲线图?它可分为哪几个区域?11 什么是连续冷却转变曲线图?12 什么叫临界冷却速度?13 45 号钢连续冷却时的组织转变怎样?14 12 铬 1 钼钒钢连续冷却时的组织转变怎样?15 亚共析钢在加热时的组织是怎样转变的?16 合金钢的奥氏体化有些什么特点?17 钢冷却时怎样从奥氏体转变为珠光体
2、?18 钢冷却时怎样从奥氏体转变为贝氏体?19 钢冷却时怎样从奥氏体转变为马氏体?20 什么是碳素钢? 怎样分类 ?21 普通碳素结构钢是怎样编号的?试举例说明。22 优质碳素结构钢是怎样编号的?试举例说明。23 合金结构钢是怎样编号的?试举例说明。24 低合金高强钢中合金元素有哪些主要作用?25 常用的合金元素有哪些?它们在钢中起什么作用?26 为什么钢材要控制硫、磷含量?27 钢材的高温性能包括哪些?28 什么是低合金耐热钢?它的性能怎样?29 常用的耐热钢有哪些?30 什么叫高铬热强钢? 它的用途和性能怎样 ?31 T91 和 P91 钢管的性能及使用情况怎样?32 迄今已经推荐可以使用
3、的新一代 9-12Cr 热强钢有哪些?它们分别适用于什么温度?33 与传统的 1-12Cr 钢相比新一代 9-12Cr 热强钢有哪些共同的特点?34 提高钢强度的方法有哪些?什么方法能在提高钢强度的同时也能提高其韧性和塑性?35 工程中使用的管线钢、P91 等热强钢是如何达到强韧化目的的?36 什么是不锈钢? 可分哪几类 ?37 铸铁可分哪几类? 它们分别应用在哪些场合 ?38 常用的锅炉钢板有哪些?39 常用的锅炉钢管有哪些?40 为什么锅炉钢管要规定最高使用温度?41 锅炉高温零部件有哪些?通常选用哪类钢材?42 电站用的铸钢件有哪些?应用范围怎样?43 汽轮机叶片常用钢种有哪些?44 工
4、程上错用了钢材会产生什么后果?焊工初级（金属材料）模拟试卷 2 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 渗碳体是铁和碳组成的金属化合物，在碳素钢中用分子式 Fe3C 表示，在合金钢中为合金渗碳体，用 C 表示。渗碳体具有复杂的斜方晶格结构。由于碳在 Fe 中的溶解度很小，所以常温下碳在铁碳合金中主要以渗碳体形式存在。渗碳体中含碳量为 669，渗碳体的熔点为 1227。渗碳体的性质硬而脆，硬度大于 820HB，抗拉强度为 3087MPa，塑性和冲击韧性近于零。【知识模块】 金属材料2 【正确答案】 珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，通常呈片层状相间分布，片层间距和片层厚度主要取决于奥氏体分解
5、时的过冷度。按片层间距的大小，又可将珠光体分为粗珠光体、细珠光体和极细珠光体三类。细珠光体称为索氏体，用 s 或 c 表示，极细珠光体称为屈氏体，用 T 表示。【知识模块】 金属材料3 【正确答案】 贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体两相混合物，是过冷奥氏体的中温转变产物，用 B 表示。贝氏体转变既有珠光体转变，又有马氏体转变的某些特征。钢中贝氏体的形态，随钢的化学成分和形成温度而异，常见的贝氏体形态有三种，即上贝氏体、下贝氏体和粒状贝氏体。在较高温度区域内形成的贝氏体为上贝氏体，上贝氏体呈羽毛状，由平行的条状铁素体和分布在条间的片状或短杆状的渗碳体组成。由于铁素体内位错密度高，故强度高、韧性差，
6、是生产上不希望得到的组织。在低温范围(即在靠近马氏体转变温度)内形成的贝氏体为下贝氏体。下贝氏体中铁素体的形态与马氏体有些相似，并且与奥氏体中碳的含量有关，碳含量低时呈板条状，碳含量高时呈透镜片状，碳含量中等则两种形态兼有。下贝氏体强度高，塑性适中，韧性和耐磨性好。在低、中碳钢(含碳量 005040)及合金钢连续冷却时，有时会出现粒状贝氏体，其特征是在块状铁素体中含有碳化物及一些不规则的细小岛状组织，岛状组织的组成物是残余奥氏体和马氏体。粒状贝氏体的强度、韧性与回火索氏体相近。【知识模块】 金属材料4 【正确答案】 马氏体是碳与合金元素在 Fe 中的过饱和固溶体，是合金在冷却过程中所发生的马氏
