为确保火力发电的长期稳定和减少CO2排放问题，开发超临界压力火力发电用高强度耐蚀耐热钢是不可或缺的，使用这种钢能够使蒸汽高温高压化，从而提高发电效率，减少CO2排放。
人们通常将蒸汽温度超过566℃、压力超过24.1MPa的设备称为USC设备。目前，USC设备的最高蒸汽温度已达到610℃，日本等国家正在进行蒸汽温度达到650℃的高强度铁素体耐热钢的研究开发。作为630℃级汽轮机用铁素体耐热钢，日本开发了MTR10A(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)、HR1200(11Cr-2.6W-3Co-NiVNb)和TOS110(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)。
对于650℃级铁素体耐热钢，日本从材料结构方面研究了微细组织在晶界附近长时间稳定的问题。9Cr-3W-3Co-0.2V-0.05Nb-0.08C钢添加了在晶界容易产生偏析的硼后，根据该钢在650℃时的蠕变断裂数据，为抑制试验用钢生成氮化硼(Boronnitride简称BN)，因此不添加氮。无添加硼的钢在1千小时左右的长时间运转后，蠕变断裂强度急剧下降，但随着硼含量的增加，在长时间运转后能抑制蠕变断裂强度的劣化。由于该钢没有添加氮，因此Z相的生成不会导致长时间运转后蠕变断裂强度的劣化。长时间运转后蠕变断裂强度的劣化是由于在蠕变过程中M23C6碳化物凝聚粗化会导致马氏体组织迅速恢复所致。硼在晶界附近的M23C6碳化物中浓缩，可以长时间抑制晶界附近的M23C6碳化物在蠕变过程中发生凝聚粗化，使晶界附近的微细板条状－块状组织保持长时间不变。
根据在650℃、80MPa时的蠕变速度-时间曲线可知，添加硼后发生大的变化的是加速蠕变的开始时间延长了。由此可使最小蠕变速度变得更低，断裂寿命延长。添加硼，可以抑制晶界附近发生局部蠕变变形，使变形在晶界附近和晶粒内变得更加均匀，还可提高蠕变延性，从而提高蠕变疲劳寿命。在添加140ppm硼的9Cr钢中，当氮为80ppm左右时，蠕变强度变得极大。
作为650℃级高效USC设备用钢，日本在耐热钢的研究方面领先于欧美。为解决能源供给和减少CO2排放这两个课题，因此对耐热钢的高强度化、高温化、尤其是确保长时间运转可靠性的要求非常高，研究开发新一代耐热钢对火力发电来说今后将起越来越重要的作用
为确保火力发电的长期稳定和减少CO2排放问题，开发超临界压力火力发电用高强度耐蚀耐热钢是不可或缺的，使用这种钢能够使蒸汽高温高压化，从而提高发电效率，减少CO2排放。 人们通常将蒸汽温度超过566℃、压力超过24.1MPa的设备称为USC设备。目前，USC设备的最高蒸汽温度已达到610℃，日本等国家正在进行蒸汽温度达到650℃的高强度铁素体耐热钢的研究开发。作为630℃级汽轮机用铁素体耐热钢，日本开发了MTR10A(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)、HR1200(11Cr-2.6W-3Co-NiVNb)和TOS110(10Cr-0.7Mo-1.8W-3Co-VNb)。 对于650℃级铁素体耐热钢，日本从材料结构方面研究了微细组织在晶界附近长时间稳定的问题。9Cr-3W-3Co-0.2V-0.05Nb-0.08C钢添加了在晶界容易产生偏析的硼后，根据该钢在650℃时的蠕变断裂数据，为抑制试验用钢生成氮化硼(Boronnitride简称BN)，因此不添加氮。无添加硼的钢在1千小时左右的长时间运转后，蠕变断裂强度急剧下降，但随着硼含量的增加，在长时间运转后能抑制蠕变断裂强度的劣化。由于该钢没有添加氮，因此Z相的生成不会导致长时间运转后蠕变断裂强度的劣化。长时间运转后蠕变断裂强度的劣化是由于在蠕变过程中M23C6碳化物凝聚粗化会导致马氏体组织迅速恢复所致。硼在晶界附近的M23C6碳化物中浓缩，可以长时间抑制晶界附近的M23C6碳化物在蠕变过程中发生凝聚粗化，使晶界附近的微细板条状－块状组织保持长时间不变。 根据在650℃、80MPa时的蠕变速度-时间曲线可知，添加硼后发生大的变化的是加速蠕变的开始时间延长了。由此可使最小蠕变速度变得更低，断裂寿命延长。添加硼，可以抑制晶界附近发生局部蠕变变形，使变形在晶界附近和晶粒内变得更加均匀，还可提高蠕变延性，从而提高蠕变疲劳寿命。在添加140ppm硼的9Cr钢中，当氮为80ppm左右时，蠕变强度变得极大。 作为650℃级高效USC设备用钢，日本在耐热钢的研究方面领先于欧美。为解决能源供给和减少CO2排放这两个课题，因此对耐热钢的高强度化、高温化、尤其是确保长时间运转可靠性的要求非常高，研究开发新一代耐热钢对火力发电来说今后将起越来越重要的作用
