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CHAPTER 3
基本要求：化学成分，钢材的化学成分对其性能和热处理有较大的影响；力学性能，指材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现的力学行为；制造工艺性，材料的制造工艺性能的要求与容器的结构形式和使用条件紧密相关。
应遵循以下6条原则：压力容器的使用条件(设计温度、设计压力、介质特性及操作特点等)；相容性，一般是指材料必须与其相接触的介质或其他材料相容；零件的功能和制造工艺；材料的使用经验(历史)；综合经济性，主要是指性能价格比及来源；规范标准，和一般的结构钢相比，压力容器用钢有不少特殊要求，应符合相应国家标准和行业标准的规定。
《固定式压力容器安全技术监察规程》(以下简称《固容规》)有如下规定：
① 压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定；
② 材料生产单位必须保证质量，并应按相应标准的规定提供质量证明书(原件)，质量证明书的内容必须填写齐全，并经生产单位质量检验部门盖章确认；
③ 材料生产单位应按相应标准的规定，在材料的指定部位或其他明显的部位做出清晰、牢固的标识。
《固容规》的要求为：厚度大于或者等于12mm的碳素钢和低合金钢钢板(不包括多层压力容器的层板)用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测。
① 盛装介质毒性程度为极度、高度危害的；
② 在湿H 2 S腐蚀环境中使用的；
③ 设计压力大于或者等于10MPa的；
④ 本规程引用标准中要求逐张进行超声检测的。
《固容规》的要求为：对于采购的第Ⅲ类压力容器用Ⅳ级锻件，以及不能确定质量证明书的真实性或者对性能和化学成分有怀疑的主要受压元件材料，压力容器制造单位应当进行复验，符合本规程及其相应材料标准的要求后方可投料使用。
GB 150—2011规定，碳素钢和碳锰钢在高于425℃温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。奥氏体型钢材的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0.04%，这是因为碳素钢和碳锰钢在上述情况下，钢中的渗碳体会产生分解，
3Fe+C(石墨)，而这一分解及石墨化最终会使钢中的珠光体部分或全部消失，使材料的强度及塑性均下降，而冲击值下降尤甚，钢材明显变脆，美国ASME规范对此也有同样规定。奥氏体型钢材在使用温度高于500～550℃时，若含碳量太低，强度及抗氧化性会显著下降。因此，一般规定超低碳(C含量≤0.03%)奥氏体不锈钢的使用范围，18-8型材料用到400℃左右，18-12-2型材料用到450℃左右，使用温度超过650℃时，国外对于S30408、S31608型材料一般要求用H级，即含碳量要稍高一些，主要也是考虑耐蚀，而且耐热及有热强性。
《固容规》规定，压力容器受压元件采用境外材料，应符合以下要求。
① 境外牌号材料应当是境外压力容器现行标准规范允许使用并且境外已经有使用实例的材料，其使用范围应当符合境外相应产品标准的规定，如本规程引用标准列有相近化学成分和力学性能的牌号时，其使用范围还应当符合本规程引用标准的规定。
② 境外牌号材料的技术要求不得低于境内相近牌号材料的技术要求(如磷、硫含量，冲击试样的取样部位、取样方向和冲击功指标，断后伸长率等)。
③ 材料质量证明书和材料标志应当符合本规程2.1的规定。
④ 压力容器制造单位应当对进厂材料与材料质量证明书进行审核，并且对材料的化学成分和力学性能进行验证性复验，符合相关要求后才能投料使用。
⑤ 用于焊接结构压力容器受压元件的材料，压力容器制造单位在首次使用前，应当掌握材料的焊接性能并且进行焊接工艺评定。
⑥ 标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材、用于压力容器设计温度低于-40℃的低合金钢钢材，材料制造单位还应当按本规程1.9的规定通过技术评审，其材料方可允许使用。