7、体转变产物的统称，用 M 表示。马氏体的组织形态随钢的含碳量、合金元素以及马氏体形成温度的改变而改变，通常可分为五种，即板条状马氏体、透镜片状马氏体、蝴蝶状马氏体、薄板状马氏体及薄片状马氏体。其中以板条状马氏体和透镜片状马氏体最为常见。板条状马氏体(或位错马氏体)具有良好的韧性，而高碳孪晶马氏体，由于滑移系统少，位错不易移动，易造成应力集中，因而具有高的强度，而韧性很差。【知识模块】 金属材料5 【正确答案】 莱氏体是铁碳合金共晶反应的产物。在共析温度以上，由奥氏体和渗碳体组成的共晶体称为高温莱氏体。在共析温度以下，由珠光体和渗碳体组成的共晶体称为低温莱氏体。用 Ld 表示。莱氏体存在于铸铁、
8、高碳合金钢中，含碳 43的铁碳合金可完全转变成为莱氏体。莱氏体的组织形态，一般呈树枝状或鱼骨状的共晶奥氏体分布在共晶碳化物的基体上，组织粗大。莱氏体的性能特点是硬而脆。【知识模块】 金属材料6 【正确答案】 如果钢加热温度太高(相变温度以上)，或在该温度上停留时间过长，就会使奥氏体晶粒急剧长大，这种晶粒长大叫过热。过热钢冷却下来晶粒也是粗大的，因此机械性能降低，特别使冲击韧性和塑性降低。过热了的钢经退火后可以消除，如果加热温度更高(接近于固相线)，就会在钢的晶粒边界产生氧化，这种现象叫过烧。过烧的钢不仅晶粒粗大，而且还会破坏晶间连接。【知识模块】 金属材料7 【正确答案】 亚共析钢因过热形成的
9、粗晶奥氏体，在一定的过冷条件下，除在原来奥氏体晶界上析出块状 Fe 外，还有从晶界向晶内生长的互成一定角度或彼此平行的片针状 Fe，这种组织为魏氏组织。钢中一旦出现魏氏组织，其力学性能将有所下降，尤其是冲击功和断面收缩率将下降很多。为防止出现魏氏组织，在确定的加热条件下，主要是控制冷却速度。采用完全退火可消除魏氏组织。在合金钢中，Mo、 Cr 和 Si 不利于形成魏氏组织，但Mn 有利于形成魏氏组织。【知识模块】 金属材料8 【正确答案】 临界点是指组织(性能)转变开始或终了的温度，也称临界温度。例如 A1、A 2、A 3、A cm，加热时再加注脚 c 表示，如 Ac1、A c2、A c3、A
10、 ccm；冷却时再加注脚 r 表示，如 Ar1、 Ar2、A r3、A rcm。 A c1钢在加热时珠光体转变为奥氏体的临界点，又称下临界点。 A r1钢在冷却时奥氏体转变为珠光体的临界点。 Ac2钢在加热时铁素体为铁磁性材料转变为非铁磁性材料的临界点。 A r2钢在冷却时铁素体为非铁磁性材料转变为铁磁性材料的临界点。 A c3钢在加热时渗碳体全部溶入奥氏体的临界点，又称上临界点。 A r3钢在冷却时奥氏体析出渗碳体的临界点。 A ccm钢在加热时渗碳体全部溶入奥氏体的临界点。 A rcm钢在冷却时奥氏体析出渗碳体的临界点。【知识模块】 金属材料9 【正确答案】 A c1、A c3、A ccm
11、 为实际加热时钢的相变温度，它们不是固定不变的，而是随着加热速度增大而提高，即加热速度越大，则过热度越大。如果加热速度极其缓慢，那么 Ac1、A c3、 Accm 就接近 A1、A 3、A cm 了。 同样，A r1、A r3、A rcm 为实际冷却时钢的相变温度，它们也随冷却速度不同而变化。冷却得越快，Ar1、A r3、A rcm 与 A1、A 3、A cm 的温度差越大，即过冷度越大。只有在极其缓慢冷却时，才接近于 A1、A 3、A cm。【知识模块】 金属材料10 【正确答案】 奥氏体等温转变曲线图是奥氏体过冷到 Ar1 以下，在不同温度和时间下等温转变而得到各种组织的曲线图，如图 3-
12、5 所示。曲线形状如拉丁字母中的“C”，故又称“C 曲线”。图的横座标(用对数座标 )表示时间，纵座标表示温度。在图上除有 C 形曲线外，还有临界温度 A1 线，马氏体转变开始线 Ms 和马氏体转变终了线 Mz。奥氏体等温转变曲线图可划分为四个区域：区域：在 A1 线以上，为稳定的奥氏体区域，即奥氏体不随时间发生变化。 区域：在 A1 线与 Ms 线之间，它被奥氏体转变开始线 a 和转变终了线 b 分成三个部分。纵坐标与 a 线之间的部分，为不稳定的过冷奥氏体区域，奥氏体没有转变；曲线 a 与 b 之间是过冷奥氏体和奥氏体等温转变产物区(铁素体与渗碳体的机械混合物)，随转变时间的增长，转变产物