低碳马氏体 显微组织性能及处理工艺 锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体 性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架 锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆 具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件 2，低碳马氏体的合金化 低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合 提高淬透性,Nb还细化晶粒 BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05% Mn-Si-Mo-V-Nb系列 铁素体-马氏体双相钢 特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥 性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa 2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象 3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上 4，高的加工硬化指数,你>0.24 5，高的塑性变化 双相组织或得方法 1热处理双相处理 刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P 双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用 热轧双相钢 热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M 工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷 双相钢优异性能的原因 屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能 首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。双相钢的典型成分和用途 化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6% 用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。 调制刚 结构钢在淬火+高温回火具有良好的综合机械性能，有较高的强度、良好的塑性和韧性适用于这种热处理钢种称为调制刚。 化学成分特点：中碳,碳含量在0.3%~0.5%。碳含量过低时淬硬性不够；C 含量过高的韧性下降。 合金元素：主加：Cr Mn Si Ni。辅加：Mo W V Ti Al B
高氮马氏体/铁素体耐热钢的制备及相变研究随着能源短缺与环境污染问题日益加剧,具有高效节能的超超临界绿色发电技术成为当前燃煤发电机组的首选,相应地,机组用耐热材料的优劣成为实现这一技术的重要支撑。具有高强度,高导热性和低膨胀系数的9Cr马氏体/铁素体钢是目前超超临界汽轮机用缸体和转子的理想钢种。 由于高氮钢中的N元素与可以与其他的合金元素相互作用,使其具有优良的强度和耐腐蚀性能。结合马氏体/铁素体耐热钢和高氮钢的优点,设计一种新型的高氮马氏体/铁素体耐热钢,利用氮化物的强化进一步提高9Cr马氏体/铁素体铸钢材料的强度和耐蚀性指标,具有重要的理论意义和实用价值。 基于Thermo-Clac模拟计算,本文设计出含0.2-0.3N%的9Cr马氏体/铁素体钢。采用两种不同的制备工艺制备了两种新型的高氮马氏体/铁素体耐热钢:实验钢A（加压真空感应冶炼法）和实验钢B（加压真空感应+电渣重熔法）。 两种实验钢的成分测定及组织分析结果表明:实验钢A的N含量为0.2%,实验钢B的N含量为0.15%。二者的铸态组织均由马氏体（M）和铁素体（δ-铁素体）两相组成。 与实验钢A相比,实验钢B中的铁素体含量较多,且其组织分布极其不均,这与电渣重熔过程无压力保护有关。采用控制均质化温度与冷却速率两种方式对其铁素体的成因进行了详细研究,结果表明:实验钢A中的铁素体含量随着均质化温度的升高,先减少后增多,在1150℃-10h-空冷的均质化处理后,铁素体含量最少;实验钢B中的铁素体含量随着均质化温度的升高而增加,在1070℃-10h-空冷的均质化处理后,铁素体含量最少。 铁素体含量随着冷却速率的增加而减少,但当冷却速率超过500℃/min时,
铁素体型耐热钢发展主要分为四个发展阶段 在1960～1970年代EM12、HCM9M、HT9、HT91等9～12％Cr钢对于亚临界机组的发展有很大贡献。直到1970～1985年期间，T/P91、HCM12和HCM2S提高了钢的持久强度、可焊接性等，机组蒸汽温度提高到593℃以上，保证了超临界机组的运行和超超临界机组的试验建造。1985年以后开发了T92（NF616）、E911和HCM12A（T/P122）。由于进一步增加W、Mo、Cu等强化元素，钢的持久强度提高，机组的蒸汽温度提高至600℃以上，这样保证了超超临界机组的成功运行。由于铁素体钢导热性好，热膨胀系数小，钢的热疲劳抗力比奥氏体钢好。同时，铁素体耐热钢焊接性好，与其它铁素体钢的焊接属于同种材料焊接，焊接接头性能稳定，成本比18-8奥氏体钢低。由于这些优点，世界各国都大力研究发展铁素体耐热钢。近年来，通过加入3W-3Co及B、Ta、Nd等元素进一步强化发展了NF12，SA VE12等新型耐热钢，可望满足650℃蒸汽温度参数使用。 奥氏体耐热钢主要用于过热器和再热器的高温段管道，其的特点是持久强度高、抗氧化和抗腐蚀性能优越，使用温度比铁素体钢高。可以大致分成四类，即15Cr-15Ni型、18-8型、25Cr-20Ni型和高Cr合金型。15Cr-15Ni型有17-14CuNb、Esshete1250、TempaloyA-2等；18-8型有TP304H、TP321H、TP316H、TP347H、TP347HFG、Super304H、TempaloyA-1等；25Cr-20Ni型有TP310、TP310NbN（HR3C）、NF707、NF709、Alloy800H、TempaloyA-3、SA VE25等；高铬合金型有CR30A、