对以下一些材料提出了补充要求。
(1)12Cr2Mo1VR钢板 作为中温用钢板(抗氢钢板)，附录A对其化学成分和力学性能作了规定。其余未规定事项均按GB 713的相关规定。
(2)15MnNiNbDR钢板 常用于制造-40℃级低温球形容器。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 3531规定。
(3)08Ni3DR钢板 低温用钢。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 3531规定。
(4)06Ni9D钢板 低温用钢。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 3531规定。
(5)12Cr2Mo1钢管 附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 9948规定。
(6)09MnD钢管 附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 9948规定。
(7)09MnNiD钢管 附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 9948规定。
(8)08Cr2A1Mo钢管 附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 9948规定。
(9)09CrCuSb钢管 附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB 9948规定。
《固容规》规定：铸铁不得用于盛装毒性程度为极高、高度或中度危害介质，以及设计压力大于或等于0.15MPa的易爆介质压力容器的受压元件，也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件。除上述压力容器之外，允许选用以下铸铁材料。
(1)灰铸铁 牌号为HT200、HT250、HT300 和HT350。设计压力不大于0.8MPa,设计温度范围为10～200℃。
(2)球墨铸铁 牌号为QT400-18R和QT400-18L。设计压力不大于1.6MPa,QT400-18R的设计温度范围为0～300℃，QT400-18L的设计温度范围为-10～300℃。
《固容规》规定：压力容器用有色金属(铝、钛、铜、镍及其合金等)应当符合以下要求。
① 用于制造压力容器的有色金属，其技术要求应当符合本规程引用标准的规定，如有特殊要求，需要在设计图样或相应的技术文件中注明；
② 压力容器制造单位应当建立严格的保管制度，并且设专门场所，与碳钢、低合金钢分开存放。
铝和铝合金用于压力容器受压元件时，应当符合下列要求：
① 设计压力不大于16MPa；
② 含镁量大于或者等于3%的铝合金(如5083、5086)，其设计温度范围为-269～65℃，其他牌号的铝和铝合金，其设计温度范围为-269～200℃。
纯铜和黄铜用于压力容器受压元件时，其设计温度不高于200℃。
钛和钛合金用于压力容器受压元件时，应当符合下列要求：
① 钛和钛合金的设计温度不高于315℃，钛-钢复合板的设计温度不高于350℃；
② 用于制造压力容器壳体的钛和钛合金在退火状态下使用。
镍和镍合金用于压力容器受压元件时，应当在退火或者固溶状态下使用。
钽、锆、铌及其合金用于压力容器受压元件时，应当在退火状态下使用。钽和钽合金设计温度不高于250℃，锆和锆合金设计温度不高于375℃，铌和铌合金设计温度不高于220℃。
压力容器用中温用钢有Mo钢、Cr-Mo钢及Cr-Mo-V钢，使用温度范围400～600℃；在石油、化工的压力容器中，介质常含有氢，在一定的温度及氢分压条件下，会使钢材产生氢腐蚀。而上述含Mo、Cr及V的中温用钢均有一定的抗氢腐蚀能力，因此在石油、化工的压力容器中也作为抗氢钢使用。具体选择材料时要依介质温度及氢分压按纳尔逊(Nelson)曲线来决定。中温用钢国外常用的有0.5Mo、0.5Mo-0.5Cr、0.5Mo-1Cr、0.5Mo-1.25Cr及1Mo-2.25Cr等钢种，是按合金元素含量及抗氢能力划分的。国内对应及相近的钢号主要有以下几种。