13、越来越多，到曲线 b，表示过冷奥氏体全部转变完毕；曲线 b 右边部分是奥氏体转变终了所生成的铁素体与渗碳体的各种机械混合物。 区域：在 Ms 和 Mz 之间，是马氏体和奥氏体共存区域，随着温度的下降，奥氏体逐渐转变为马氏体。 区域：在 Mz 线以下，马氏体转变终了，是马氏体和残余奥氏体区域。【知识模块】 金属材料11 【正确答案】 钢从奥氏体化温度以各种不同速度冷却至室温时，记取转变开始与终了(以及一定转变量) 时的温度和时间，便可得到奥氏体连续冷却转变曲线图，又叫 C.C.T 曲线图，见图 3-6。 钢种及奥氏体化条件不同时，连续转变曲线的形状以及在温度一时间坐标中的位置可能有很大的变化，但
14、转变的基本规律大致相同。它与等温转变曲线相比，连续冷却转变曲线都处于等温转变曲线的右下方。说明连续冷却转变时的转变温度较低，过冷奥氏体的孕育期较长。 连续冷却转变曲线与焊接关系非常密切，焊接的冷却过程都是在一定条件下连续冷却的，可利用连续冷却转变曲线来判断焊接接头各部分的组织变化。【知识模块】 金属材料12 【正确答案】 钢在连续冷却时，冷却速度越快，则过冷度越大。如果冷却速度使奥氏体不可能发生向珠光体类组织的转变，而过冷到连续冷却转变曲线的下部区域，奥氏体转变为马氏体。这种获得马氏体转变的最低冷却速度称为临界冷却速度。从连续冷却转变曲线图来看，与连续冷却转变曲线(开始转变线)的鼻部相切的 V
15、k即为临界冷却速度。 一般来说，所有合金钢的临界冷却速度都小于碳钢的临界冷却速度，有的(如 2 铬 13)甚至能在空气中冷却，得到马氏体组织。【知识模块】 金属材料13 【正确答案】 45 号钢的连续冷却转变曲线见图 3-7。当进行退火(V 1 冷却速度)或正火(V 2 冷却速度) 时，奥氏体中先形成铁素体，其余奥氏体转变为珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。当以 V3 和 V4 速度冷却时，得到铁素体加珠光体加贝氏体加马氏体的混合组织。当以大于 Vk 速度(淬火)冷却时，则得到马氏体加残余奥氏体组织。【知识模块】 金属材料14 【正确答案】 12 铬 l 钼钒钢的连续冷却转变曲线见图 3-8
16、。当以 V1 速度冷却时，得到 85的铁素体和 15的珠光体；当以 V2 速度冷却时，得到 60铁素体、30珠光体和 10的贝氏体；当以 V3 速度冷却时，得到 40的铁素体、8的珠光体，其余为贝氏体；当以 V4 速度冷却时，得到 10的铁素体以外，其余均：为贝氏体和马氏体；当以 V5 速度冷却时，得到少量贝氏体外，其余均为马氏体；当以大于 Vk 的速度冷却时，则得全部马氏体和少量残余奥氏体组织。【知识模块】 金属材料15 【正确答案】 亚共析钢在退火、正火和淬火时，都要加热到上临界温度以上，使其奥氏体化。奥氏体的形成也是一个成核和长大的过程。 (1)珠光体向奥氏体转变。当加热到 Ac1 时，
17、首先奥氏体晶核在珠光体内的铁素体与渗碳体片的相界面上产生，并开始长大。它的长大过程是依靠珠光体内的铁素体继续向奥氏体转变和渗碳体不断固溶于奥氏体而进行的，一直到珠光体完全消失为止。 (2)铁素体向奥氏体的溶解。随着温度不断地上升，铁素体逐步向奥氏体转变，直到温度达 Ac3，铁素体才全部转变为奥氏体。 (3)奥氏体的均匀化。奥氏体刚形成时，其碳浓度是不均匀的，即原先渗碳体片存在的区域之碳浓度比原先铁素体片存在的区域要高。因此，要想得到均匀一致的奥氏体，加热温度要超过珠光体向奥氏体转变的终止点，而且还要在此温度停留一段时间，以便使碳在奥氏体晶粒内进行扩散而均匀化。 (4)奥氏体晶粒的长大。珠光体向
18、奥氏体转变时，由于珠光体片问很细密，成核很多，故在刚转变完时，形成大量的奥氏体小晶粒。但随温度的升高，奥氏体晶粒不断长大。【知识模块】 金属材料16 【正确答案】 合金钢的奥氏体化和碳素钢一样，也有三个阶段：成核、长大和均匀化。但是由于合金元素的存在，使其与碳素钢奥氏体化又有不同的特点。 (1)奥氏体的形成。合金元素可扩大或缩小奥氏体相区。如镍、锰等元素可扩大奥氏体相区，达到一定数量可使钢在室温下仍保留奥氏体组织；如硅、铬、钼、钛、钨等元素可缩小奥氏体相区，达到一定数量时可使钢在任何温度下都不转变成奥氏体。 合金元素将改变珠光体向奥氏体转变的临界点，并且使它在一个温度范围内进行转变。如镍、锰、