1.DP钢（简称双相钢） 是低碳钢或低合金钢经临界区热处理或经控制轧制而得到的高强度钢，其组织有铁素体基体和约20%在铁素体晶界上的岛状马氏体构成，也称马氏体双相钢。双相钢的基本成分为C和Mn，有时为了提高淬透性还添加一定量的Cr和Mo。 双相钢是20世纪70年代中期发展起来的一种新材料，其具有低屈强比，高伸长率及初始硬化速率快的特性。DP钢主要应用在汽车的边梁，侧面构件，横梁，支柱，底盘加强件，油箱支架及车体的结构件，加强件和防撞件。 其生产工艺为： 1.热轧双相钢工艺板坯加热到1200℃左右，然后经粗轧和精轧，将钢材的终轧温度控制在两相区的某一范围，缓冷后快速冷却，通过控制最终形变温度及冷却速度而获得铁素体(F)和马氏体(M)组织。其工艺过程如 图1所示。 图1中加热段是将钢坯温度加热到1150℃～1300℃后进行轧制，终轧温度控制在800℃～850℃；然后进行缓冷，缓冷约15s后进行快速冷却，使钢带快冷至370℃以下，最后进行空冷。 2.冷轧后热处理工艺 冷轧后热处理工艺将冷轧后的钢材重新加热至两相区的某一范围，并保温一定时间，然后以一定速度缓冷和快速冷却后，从而获得所需要的F+M的组织。其工艺如图2所示：
图2冷轧后热处理生产工艺过程 预热段将钢带预热到200℃左右，然后进行加热，加热至780℃一830℃进行保温，40s后进行缓冷，缓冷至680℃～720℃，然后进行快速冷却，快冷终止温度320℃左右，进入过时效段，过时效段出口温度250℃左右，后进行终冷，终冷温度至170℃然后进行水淬至40℃。 3.TRIP钢即相变诱导塑性钢。其组织是有铁素体，贝氏体和残余奥氏体三相组 成。其具有高的强度和韧性，良好的成形性和可焊性及可镀性。TRIP钢与其他同级别的高强度钢相比，最大特点是兼具高强度和高延伸性能，可冲制较复杂的零件；还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递，常用作汽车的保险杠、汽车底盘等防撞部位。这种钢还因其优良的高速力学性能和疲劳性能，受到现代汽车制造上的青睐，主要用于汽车结构件及其加强件。其最佳的应用前景是TRIP 钢最佳的应用前景是汽车车门防护杆、保险杠和底盘结构件等。 生产工艺：有热轧和冷轧两种生产工艺生产TRIP 钢材( 板) , TRIP钢的生产工艺 图2 （a）为热轧工艺示意图, 即热轧TRIP钢通过形变热处理来获得, 在形变热处理的过程中, 热轧后的钢板组织随冷却发生快速的相变,可以获得包含铁
新型铁素体耐热钢CB2的焊接及热处理工艺研究吴富强 摘要：随着我国经济的快速发展，提高火电机组的热效率是一项重要和紧迫的 任务。而火电机组效率的提高主要在于提高蒸汽的压力和温度。这就对火电机组 的相关设备用钢特别是高温承压部件用钢的高温性能提出了更高的要求，目前我 国自主研发新型耐热钢ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB（CB2）以良好性能逐渐应用于 火力发电厂热力系统设备的耐热钢材。因此，新型耐热钢CB2焊接及热处理工艺 的研究是目前火电建设施工技术领域亟待解决的问题。 关键词：新型耐热钢；CB2钢；热处理工艺； 1引言 CB2钢是欧洲COST536项目研发的新型铁素体耐热钢，可用于 600℃/620℃30MPa的第二代超超临界机组汽轮机高温部件及管道，目前已实现 国产化，但尚处于初步应用阶段。据查，国内焊接及热处理工艺方面的研究文献 极少，为突破国外厂商的技术壁垒，充分发挥其性能并推广应用，迫切需要掌握 该钢种现场焊接和热处理施工工艺。 2研究内容 2.1CB2钢焊接性分析 CB2钢材料是经过淬火+回火处理的供货状态，其组织为回火马氏体。CB2钢 是在P91钢基础上加入适量的Co，同时加入少量的Nb和B，适当增加Mo的含 量得到的。 ①焊接热裂纹敏感性 由于CB2钢合金程度高，其硼、硫含量低，锰含量高，这些因素共同决定了 其在施焊冷却过程中，随着温度的降低导致产生的低溶点共晶物少，又由于其自 身线膨胀系数小，因此，CB2钢的热裂纹敏感性不大。 ②焊接冷裂纹敏感性 由于CB2钢合金元素含量高，碳当量高，临界冷却速度低，奥氏体稳定性很大，冷却时不易发生正常的珠光体转变，从而冷却到较低温度时发生了马氏体转变。在焊接过程中，淬硬将会形成较多的的晶格缺陷（空位、位错），同时在热 力不均及应力作用下易形成裂纹源，且该裂纹源在后续工作条件下产生裂纹的所 需要吸收的能量低，故CB2钢产生冷裂纹倾向大。 ③化学成分Co对焊接接头的影响 CB2钢是在P91钢基础上加入适量的Co，可抑制铁素体的析出、降低硫含量，同时可发生固溶强化，提高钢的回火稳定性。其缺点是易发生过时效倾向而使钢 变脆。合适的焊后热处理工艺可以获得相对细小弥散分布的析出相，进一步提高CB2钢的力学性能。 2.2CB2钢焊接材料选择分析 ①CB2钢化学成分及性能分析 ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB（CB2）钢是在P91钢基础上加入1.27%的Co，同时 加入少量的Nb和B，适当增加Mo的含量得到的，目的是为了提高钢材的高温力学性能。CB2钢化学成分： C0.13Cr9.11Ni0.14Co1.27Mo1.59V0.054Nb0.21B0.01N0.015 CB2钢室温下力学性能：抗拉强度≥690MPa，屈服强度≥490MPa，伸长率 ≥15%，断面收缩率≥35％，冲击功≥27J，布氏硬度210-260HB。 ②CB2钢焊材的选用