(1)钢板 15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR、12Cr2Mo1VR。
(2)钢管 12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、12Cr2MoVG。
(3)锻件 35CrMo、15CrMo、14Cr1Mo、12Cr2Mo1、12Cr1MoV、12Cr2Mo1V、12Cr3Mo1V、1Cr5Mo。
(4)螺栓 30CrMoA、35CrMoA、35CrMoVA、25Cr2MoVA、40CrNiMoA、1Cr5Mo(新牌号S45110)。
高合金钢分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型及奥氏体-铁素体型和沉淀硬化型，但目前用于压力容器的，主要为奥氏体型[如S30408(0Cr19Ni9)]和铁素体型[S11306(0Cr13)]，马氏体型仅在螺栓中有使用[S42020(2Cr13)]。铁素体型材料有475℃脆性、口相析出及晶粒长大引起的脆性等倾向，冷成型性也不太好，此外，焊前要预热，焊后要进行热处理，主要的焊接困难是接头脆化，若接头刚性大，焊后会产生裂纹，这些原因都限制了铁素体型材料(0Cr13)的使用；马氏体型材料含碳量高，强度高、硬度大，具有强烈的淬硬倾向，可焊性差，故不用作压力容器受压部件；奥氏体型高合金钢韧性、塑性及工艺性能良好，因此广泛用于压力容器，一般的奥氏体型高合金钢不含稳定化元素的钢种，在450～850℃范围内停留会产生晶间腐蚀倾向，在与腐蚀性介质接触时会因晶间腐蚀而破坏，奥氏体型高合金钢还可用于低温；沉淀硬化型材料属于通过热处理获得强化的Cr-Ni高合金钢，热处理后有多种组织类型，GB 4237列入的0Cr17Ni7Al，即为半奥氏体型沉淀硬化高合金钢。
低温压力容器的材料选择主要考虑在整个工作温度区间材料应有足够的韧性。一般讲，面正立方晶格的金属及合金在低温下不易发脆；此外，低温脆性与化学成分有关，提高Mn/C比值可以提高韧性；Ni含量增加，转变温度会降低；为防止受冲击载荷影响，要求材料在低温下有一定的冲击值。目前，列入GB 150—2011中的用于低温压力容器的专用低合金材料(以字母D表示)主要有低合金钢板9种，低合金钢管4种(其中包括GB 6479中的16Mn)，低合金钢锻件6种。用于低温的还有奥氏体型高合金钢；镍钢，如3.5Ni、9Ni钢等；铝合金；铜合金；镍合金，如蒙乃尔合金等。
奥氏体不锈钢可按含碳量多少进行分类，以最常用的18-8不锈钢为例：含碳量较高的钢号为1Cr18Ni9(C含量≤0.10%)；含碳量较低的钢号为0Cr19Ni9(C含量≤0.08%)；含碳量最低的钢号为0Cr19Ni11(含C含量≤0.03%)。通常将含C含量≤0.08%的奥氏体不锈钢称为低碳不锈钢；将含C含量≤0.03%的奥氏体不锈钢称为超低碳不锈钢。奥氏体不锈钢含碳量越低，耐晶间腐蚀性能越好。由于国内外炉外精炼技术(AOD、VOD)的发展，价廉质高的超低碳奥氏体不锈钢已广泛采用，以往含碳量较高而加有稳定化元素(Ti、Nb)的不锈钢已基本淘汰，与后者相比，超低碳不锈钢还克服了焊件热影响区的刀口腐蚀倾向。
有以下两种：
① GB 229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》；
② GB 4160—2004《钢的应变时效敏感性试验方法(夏比冲击法)》。
在确定金属韧性的冲击试验中(冲击试验应按标准规定的办法进行)，具有一定形状和尺寸的金属试样在冲击负荷作用下折断时所吸收的功叫冲击吸收功，简称冲击功；冲击功除以试样缺口底部处横截面面积所得的商叫冲击韧性值。冲击韧性值对金属的组织缺陷十分敏感，是检验材料冶金质量和脆性倾向的有效手段。