19、铜等元素降低 A1、A 3 点；而硅、铝、钼、钨、钒、钛、 等元素则升高 A1、A 3 点。 合金元素将影响奥氏体的形成速度。如镍、钴等元素增大碳在奥氏体中的扩散系数，使奥氏体转变加快。另外，如铬、钼、钨等元素降低碳的扩散系数，使奥氏体化转变缓慢。 (2)奥氏体的均匀化。合金钢中奥氏体均匀化的时间要比碳素钢长得多。因为合金元素的原子在奥氏体中的扩散速度只有碳原子的千分之几或万分之几。同时，合金碳化物又难溶于奥氏体，所以使奥氏体均匀化的时间延长。【知识模块】 金属材料17 【正确答案】 在“C”曲线上部，过冷奥氏体向珠光体转变。首先在奥氏体晶界上通过碳原子聚集，出现渗碳体的核心，并继续长大，结果
20、使其相邻的奥氏体含碳量降低，含碳量低的奥氏体通过晶格改组，转变为铁素体。因为铁素体几乎不溶解碳，所以它的形成和长大促使多余的碳被排挤出来，又使铁素体相邻的奥氏体含碳量增高，为形成渗碳体创造了条件，如此相互交替形成珠光体组织。在高温区域的转变范围内，当奥氏体过冷度小，即转变温度较高时，得到片层较粗的珠光体；若转变温度愈低，则转变时形成的渗碳体核心越多，转变的速度越大，其结果使铁素体和渗碳体的片层越薄，分别称为索氏体、屈氏体。【知识模块】 金属材料18 【正确答案】 在“C”曲线鼻子下半部，过冷奥氏体向贝氏体转变。首先在奥氏体晶界或晶内，含碳量较低的地方形成铁素体晶核，并继续长大；同时过饱和的碳不
21、断地扩散到奥氏体中去，并以碳化物的形式沉淀析出，形成铁素体和渗碳体的混合物，即贝氏体。在中温转变范围内的上部，形成上贝氏体；在转变范围的下部，形成下贝氏体。上贝氏体多半是铁素体在奥氏体晶界上成核，然后向晶内成排地长大，渗碳体呈微粒分布在片间，形成羽毛状。下贝氏体多半是铁素体在奥氏体晶内成核并长大，碳化物颗粒在铁素体片内沿一定方向沉淀析出，形成竹叶状。在低碳、中碳合金钢中还有一种发生在中温转变范围较高温度的转变产物，称为粒状贝氏体。它的组织是由块状铁素体及由铁素体基体所包围的小岛状组织(富碳奥氏体)所组成。这些富碳奥氏体在随后的转变过程中将发生转变或保留下来。【知识模块】 金属材料19 【正确答
22、案】 在 Ms 以下温度范围内，过冷奥氏体向马氏体转变。由于温度很低，碳原子的扩散极为困难，已不能发生扩散型转变，只能引起晶格改组，由面心立方晶格的 固溶体转变为体心立方晶格的 固溶体。奥氏体中的碳全部留在固溶体内，造成碳原子过饱和状态，使体心立方晶格变成体心正方晶格。碳在Fe 中的过饱和固溶体称为马氏体。 马氏体转变的过程，是依靠新的马氏体一片一片地形成，而不是依靠已形成的马氏体片长大。马氏体的数量随温度下降而增加，但不能进行到底，马氏体总是与残余奥氏体并存。【知识模块】 金属材料20 【正确答案】 碳素钢(简称碳钢)是含碳为 002211的铁碳合金。除碳以外，还存在一些其他元素，如硅、锰、
23、硫、磷等。碳钢是工业上应用最广的金属材料，约占钢总用量的 90以上。工程上将含碳量小于 025的钢称低碳钢；含碳量在 025060的钢称中碳钢；含碳量大于 060的钢称高碳钢。根据钢材硫、磷的含量分，可分为普通钢、优质钢、高级优质钢，其中高级优质钢硫、磷的含量最低。【知识模块】 金属材料21 【正确答案】 目前普通碳素结构钢均按国际标准化组织 ISO630结构钢标准确定钢的牌号，其表示方法主要由代表屈服强度的字母、屈服强度值、质量等级符号和脱氧方法符号四部分组成。第一部分为一般结构钢和工程用钢系列的总符号，以钢材的屈服点的“ 屈” 字的汉语拼音首位字母 “Q”表示。第二部分为钢材的屈服强度值(
24、 s)。第三部分为钢材质量等级，一般为 A、B、C、D 四个等级，主要以钢中含硫、磷量区分。第四部分以钢材脱氧方法来分，如沸腾钢(F) 、镇静钢(Z) 、特镇静钢(TZ)和半镇静钢(b)等。一般“Z” 与“TZ”在钢号中可省略。 如 Q235-A.F 钢，就是屈服强度 s=235MPa 的 A 级沸腾钢。【知识模块】 金属材料22 【正确答案】 优质碳素结构钢的牌号采用两位阿拉伯数字和规定的符号表示，阿拉伯数字表示碳含量的平均值(以万分之几计)。沸腾钢和半镇静钢，在牌号尾部分别加符号“F”“b” ，镇静钢一般不标符号。如“45”号钢表示平均含碳量为 045的镇静钢。较高含锰量的优质碳素结构钢，