材料名称：耐热钢铸件 牌号：ZG35Cr26Ni12 标准：GB 8492-87 ●特性及适用范围： 最高使用温度为1100℃，高温强度高，抗氧化性能好，在规格范围内调整其成分，可使组织内含有一些铁素体，也可为单相奥氏体。能广泛地用于许多类型的炉子构件，但不宜用于温度急剧变化的地方 ●化学成份： 碳C ：0.20～0.50 硅Si：≤2.00 锰Mn：≤2.00 硫S ：≤0.04 磷P ：≤0.04 铬Cr：24.0～28.0 镍Ni：11.00～14.00 ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥490 条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥235 伸长率δ(％)：≥8 ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：铸件不经热处理，若有需要，由供需双方协定。 ●交货状态： 铸态 材料名称：耐热钢铸件 牌号：ZG40Cr25Ni20 标准：GB 8492-87 ●特性及适用范围： 最高使用温度为1150℃，具有较高的蠕变和持久强度，抗高温气体腐蚀能力强，常用于作炉辊、辐射管、钢坯滑板、热处理炉炉辊、管支架、制轻转化管、乙烯裂介管以及需要较高蠕变强度的零件。 ●化学成份： 碳C ：0.35～0.45 硅Si：≤1.50 锰Mn：≤1.75 硫S ：≤0.04 磷P ：≤0.04 铬Cr：23.0～27.0 镍Ni：19.00～22.00 钼Mo：≤0.50 ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥440
条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥235 伸长率δ(％)：≥8 ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：铸件不经热处理，若有需要，由供需双方协定。 ●交货状态： 铸态 SUS314对应国标0Cr25Ni20Si2 特性： SUS314属于奥氏体型耐热耐腐蚀性不锈钢材料，具有所有奥氏体不锈钢的性能,另外还具有耐高温抗氧化性强，所以又称为耐热钢的代表，因为含有2%的硅元素，所以为高级工程（化工设备、酸高温环境下使用）的首选不锈钢材料。应用：热处理工业、水泥制造等行业不可或缺的金属材料。 SUS314不锈钢 SUS314属于奥氏体不锈钢，化学成分是： C Max：0.25%； Mn Max：2.00%； P Max：0.045%； S Max：0.030%； Si：Max：1.50－3.00%； Cr：23.00－26.00%； Ni：19.00－22.00%。
为提高火力发电站的热效率，降低燃料消耗和减少二氧化碳的排放，当今世界各国均争先发展超临界和超超临界火电机组[1]。然而，随着机组热效率的提高，超临界和超超临界火电机组的工作参数也明显提高，这对高温下使用的耐热钢强度、抗腐蚀性和蠕变性能提出了更高要求。T91(9Cr-1Mo-V-Nb-N)是高Cr 铁素体耐热钢的典型钢种，因其优异的高温持久性能、抗蠕变性能、良好的导热性、低的热膨胀系数和较低的生产成本，被广泛用于超临界火力发电站炉耐热管道[2-3]。 尽管目前对于T91钢在回火以及长时间蠕变暴露过程中微观组织演化，如动态回复、动态再结晶和强化相的粗化进行了大量研究，但是关于基体固有的相变转变行为研究还很少[4]，而相变过程对T91钢最终组织形态乃至性能和使用有重要影响。鉴于此，本文通过热力学计算与实验研究T91钢的相变行为，分析了T91钢的微观组织，以期为优化热处理工艺参数，改善微观组织与性能提供依据。 1实验材料与方法 实验用钢取自某钢管公司生产的T91连铸管坯，化学成分如表1所示。样品的热处理制度为：1050℃×30min空冷+760℃×2h空冷。 使用Thermo-Calc计算软件与相应钢铁数据库 T91铁素体耐热钢相变行为和微观组织研究 肖东东,刘立斌,易丹青,王福晶 (中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083) 摘要：研究了T91铁素体耐热钢的相变行为与微观组织。结合热力学计算与差热分析法分析了相变行为；利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了材料的显微组织；用X射线衍射仪检测了材料晶体结构。结果表明，经正火与回火处理的样品，其相变温度Ac1与磁性转变温度分别为856.2、749℃，其中计算的相变平衡转变温度Ae1为820℃，与实验测量的Ac1吻合很好；冷却过程中发生马氏体相变温度为400℃，根据热力学计算，其平衡析出相为MX、M23C6和Z相，MX相和M23C6型碳化物的最高溶解温度分别为1264、866℃。