GB 700—2006《碳素结构钢》对钢的牌号的表示分4个部分，即：代表屈服强度的字母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号。
如Q235A·F表示屈服强度值为235MPa、质量等级为A级的沸腾钢；Q235B表示屈服强度值为235MPa、质量等级为B级的镇静钢。钢材均按规定的化学成分和机械性能供货。
GB 150—2011中对GB/T 3274—2007标准中的Q235B和Q235C钢板作为压力容器受压元件使用规定如下。
① 容器的设计压力小于1.6MPa。
② 钢板的使用温度：Q235B钢板的适用范围为20～300℃。Q235C的适用范围为0～300℃。
③ 用于容器壳体的钢板厚度：Q235B和Q235C不大于16mm。用于其他受压元件的钢板厚度：Q235B不大于30mm，Q235C不大于40mm。
④ 不得用于毒性为高度或极度危害介质的压力容器。
压力容器用碳钢和低合金钢钢板，符合下面条件，应在正火状态下使用：
① 用于多层容器内筒的Q245R和Q345R；
② 用作壳体的厚度大于36mm的Q245R和Q345R；
③ 用作其他受压元件(法兰、管板、平盖)等的厚度>50mm的Q245R和Q345R。
这主要是考虑国内轧制设备条件限制，较厚板轧制比小，钢板内部致密度及中心组织质量稍差；另外对钢板正火处理可细化晶粒及改善组织，使钢板有较好的韧性、塑性，以及较好的综合机械性能。
有以下差别：
① 化学成分，16MnDR P含量≤0.020%、Si含量在0.15%～0.50%，Q345R P含量≤0.025%、Si含量≤0.55%；
② 16MnDR的最低冲击试验温度为-40℃，而Q345R为-20℃；
③ 16MnDR的夏比(V形缺口)低温冲击功不小于47J，而Q345R的低温冲击功不小于41J；
④ 16MnDR钢板厚度大于20mm时，规定钢板逐张进行超声检测，厚度不大于20mm时，超声检测为协议项目，Q345R钢板的超声检测则不论厚度，均为协议项目。
规定一般按GB 24511选用，也可选用已列入有关标准的奥氏体钢板和奥氏体-铁素体钢板，但应在图样或相应技术文件中提出有关技术要求，如化学成分、机械性能、使用状态和必须进行的检验项目等。
GB 150—2011规定：不锈钢-钢复合钢板的使用温度范围应同时符合本标准对基材和覆材使用温度范围的规定。
钢锭浇铸时会形成偏析或含有杂质，在轧制钢板的过程中，这些不均匀部分和杂质会顺着金属延伸方向形成纤维状带状组织，从而使钢板平行于纤维状组织方向(纵向)的机械性能高于垂直方向(横向)，尤其韧性和塑性指标更突出。为提高材料的安全使用及压力容器的可靠性，GB 150—2011规定低温冲击试验要取横向作为最低冲击功的规定值。
HG/T 20581—2011规定如下。
(1)采用钢管作压力容器壳体时，设备制造部门应按照下表的要求复验力学性能，并符合相应钢管标准的要求。奥氏体不锈钢钢管可免做冲击韧性试验。
(2)用作Ⅱ、Ⅲ类容器壳体的钢管，设备制造厂应逐根按设备液压试验压力进行水压试验。Ⅰ类容器壳体用钢管，如钢厂已做水压试验者，可不再复试。
(1)对于碳素钢和低合金钢
① 用作容器筒体和封头的筒形、环形、碗形锻件。
② 公称厚度大于300mm的低合金锻件。
③ 标准抗拉强度下限值大于或等于540MPa且公称厚度大于200mm的低合金钢锻件。
④ 使用温度低于-20℃且公称厚度大于200mm的低温用钢锻件。
(2)对于高合金钢 用作容器筒体和封头的筒形、环形、碗形锻件。
大型锻件生产工艺较复杂，包括冶炼、铸锭、锻造、锻后热处理以及机加工和最终热处理等，由于锻件大，易产生较大程度的偏析，以及有纵向和横向、表面与心部的性能差别，并且还有高的白点敏感性和回火脆性等问题。对于大型锻件，一般来说，应当着重注意的工艺性能有铸造性能、锻造性能、白点敏感性、回火脆性倾向，以及回火温度的范围大小、可焊性和切削加工性等；并且应根据情况，采取相应措施及提出具体要求以保证质量，比如对主截面锻造比的要求，又如钢有白点敏感性，则应要求注意缓冷等。