25、在表示碳的含量的平均值的阿拉伯数字后加锰元素符号。如“50Mn”表示平均含碳量为 050，平均含锰量小于 15的优质碳素结构钢。专用优质碳素结构钢采用阿拉伯数字(碳的含量的平均值)和代表产品用途的符号等表示，焊接用钢牌号表示为“H”，压力容器用钢牌号表示为“R”，桥梁用钢牌号表示为“q”，锅炉用钢牌号表示为 “g”，焊接气瓶用钢牌号表示为 “HP”。如“20g”表示平均含碳量为 020锅炉钢。【知识模块】 金属材料23 【正确答案】 根据 GBT 2212000钢铁产品牌号表示方法的规定，合金结构钢采用阿拉伯数字和合金元素符号表示。牌号头部用两位阿拉伯数字表示碳的质量分数的平均值(以万分之几计
26、)。合金元素含量表示方法为：质量分数的平均值小于 15时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；质量分数的平均值为150249、250349、350449时，在合金元素后相应写成 2、3、4。例如： “30CrMnSi”表示碳的质量分数的平均值为 03，铬、锰、硅的质量分数的平均值均小于 15。【知识模块】 金属材料24 【正确答案】 低合金高强钢中合金元素的主要作用是：(1)通过铁素体强化、析出相的弥散强化和沉淀强化作用，提高钢的强度；(2)通过降低奥氏体分解温度获得强度较高的细珠光体组织或贝氏体组织；(3)通过细化晶粒而改善钢材的韧性。【知识模块】 金属材料25 【正确答案】 常用合金元素及在
27、钢中的作用如下：(1)碳(C)。碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度增高，但塑性、韧性相应降低。碳对低合金耐热钢而言，含碳量增加对钢的高温性能有不利的影响，因为在高温长期使用过程中，从固溶体中析出的碳化物必然增多，从而使固溶体中的合金元素贫化，降低了热强性。(2)锰(Mn)。目前使用的锅炉钢板中，几乎都含有锰。锰溶入固溶体提高钢的常温强度，它固溶强化铁素体和细化珠光体而提高钢的强度极限和屈服极限。锰也可使钢的高温短时强度有所提高，但对持久强度和蠕变极限没有什么明显的影响。(3)硅(Si)。硅溶入铁素体中起强化作用，显著提高钢的常温强度。但是硅的主要作用是提高钢的抗氧化能力，它
28、与铬共存时，能形成含铬、硅的氧化膜而显著提高钢在高温烟气下的抗氧化能力。(4)铬(Cr)。目前使用的耐热钢中，几乎都含有铬。铬的主要作用是提高钢的抗氧化能力。含铬 5的钢可以在 600650下不起皮；含铬 12，则在 800下不起皮。铬对蠕变极限的影响不明显，弥散强化的效果不及钒。铬有热脆性，常加钼来防止。 铬可溶于铁素体中，也可以形成碳化物。铬的碳化物强度高，并有很高的抗蚀性。铬在铁素体中可以提高铁素体的强度，但作用很弱。(5)钼(Mo)。目前使用的耐热钢中，几乎都含有钼，其含量一般小于 1。钼的主要作用是提高钢的热强性，是高温下固溶强化最有效的元素。但是，钼对钢的常温强度影响不大。钼有石墨
29、化倾向，可以加铬来防止，铬的脆化又利用钼来防止。因此，两者共存而制成一系列的铬钼钢，如 12CrMo、15CrMo、lOCrMo910、X12CrMo91 等。(6)钒(V)。钒的主要作用是提高钢的热强性，其含量一般小于 03。钒形成细小弥散的碳化物，在 650以下，有较高的稳定性，并可使其他元素如铬、钼、钨进入铁素体而强化。钒的作用效果由 VC 值和热处理规范而定， VC=4 是理论上最佳的比值。(7)钨(W)。钨的作用与钼相似，主要是提高钢的热强性，但其效果次于钼。近年来，钨钼复合用于耐热钢的有钢 102 等，其含钨量一般小于 06。钨在钢中形成特殊耐磨的碳化物，使钢在 550600仍能保