经正火、回火处理的样品基体组织为回火马氏体，析出相为MX、M23C6，由于短时回火与相对较低的Cr含量，所以未发现Z相。 关键词：相变；差热分析；微观组织；析出相 中图分类号：TG111.5;TG142.7文献标识码：A文章编号：1001-3814(2012)22-0096-03 Phase Transformation Behavior and Microstructure of T91 Ferritic Heat-resistant Steel XIAO Dongdong,LIU Libin,YI Danqing,WANG Fujing (School of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha410083,China) Abstract：The phase transformation behavior and microstructure of T91ferritic heat-resistant steel were investigated. The phase transformation behavior was analyzed by combining the thermodynamic calculation with differential thermal analysis;the microstructure was observed by optical microscopy,scanning electron microscopy,transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis.The results show that the transformation temperature Ac1and magnetic transition temperature is856.2℃and749℃for a normalized and tempered sample,respectively.Ac1shows a reasonable agreement with phase equilibrium temperature Ac1(820℃).In addition,the martensitic transformation occurs at400℃during cooling.The major equilibrium phases in T91steel are MX,M23C6and Z-phase.The solution temperature of MX and M23C6is1264℃and840℃,respectively.The microstructure observation indicates that the matrix is representative tempered martensite and the precipitates are MX and M23C6after normalizing and tempering,whereas,no Z phase is found due to short-term tempering and relative low Cr content. Key words：phase transformation;differential thermal analysis;microstructure;precipitates 收稿日期:2012-05-07 作者简介:肖东东(1987-),男,湖南邵阳人,硕士,主要研究方向为T91 耐热钢相变与微观组织;电话:0731-********; E-mail:xdd19870105@https://www.doczj.com/doc/2918127770.html,
一、不锈钢： 按成分可分为Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。304—即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。309—较之304有更好的耐温性。316—继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业、制药行业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。[1] 不锈钢水桶 型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。400 系列—铁素体和马氏体不锈钢。408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。416—添加了硫改善了材料的加工性能。420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。500 系列—耐热铬合金钢。600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。不锈钢 630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。 “不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。有关不锈钢的进一步详细情况可参见由NiDI 编制的"不锈钢指南"软盘。幸而和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22％的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。 二耐热钢： 耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。知道现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～800℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。
奥氏体、马氏体、铁素体、双相不锈钢的区别简介
不锈钢通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢 300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢 型号301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。 型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 型号304—通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 型号309—较之304有更好的耐温性。 型号316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。[1] 型号321—除了因为添加了钛元素降低了材
Chapter 6 耐热钢和耐热合金 1.耐热钢和耐热合金是指在高温（（0.3~0.5）T 熔点）下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 2.分类： ⑴耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： ①在低合金结构钢基础上发展起来的低合金铁素体-珠光体型热强钢； ②在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热钢。 ⑵专用耐热钢按对使用性能的要求可以分为热强钢和热稳定钢。 ⑶耐热合金按基体元素分类: 铁基耐热合金；镍基耐热合金;钴基耐热合金。 ⑷按制备工艺分类：变形耐热合金，铸造耐热合金和粉末冶金耐热合金。 ⑸按强化方式分类：固溶强化型、时效沉淀强化型。 6.1耐热钢和合金的工作条件及性能（了解） 一、耐热钢和合金的工作条件及性能要求 ⑴工作条件：在高温下承受各种载荷 ⑵性能要求：良好的高温强度及塑性；有足够高的化学稳定性。 二、高温强度指标 ⑴蠕变强度⑵持久强度⑶持久寿命 三、合金元素对化学稳定性的影响 ⑴Cr、Al、Si改善钢的高温化学稳定性。（①提高FeO出现的温度②致密的Cr2O3或Al2O3保护膜） ⑵稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力 ⑶※W或Mo降低钢和合金的抗氧化能力，降低化学稳定性。 ⑷H降低化学稳定性。 四、抗氧化和气体腐蚀能力级别： 完全抗氧化；抗氧化；次抗氧化；弱抗氧化;不抗氧化。 五作业： 1、高温强度指标有哪些？ 2、合金元素对钢的化学稳定性有哪些影响？ 6.2 铁素体型耐热钢 1.耐热钢按显微组织可分为奥氏体型和铁素体型两大类。 2.铁素体型耐热钢：铁素体-珠光体耐热钢、马氏体耐热钢和铁素体耐热钢。 一、铁素体-珠光体耐热钢 1. 典型钢种及应用 12Cr1MoV（※※分析各合金元素的作用）、12Cr2.25Mo1、15CrMo 和12Cr2MoWSiVTiB等。 2．成分特点及合金元素作用 ⑴低碳，一般为0.08%~0.20%：①使钢基体组织保持有大量的铁素体，利用铁素体的高熔点和组织稳定性的特点获得良好的耐热性；②而且使钢中碳化物数量相对较少，钢中的珠光体不易发生球化。（珠光体中碳化物为片状，高温下变成球，强度降低）③使钢具有良好的加工工艺性能 ⑵主加合金元素是Cr和Mo，辅加元素是V、Ti、Nb、W 等。 ①固溶强化：W、Mo、Cr ②碳化物沉淀强化：Ti、Nb、V、Mo、W、Cr
不锈钢简介： 不锈钢通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。 不锈钢牌号分组 200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢 300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢 型号301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。 型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 型号304—通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 型号309—较之304有更好的耐温性。 