不锈钢材料性能的评估

    材料的评估包括材料的性能和冶金方面的试验，含金属连接在内的加工性的检测以及在实验室和现场试验中材料的适用性。材料的耐蚀性评估将进一步讨论。

    (1)材料试验

    除了用化学分析检查材料的成分以外，通常对所选定试样进行表观检查和力学试验以及确定原材料是否满足每个规定的要求。另外需要对焊接试样进行试验以评定焊接质量。其中力学试验有拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。材料截面试样的金相检查提供含夹

杂物材料与纯净度相关的信息，并提供金相结构及晶粒尺寸。对于焊接部位，类似的检查可以检验出焊接缺陷，如夹杂物、孔隙度、裂纹及不符合要求的焊接技术等。这些试验对材料本身是典型的破坏性试验。

    (2)材料耐蚀性的评估和选择

    材料的选用，愈来愈习惯用模拟环境试验的数据作为依据来选择材料以防止腐蚀，包括高温腐蚀。这些试验包括：腐蚀挂片试验；热质量分析(TGA)；动态燃烧室的研究；热循环；实验室玻璃器皿的试验；现场试验。

    (3)材料的功能要求

    ①强度。强度包括多个力学性能，最常用来指拉伸强度和屈服强度。可以利用应力一应变曲线来理解它们。其他相关的强度还包括压缩、弯曲、剪切和扭转强度。在条件许可情况下最好使用高强度的材料以减少零件的厚度。

    ②疲劳强度。疲劳是指由循环应力造成金属断裂的失效。常见的例子包括远低于拉伸强度的速变应力。当应力增大时，引起失效所需要的循环次数就减少。习惯上绘制金属应力和循环次数曲线( S-N)，如图4-3所示。曲线由应力相对于循环次数的对数来描绘。对于一个给定的较大循环次数，通常在低于某应力值的情况下不发生失效，这个应力值就称为疲劳极限。因为以保持正常的应力不高于疲劳极限的应力防止变形和断裂，所以疲劳失效几乎总是伴随着突变、缺口、冲击、残余应力的存在而发生。

    疲劳失效常常发生在焊接接头，因为采用焊接接头，这样的设计会出现明显的应力集中效应。有利于耐疲劳的材料特性和设计特性有，利用合金化或热处理来提高拉伸强度；减少工件的厚度，使用抛光表面，降低设计应力，细化材料的晶粒尺寸，消除材料的冶金缺陷和残余应力，减轻表面存在压应力，减少助长腐蚀和疲劳的环境，并且采用金属覆盖层，如Cr、Ni或Cd（镉）镀层，这是因为镀层中的微裂纹有可能会降低疲劳强度。

    ⑧脆性断裂。脆性断裂是在低于屈服强度的正常应力下，由裂纹的快速扩展而造成的失效。绝大多数的脆性断裂发生在具有体心立方(bCC)品格结构的金属中，特别是铁素体不锈钢，不仅在低于临界拉伸强度，甚至低于屈服强度的情况下就会发生完全的断裂。钢发生脆性断裂的条件如下：本身存在缺陷；缺陷处存在残余拉伸应力与工作载荷引起的拉伸应力的交汇，如果应力是三维向就更为严重；足够低的温度；还原处理、成分、轧制操作和后续的热处理等冶金因素；韧性；蠕变；耐热性；热和腐蚀；耐蚀性；氢腐蚀；加工性。

    ④韧性。材料的韧性就是指材料断裂之前吸收能量和塑性变形的能力，韧性是用材料成形和断裂期间吸收的能量来衡量的。它是最重要的低温力学性能而不是强度。缺口的韧性受化学成分、微观组织、晶粒尺寸、晶粒生长的模式、截面尺寸、冷热加工的温度、加工方法和表面状况如渗碳和脱碳等影响。

    基本试验：最普通的韧性试验是采用带缺口的试样，通常通过冲击试验测量缺口韧性，或在相对较低的应变速率下测量断裂韧性。冲击试验可揭示材料的低温强度、韧性不足和脆性，这些试验特别适合铁素体材料，可以显示韧性向脆性的转变。

    ⑤耐蚀性。金属和合金的破坏大多是由腐蚀造成的。实际上对于所有包含一系列基本操作的工艺过程来说，设备、换热器、管道构件或其他系统构件的失效就意味着停工、昂贵的维修和更换构件，因此压力容器和换热器的结构材料应该在使用环境中具有合适的腐蚀速率。另外注意由周围气氛引起的腐蚀。

    (4)根据耐蚀性的条件来选择材料

    良好的搭配。在选择材料时有几种金属与环境的搭配是非常恰当和合适的。这些搭配通常表现为，在最低的成本下获得最高的耐蚀性，应该给予考虑。这些搭配有：碳钢一浓H2 S04；不锈钢一HN03；Cu-Ni-Mo钢一海水或盐水；超级铁素体钢一海水的搭配。