30、持极高的硬度，即钢的红硬性。钨是高速工具钢中的主要合金元素。(8)钛(Ti) 。钛的主要作用是提高钢的热强性。它是强碳化物形成元素，它与碳形成 TiC，TiC 在高温下极稳定，高于 1000时钛才缓慢溶入铁素体中。钛加入钼钢中可以防止石墨化，加入 188 型不锈钢中可以固定碳，消除晶界贫铬而防止晶间腐蚀。(9)铌(Nb)。铌的作用与钛相似，它的碳化物在高温下极为稳定。铌加入低合金耐热钢中，一般小于 02，能显著增加钢的热强性，特别是铌钒复合使用，效果更佳。(10)硼(B)。硼的突出作用是显著提高钢的淬透性。在耐热钢中，微量的硼可以显著提高钢的热强性、持久塑性。近年来，含硼的耐热钢(如钢 102
31、)中，硼的加入量不大于 0008。微量的硼析集和吸附在晶界上，从而强化了晶界。(11)稀土元素 (Re 或 R)。稀土元素共有 17 个，它是一组活性极强的元素，加入钢中可以净化钢质并在钢中起合金化作用。稀土元素可以提高钢的热强性、抗氧化性、持久塑性、冲击韧性和抗蚀性等。(12)镍(Ni)。镍的主要作用是使钢获得奥氏体组织，从而提高钢的抗蠕变能力。为了使钢获得奥氏体，必须加入较多的镍，因此，含镍的耐热钢几乎都是高合金钢。镍能提高钢的强度而不明显降低塑性和韧性。镍能促进石墨化，因此，珠光体耐热钢中一般不加镍。镍能提高钢的抗酸、碱、盐、大气腐蚀的能力，但不能抗硝酸腐蚀和抗疲劳腐蚀。(13)铜(Cu
32、)。铜的主要作用是提高钢抗干燥大气腐蚀的性能，含 0205的铜与磷复合使用时，效果更佳。铜可提高钢的强度，略提高钢的抗氧化能力、疲劳极限和韧性。【知识模块】 金属材料26 【正确答案】 硫是钢中的有害元素，硫和铁生成的硫化铁(FeS) 易于和 y 一铁形成低熔点(985)的共晶体，并分布在晶界。钢在进行热压力加工(温度范围10001200)时，共晶体就熔化了，这样就导致了钢材在高温下的破裂，称为“ 热脆性”。此外，硫在钢中还会降低钢的焊接性能和耐蚀性。所以普通碳素钢控制硫含量在 005以下，优质钢控制在 003以下。磷在钢中也是有害元素，它能溶人铁素体中，使铁素体塑性下降，而使其强度、硬度增高
33、。钢的塑性与韧性是随着温度下降而降低。含磷高的钢在低温时塑性与韧性接近于零，造成“ 冷脆性 ”。所以普通碳钢控制含磷量为 005以下；优质钢含磷量控制在 003以下。只有在某些特殊情况下，为了改善钢的切削加工性能，或者与铜配合，可提高钢的抗蚀性，这时才把磷作为合金元素加入钢中。【知识模块】 金属材料27 【正确答案】 钢材在高温时的性能包括：蠕变极限、持久强度、抗高温氧化性、组织稳定性、应力松弛、热疲劳和热脆性等。【知识模块】 金属材料28 【正确答案】 具有一定热稳定性和热强性，而合金元素总含量不超过 5的钢，称为低合金耐热钢。热稳定性是指在高温下能够保持化学稳定性(即耐腐蚀、不起皮)；热强
34、性是指在高温下具有足够的强度。钢材的耐热性主要是通过合金化来达到。合金化就是在碳钢中，加入可以提高热稳定性和热强性的合金元素，最常用的合金元素是铬、钼、钒、钨、钛、铌、硼、硅、稀土等。加入的合金元素种类和含量不同，钢的组织和耐热性就不一样，其应用也就不同。耐热钢具有好的高温性能，较高的化学稳定性，良好的组织稳定性。低合金耐热钢在高温时能保持化学成分的稳定和一定的强度。【知识模块】 金属材料29 【正确答案】 常用的耐热钢管有：15CrMo，用于蒸汽温度为 510的高、中压蒸汽导管，管壁温度小于 550的过热器管和集汽联箱等；10CrMo910 钢(德国钢种)，用于壁温小于 590的部件；12C
35、rlMoV 钢，用于壁温小于 580的过热器管或汽温为 540的蒸汽导管； JI11(12Cr3MoVSiTiB)钢，用于壁温 600620的过热器管、主蒸汽管；102(12Cr2MoWVB) 钢，用于壁温为 600620 的过热器管和再热器管。常用的耐热钢板有：16Mn 钢，用于小于 450的锅炉，低、中压容器，高压容器的层板和绕带等；15MnV 钢，用于 520以下的中、高压锅炉汽包，石油、化工容器等；14MnMoV 钢，用于 500以下的锅炉和石油、化工的高压厚壁容器；18MnMoNb 钢，用于 520以下的锅炉和石油、化工的高压厚壁容器等；14CrMnMoVB 钢，用于 400560的