Ⅲ级以上锻件的检验内容，与Ⅰ、Ⅱ级锻件相比，增加了超声检测、拉伸和冲击(R m 、R eL 、A、KV2)的检查。Ⅲ级锻件与Ⅳ级锻件检验项目相同，但Ⅲ级锻件的拉伸和冲击(R m 、R eL 、A、KV2)的检查为同冶炼炉号、同炉热处理的锻件组成一批，每批抽检一件，而Ⅳ级锻件则为逐件检验。
质量证明书应包含下列内容：①锻件制造厂名；②订货合同号；③标准编号、钢号、锻件级别、批号、锻件数量；④各项检验结果，检验单位和检验人员签章；⑤热处理曲线图(复印件)；⑥合同上所规定的特殊要求的检验结果。
有以下要求：
① 探头的工作频率为0.5～2MHz；
② 对比试块的晶粒大小和声学特性应与被测锻件大致相近；
③ 一般应进行直探头纵波检测，对于环形和筒形锻件必要时还应进行斜探头检测；
④ 锻件原则上应在最终热处理后、粗加工前进行超声检测。
锻件的热处理状态主要取决于钢种及锻件的截面尺寸，要求使材料能充分发挥强度的潜力且锻件能有较好的综合机械性能。碳素钢锻件由于淬透性差一些，一般采用正火或正火加回火(中碳钢锻件也可采用调质)；低合金钢锻件16Mn及15MnV为正火或正火加回火处理，其他低合金钢和合金结构钢锻件则一般为调质；奥氏体不锈钢锻件为固溶处理。
HG/T 20581—2011标准要求：
① 设计压力≥1.6MPa的铁素体铸钢件应检验铸件的常温冲击功，采用V形缺口夏比冲击试样，三个试样的平均值应不低于20J；
② 空心的承压铸钢件应当在热处理后，逐件进行水压试验，水压试验压力应不低于设计压力的1.5倍；
③ 单件质量>300kg的承压法兰类铸钢件应按《铸钢件射线照相检测》GB/T 5677进行射线检测，且不低于3级要求；
④ 承压铸钢件的安全系数取值按一般锻轧钢材的规定，但还必须考虑铸造质量系数φ，一般情况下，φ≤0.80，当符合下列条件之一时，可采用φ≤0.90的铸造质量系数。
a.逐件对铸件受力较大部位、截面急剧变化的部位及接合处、冒口部位等按《铸钢件射线照相检测》GB/T 5677进行射线检测，且不低于3级要求；
b.逐件对铸件表面按《铸钢件磁粉检测》GB/T 9444或《铸钢件渗透检测》GB/T 9443进行磁粉或着色检测，不得存在任何裂纹(含热裂纹)；其他线性缺陷应符合表3-1要求；圆形缺陷应符合2级要求；在缺陷密集区域面积为25cm 2 (矩形的一边长度最长为15cm)的矩形内，分散性缺陷应符合3级要求；
表3-1 铸钢件线性缺陷合格等级
c.首批制成的5个铸件中抽取3个，其后的产品中每5个抽取1个按本条第①款和第②款的要求进行检查，且符合表3-1的要求。
螺栓的硬度一般应比螺母稍高，方法可通过选用强度级别不同的材料或不同的热处理状态来达到。
HG/T 20581—2011规定：
① 设计压力≥10.0MPa的高压紧固件用直径>50mm的锻轧钢棒应按《承压设备无损检测》JB/T 4730.3进行超声波检测，且应符合Ⅲ级或Ⅳ级以上要求；
② 高压紧固件应在热处理和机械加工后，按《承压设备无损检测》JB/T 4730.4进行磁粉检测，不得存在任何裂纹以及大于1.5mm的非轴向线性缺陷以及大于4mm的圆形缺陷。
有以下规定：
① 螺栓、双头螺柱的力学性能等级应符合《紧固件机械性能》GB/T 3098.1的4.6级或8.8级要求；螺母的力学性能等级应符合《紧固件机械性能》GB/T 3098.2的5级或8级要求；不锈钢紧固件牌号0Cr19Ni9应符合《紧固件机械性能》GB/T 3098.6的A2的要求，牌号 0Cr17Ni12Mo2应符合《紧固件机械性能》GB/T 3098.6的A4的要求；
② 商品紧固件的产品公差分A、B、C三个等级。
《固容规》规定：
① 用于制造压力容器受压元件的焊接材料，应当保证焊缝金属的力学性能高于或者等于母材规定的限制值，当需要时，其他性能也不得低于母材的相应要求；
② 焊接材料应当满足相应焊材标准和本规程引用标准的要求，并且附有质量证明书和清晰、牢固的标记；
③ 压力容器制造单位应当建立严格执行焊接材料的验收、复验、保管、烘干、发放和回收制度。
HG/T 20581—2011要求：