36、高压容器等。【知识模块】 金属材料30 【正确答案】 高铬热强钢是以 12铬为基础的合金钢，由于加入了强化元素，因此具有较高的热强性，较好的组织稳定性和良好的工艺性能。可用于600620的高温、高压、高参数的过热器和蒸汽管道，如 X20CrMoV121 和 HT9等。【知识模块】 金属材料31 【正确答案】 T191 和 P91 均属 9Cr-1Mo 钢，它的主要化学成分及其含量为：C 为 008012，Cr 为 8095、Mo 为 085105、Ni 不大于 040、Nb 为 006010、V 为 018025、Mn 为030060、Si 为 020050。常温力学性能为：抗拉强度58585
37、0MPa，屈服强度 415MPa。T91 是小径管，可用于锅炉的过热器、再热器等。P91 是大径管，可用于发电厂的主蒸汽管、锅炉的联箱等。T91 和 P91 的高温蠕变性能和持久强度大约高出 10CrMo910 一倍左右。【知识模块】 金属材料32 【正确答案】 迄今已经推荐可以使用的新一代 9-12Cr 热强钢有：T23P23 、T24P24 、P91 T91 、P92(NF616)、P122(HCMl2A)、NF12 。分别使用的温度为：T23P23、T24P24570P91T91610 P92(NF616) 620 P122(HCM12A)620 NF12650【知识模块】 金属材料33
38、 【正确答案】 它们共同的特点为： (1)新型 9-12Cr 热强钢成分的共同特点是：1)低的含碳量，以前所有的热强钢都是通过弥散分布的合金碳化物获得高温强度的，因此总是把碳保持在 01以上的较高水平。新型的 9-12Cr 热强钢冲破了这一界限，把含碳量降到了 01以下。说明这一类钢的常温强度和高温强度都不是完全依赖于弥散分布的合金碳化物而获得的。 2)低的磷(P)、硫(S)含量，其控制的允许范围分别为002和001，除 P，S 以外还对 Cu、Sb、Sn、As 等的含量也分别作出了规定。 3)具有微量的 Nb、A1、N 等元素和较低的 V 含量。这些元素是作为对钢进行微合金化处理的目的而加入
39、的。 (2)在常温力学性能方面的共同特点是具有较高的 02 和明显优越的冲击韧性。 (3)在具有较高的常温 02 的同时，具有明显高于传统热强钢的高温强度。 可见这类钢的成分特点是含碳量低、净度高，经过了微合金化处理。在性能方面具有明显高的常温和高温强度，同时还具有高的韧性和塑性。【知识模块】 金属材料34 【正确答案】 提高钢强度的方法有固溶强化、沉淀强化、位错强化和细晶强化。其中只有细晶强化才能在提高强度的同时也提高其韧性和塑性。【知识模块】 金属材料35 【正确答案】 工程中使用的管线钢、P91 等热强钢是通过纯净钢质、微合金化和 TMCP 工艺达到这一目的的。在严格限制损害塑性韧性的杂
40、质元素的同时细化钢的晶粒和析出微细的 Nb、V 的碳化物、氮化物。【知识模块】 金属材料36 【正确答案】 在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀性能的钢，称为不锈钢。不锈钢具有抵抗空气、水、酸、碱溶液或其他介质腐蚀的能力。不锈钢可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。(1)铬不锈钢。铬在不锈钢中的含量一般在 1228之间，如：OCr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、Cr17、Cr28 等。为了提高钢的性能，常加入少量其他合金元素，如 Cr17Ti、Cr25Ti 等。含铬 13的钢，800时仍具有良好的抗氧化能力，故 Cr13 类钢可用来制造汽轮机叶片和阀门等。(2)铬镍不锈钢。铬和镍配合使用，使钢得到
41、单相奥氏体组织，具有较高的抗腐蚀能力。工业上应用最广的有 18-8 型铬镍不锈钢，即含铬为 18、镍为 8的钢，如：OCr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 等。还有铬镍含量更高的并加有其他合金元素的钢种，如：Cr18Ni12Mo2Ti、Cr25Ni20 等。【知识模块】 金属材料37 【正确答案】 铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、切削加工性、减振性等，而且价格低廉，所以是一种常用的金属材料。 根据碳在铸铁中存在的状态和形式不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁及可锻铸铁。 (1)白口铸铁。其中碳几乎以渗碳体(Fe 3C)的状态存在，断口呈白亮色，白口铸铁性质脆硬、渗碳体硬度达HB800，冷