① 选用焊接材料应保证焊缝金属的力学性能高于或等于相应母材标准规定的下限值，且应保证铬、镍、钼或铜等主要合金元素的含量不低于母材标准规定的下限值，并满足图样规定的要求；
② 对于有防止晶间腐蚀要求的焊接接头，应采用熔敷金属中含有稳定化元素钛、铌的焊接材料，或保证熔敷金属C含量≤0.04%的焊接材料。
金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，也有称为力学性能，其主要的特性指标如下。
① 强度极限σ b 。
② 屈服极限σ s ；有些材料(如某些合金结构钢)的拉伸曲线并不出现明显的屈服平台，不能明确确定其屈服点，为此在工程上规定，取使试样产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限，用σ 0.2 来表示。
③ 延伸率δ 5 或δ 10 。
④ 断面收缩率ψ。
⑤ 冷弯，冷弯也是一种间接的塑性指标。
⑥ 冲击韧性(冲击功)A k ，由于冲击韧性是材料各项性能指标中对化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对于压力容器用钢来讲，冲击韧性是一项重要的性能数据。
⑦ 硬度，反映材料对局部塑性变形的抗力及材料的耐磨性。根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系：
轧制、正火或退火的低碳钢，σ b =0.36HB;
轧制、正火或退火的中碳钢，σ b =0.35HB;
硬度≤HB250，经热处理的碳钢和低合金钢，σ b =0.34HB;
硬度=250～400HB，经热处理的合金钢，σ b =0.33HB。
由于测定硬度方便，对焊接接头，也常有用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度。
铁碳合金状态图是表示不同成分的铁碳合金，在不同温度下所具有的状态或组织的一种图形，通过它能掌握钢的组织随成分和温度变化的规律，正确制定热处理和热加工的工艺。
铁碳合金有以下四种主要的晶体相。
(1)铁素体(F) 它是碳在α-Fe中的固溶体，其溶碳能力较差，室温下仅溶碳0.006%，在723℃时达到最大值0.2%，所以其强度、硬度较低，塑性及韧性很高，它是碳钢在常温时的主体相。
(2)奥氏体(A) 它是碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较大，在723℃为0.80%，在1147℃时达到最大值2.06%，它是碳钢在高温时的组织。
(3)渗碳体(Fe 3 C) 它是铁和碳的化合物，含碳量为6.69%，性能硬而脆，几乎没有塑性，它是钢中的强化相。
(4)珠光体(P) 它是铁素体和渗碳体相间排列的片状层组织，是一种机械混合物，因此，其机械性能介于纯铁和渗碳体之间，强度较好。
脱氧不完全的钢称为沸腾钢。由于脱氧不完全及钢液中含氧量多，浇注及凝固时会产生大量CO气泡，造成剧烈的沸腾现象；沸腾钢冷凝后没有集中缩孔，因而成材率高、成本低、表面质量及深冲性能好，但因含氧量高、成分偏析大、内部杂质多、抗腐蚀性和机械性能差，且容易发生时效硬化和钢板的分层，不宜作重要用途。
镇静钢是脱氧完全的钢。浇注时钢液平静，没有沸腾现象，这种钢冷凝后有集中缩孔，所以成材率低、成本高，但镇静钢气体含量低、偏析小、时效倾向低，钢锭中气泡疏松较少，质量较高。
钢的热处理方法主要有以下几种。
(1)退火 又可分为完全退火(重结晶退火)、去应力退火和再结晶退火。退火工艺为把钢加热到临界点(A c1 或A c3 )或再结晶温度以上，保温一段时间，然后缓冷，使组织达到接近平衡状态；完全退火主要用于亚共析钢钢件和热轧型材，目的是细化晶粒、消除内应力和改善钢的性能；去应力退火主要用来消除铸件、锻件、焊接件、热轧件和冷拉件等的残余应力；再结晶退火则主要用来消除形变硬化和残余应力，以降低硬度、提高塑性。
(2)正火 将钢加热到A c3 (或A cm )以上30～50℃，保温后在空气中冷却，得到珠光体型的组织的热处理工艺叫正火。正火主要用于碳钢和低合金钢，提高其机械性能，细化晶粒，改善组织；正火与退火的区别是正火的冷却速度稍快，所获得的组织比退火细，机械性能也有所提高。
(3)淬火 将钢加热到A c3 (亚共析钢)或A c1 (过共析钢)以上30～50℃，保温后以大于临界冷却速率的速率快速冷却的热处理工艺叫淬火。淬火一般是为了得到马氏体组织，使钢得到强化。
(4)回火 钢淬火后为了消除残余应力及获得所需要的组织和性能，把已淬火的钢重新加热到A c1 以下某一温度，保温后进行冷却的热处理工艺叫回火。按回火温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火。
(5)调质 通常将淬火加高温回火的热处理工艺叫调质。调质后获得回火索氏体组织，可使钢件得到强度与韧性相配合的良好的综合机械性能。
(6)固溶处理 将合金加热至高温单相区，并经过充分的保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和的固溶体的工艺，称为固溶处理。其目的是为了改善金属的塑性和韧性，并为进一步进行沉淀硬化处理准备条件。
钢在冶炼和轧制过程中，由于工艺不当，成型之后钢材中会产生一些缺陷，常见的缺陷有重皮、分层、低熔点夹杂物(非金属夹杂物)，皮下气泡、疏松、组织和成分的偏析、裂纹与白点等，这些缺陷不仅严重影响钢材的机械性能和使用性能，而且给钢材加工造成困难。在制造压力容器前，根据情况可对钢材进行必要的检验，常用的有低倍组织检查、断口检查及超声波检查等，但在任何情况下都不能使用有白点的钢材。
钢中的气体夹杂主要为氢、氧和氮。钢冶炼时，会吸收微量的氢，凝固后会继续留存在钢中，在缺陷处聚集，以分子状态存在，造成高压，使钢产生开裂，称为白点。白点会显著降低钢材的机械性能，特别是塑性和韧性，因此冶炼时要尽量降低氢含量，大截面钢件锻后应缓冷或进行去氢退火处理。
氧主要存在于钢中的非金属夹杂物中，这些夹杂物常常是应力集中源，会引起局部塑性变形，以及成为冲击破坏和疲劳破坏的起点，导致冲击韧性和疲劳强度的下降，因此，为保证钢的性能，必须严格控制这类夹杂物的数量、形状、大小和分布。
氮也是冶炼时进入钢中的，它在一定条件下是一种有用的合金元素，可细化晶粒，但氮在钢中也有不利影响，会导致低碳钢的应变时效及降低韧性和塑性。炼钢时加入Al、Ti进行脱氮处理，可以消除钢的时效倾向。
(1)应变时效的影响 钢材冷加工变形后，在室温或较高温度(100～300℃)下停留，内部会产生脱溶沉淀过程(对低碳钢主要是氮化物的析出)，而使韧性和塑性下降、强度和硬度提高的现象叫应变时效。锅炉用钢材由于操作温度条件的影响，标准中规定要保证应变时效冲击值不低于常温冲击值的50%，压力容器则是在制造技术条件中对冷成形和中温成形容器钢板的变形量作了限制，并规定超出这一限制要进行热处理，这也是注意避免应变时效的有效措施。
(2)低温的影响 钢材在低于某一温度时，会产生冲击值明显下降的现象，这种现象称为“冷脆性”。在低温情况下，钢材会由于“冷脆性”而出现脆性断裂，因此一般都认为需找出钢材的“临界脆性转变温度”，当工作温度高于它时，钢材不会出现脆性破坏现象，该温度的定法，目前应用较多的是以吸收能量为检验标准的小型冲击试验法，国内已参照国际上普遍做法，规定低温(≤-20℃)压力容器用材料应做夏比(V形缺口)冲击试验，并提出了规定指标。
(3)回火脆性 碳钢和合金结构钢在250～350℃范围内回火后，会产生常温冲击韧性下降的“第一类回火脆性”，且为不可逆回火脆性；另外，铬钢、锰钢及铬镍钢等在600℃左右进行回火，若缓慢冷却，常温下也会变脆，称为“第二类回火脆性”。快速冷却，或对钢材重新加热并快冷，以及在钢材中加入适量的Mo(0.2%～1.0%)都可避免或降低，消除回火脆性。
(4)热脆性 某些钢材长时间在400～500℃范围内工作，冷却下来后，冲击值会明显下降，称为“热脆性”。钢中的Cr、Mn、P、Mo等元素会促使产生热脆性，15MnV、40MnVB等都有这种热脆性的例子，“热脆性”实际上是属于一种“沉淀时效”现象。