42、加工极为困难，焊接性能较差。 (2)灰口铸铁：碳以片状石墨存在，基体为铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，具有良好的力学性能和切削加工性，是目前工业上应用最多的一种铸铁。 (3)可锻铸铁。是由白口铁经石墨化退火而得到。其中，大部分或全部碳以团絮状的石墨存在。它的强度比灰口铸铁高又具有良好的铸造性能。因此适于制造汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳、曲轴和连杆等。 (4)球墨铸铁：其中大部分或全部碳以自由状态的球状石墨存在。它的强度要比相同成分的灰口铸铁高 23 倍，可用于大功率柴油发动机的曲轴，燃气轮机的低压缸和中压阀门。【知识模块】 金属材料38 【正确答案】 常用的锅炉钢板有碳素钢板和合金钢板。其中碳素
43、钢板有：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D、15、20、20R、20g、22g 等；合金钢板有12Mng、16Mng、16MnR 等。【知识模块】 金属材料39 【正确答案】 常用的锅炉钢管有碳素钢管和合金钢管。其中碳素钢管有：10、20、20g 等；合金钢管有12CrMoG、15CrMoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB 等。【知识模块】 金属材料40 【正确答案】 钢管的最高使用温度是由钢中合金元素的含量而定的。因为钢中的合金元素(如铬、钼、钒、硼、稀土等)，可以提高钢的热强性和热稳定性，而保证了高温下钢管的性能。例如：从碳钢到
44、低合金钢，合金元素加入量不大于 5，使用温度从 500提高到 570，增加了 70；若合金元素加入量从 5增至15，使用温度从 570提高到 650，又增加了 80。因此，合金元素含量已定的钢管，它的最高使用温度也就定了。【知识模块】 金属材料41 【正确答案】 高温零部件包括：吊架、管夹、定位板等，它们用来固定炉内的受压元件。吹灰器在 1000左右温度下工作，也算高温部件。高温零部件在高温烟气中工作，例如过热器吊架在 9001050左右的烟气中工作，并承受整个过热器组件的重量，因此，应选用有一定高温强度的耐热、不起皮钢来制造。【知识模块】 金属材料42 【正确答案】 电站用的铸钢件主要有汽缸
45、和阀门。它们在特定的温度和压力下工作，由于各部位厚度不均匀和结构形状复杂，在铸件内部产生温差应力和应力集中而形成裂纹。因此，铸件用钢要求有足够的抗热疲劳性能和良好的铸造工艺性能。铸件用钢及其应用范围见表 3-2。【知识模块】 金属材料43 【正确答案】 汽轮机叶片的作用是将高温、高压蒸汽的热能转变为机械能。汽轮机叶片处于拉应力、扭应力和弯曲应力下工作，由于气流脉动的影响而产生振动，使叶片承受交变载荷。在湿蒸汽区工作的叶片还会产生电化学腐蚀和水滴冲刷磨损。因此，叶片用钢要求具有良好的抗振性、耐蚀性、耐磨性和一定的强度、塑性、韧性，在温度高于 400以上时，还要求良好的持久强度、持久塑性和蠕变极限
46、等。叶片用钢及其使用温度见表 3-3。【知识模块】 金属材料44 【正确答案】 错用钢材有两种情况：(1)优材劣用，其后果一般是造成浪费。如在室温下工作的零部件，用 20 钢就可以了，但错用了 12Cr1MoV 钢，两者屈服极限只差 10MPa，而价格却相差很大。另外，由于优材劣用，在选择焊接工艺时，不能满足优材的需要，也会造成优材劣用处焊接接头性能的低劣，甚至产生破断事故。(2)劣材优用，其后果一般是造成破断事故。如在 540下工作的零部件，应用12Cr1MoV 钢而错用了 20 钢，由于 20 钢规定的最高使用温度为 500，它在500以上即要开始剧烈的氧化而导致断裂。【知识模块】 金属材料