钢材焊接时，焊缝热影响区被加热至A c3 以上，快速冷却后会被淬硬。钢材含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹，钢的化学成分对钢淬硬性的影响通常折算成碳的影响，称为碳当量，用Ce表示，单位为%。目前，常用于计算碳钢碳当量的公式如下。
国际焊接协会推荐公式：
日本推荐的公式：
一般认为钢可焊性好坏的临界值为Ce=0.45%，此时最大硬度为H max =350HV 10 。
目前，对于衡量低合金钢的可焊性，一般倾向于用裂纹敏感性指数P cm 来评价，公式为：
上式适用范围为C=0.07%～0.22%、Cr=0～1.2%、Cu=0～0.5%、Si=0～0.6%、Mo=0～0.7%、V=0～1.2%、Mn=0.4%～1.4%、Nb=0～0.4%、Ti=0～0.05%、Ni=0～1.2%、B=0～0.005%；板厚为19～50mm，焊缝中残余氢含量为H=1～5mol/N的钢；P cm 的评定指标同Ce。
焊接时，焊缝区域由于高温作用会引起晶粒长大，从而增加焊后开裂的倾向；钢中加入细化晶粒和阻碍晶粒长大的元素，如Mo、Ti、V，且以Al脱氧时，有利于改善焊接性能，而C、Ni、Mn则会增加开裂的危险。
金属与周围介质相接触，产生化学或电化学作用而遭受破坏的过程称为腐蚀。腐蚀的分类方法较多，常用的有以下几种：
(1)按腐蚀介质分 有大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、干燥气体腐蚀及各种酸、碱、盐的腐蚀等；
(2)按遭受腐蚀的材料分 有碳钢的腐蚀、不锈钢的腐蚀、各种有色金属的腐蚀及高分子材料的腐蚀等；
(3)按腐蚀形式分 为普遍腐蚀及局部腐蚀两大类，后者又有晶间腐蚀、点蚀及缝隙腐蚀等；
(4)按腐蚀反应机理分 为化学腐蚀及电化学腐蚀两大类。
按GB 4334.1～4334.5《不锈钢晶间腐蚀试验方法》，主要有：10%草酸法、硫酸-硫酸铁法、65%硝酸法(亦称为Huey法)；硝酸-氢氟酸法；硫酸-硫酸铜法。
晶间腐蚀试验方法的选择根据经验及需要而定。大致原则为，一般介质采用硫酸-硫酸铜法；65%硝酸法不轻易使用，主要用于60℃到沸点的稀硝酸介质和合成尿素介质；含Mo不锈钢一般用硝酸-氢氟酸法；10%草酸法主要用作其他方法筛选之用。
固溶处理可消除奥氏体不锈钢晶间腐蚀，一般对非稳定化的不锈钢多加热到1000～1120℃，保温按每毫米1～2min计，然后急冷；对稳定化不锈钢以加热到950～1050℃为宜。经固溶处理后的钢仍要防止在敏化温度加热，否则碳化铬会重新沿晶界析出。
稳定化处理就是对含Ti或Nb的稳定化不锈钢进行热处理。在稳定化钢中，尽管Ti或Nb与C化合成了TiC或NbC，但加热到高温时，这些碳化物便分解消熔；在经受如焊接之类加热时会发生敏化，特别是Ti稳定化钢这种倾向较大。因此，为了使稳定化元素首先与固溶的C结合，要进行稳定化热处理，一般为固溶处理之后，进行850～930℃加热后水冷、油冷或空冷。
应力腐蚀破裂是金属在拉应力和腐蚀介质的共同作用下(并有一定的温度条件)所引起的破裂。应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在时，腐蚀甚微；当有拉应力(应力达到临界范围值)后，金属会在腐蚀并不严重的情况下发生破裂，由于破裂是脆性的，没有明显预兆，容易造成灾难性事故。
可产生应力腐蚀破坏的金属材料-环境的组合主要有以下几种：
① 碳钢及低合金钢介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；
② 奥氏体不锈钢氯离子、氯化物+蒸汽、硫化氢、碱液等；
③ 含钼奥氏体不锈钢碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；
④ 黄铜氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；
⑤ 钛含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；
⑥ 铝湿硫化氢、含氢硫化氢、海水等。