型号316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。[1] 型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。 400 系列—铁素体和马氏体不锈钢 型号408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。 型号409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。 型号410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。 型号416—添加了硫改善了材料的加工性能。 型号420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。 型号430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。
新型耐热钢的研发现状 新型耐热钢在原耐热钢的基础上进一步多元合金化以及优化制造工艺。采用固溶强化、弥散强化、位错强化、碳化物强化、Laves相强化等复合强化机制，提高了材料的综合性能，以满足超超临界机组的选材要求，确保发电设备的安全运行。 现阶段我国经济正在稳定快速发展，对电能的需求不断增加。预计到2020年全国装机容量将达到10亿千瓦，其中火电装机容量仍将占70%以上，发展超超临界机组将是我国火力发电提高效率、节约能源、改善环境、降低发电成本的必然趋势。众所周知，发电效率的提高必然提高锅炉蒸汽参数。蒸汽压力及温度参数提高后对耐热钢提出了更苛刻的综合性能要求，尤其是要求材质具有优异的热强性能、抗高温腐蚀、抗氧化性能、焊接性能、冷加工和热加工性能等。 超超临界锅炉用钢可分为两大类：奥氏体钢和铁素体钢（包括珠光体、贝氏体和马氏体及其两相钢）。奥氏体钢比铁素体钢具有更高的热强性、抗氧化性能，但膨胀系数大、导热性能差、抗应力腐蚀能力低、工艺性差，热疲劳和低周疲劳（特别是厚壁件）性能也比不上铁素体钢，且成本要高。目前国内新建超超临界机组的关键部件均采用了大量新型耐热钢，因而对此类材质的综合性能、强化机理、服役性能、国产化的研究迫在眉睫。 1 新型铁素体钢研发现状 铁素体钢按照主要元素Cr的加入量可划分为2-3Cr、9Cr、12Cr三
大系列。总体来说，铁素体耐热钢研发经历了Mo系→Cr-Mo系→Cr-Mo-V系→Cr-W-V系的历程。 Cr不仅改善钢的抗氧化性能，而且能起到固溶强化作用；W、Mo 主要为固溶强化，也参与形成析出强化，可以提高钢的高温强度；V的加入可以明显降低蠕变速度，Nb可以提高钢的强度，复合加入V、Nb 易形成纤细弥散稳定的MX碳化物而产生沉淀强化(以0.25％V和0.05％Nb的组合最为有效)，对蠕变断裂强度影响很大；Cu可代Ni稳定蠕变强度，抑制δ铁素体的形成；B进入M23C6碳化物，并偏聚于M23C6和基体间的界面从而阻止M23C6的粗化，同时促进VN形核而提高蠕变强度；Co除固溶强化作用外，还延缓了马氏体在高温回火时的回复，并促进回火时细小碳化物的形核，还减慢碳化物的熟化长大，从而提高蠕变强度。 中国自行研制的钢102（12Cr2MoWVTiB），在570～595℃这一温度区内，具有足够的抗氧化性能，且比12Cr1MoV钢有较高的许用应力，是性能价格比好且经实践考验的低合金热强钢钢种。 HCM2S是在T22（2.25Cr-1Mo）钢的基础上吸收了钢102的优点改进的，600℃时的强度比T22高93％，与钢102相当。但由于C含量降低，加工性能和焊接性能优于钢102，可以焊前不预热，焊后不热处理（壁厚≤8mm）。该钢已获得ASME锅炉压力容器规范CASE2199认可，被命名为SA213-T23。目前HCM2S已做出大口径管，性能达到小口径管的水平。 T24（7CrMoVTiB10-10）钢是在T22钢的基础上改进的，与T22
304 18Cr-8Ni 作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，便用温茺-196℃～800℃）。 家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件。 304L 18Cr-8Ni-低碳 作为低C的304钢，在一般状态下，其耐蚀性与304刚相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用温度 -196℃～800℃。 应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件。 316 因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。 海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母。 316L 低碳
作为316钢种的低C系列，除与316钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性优。 316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。 双相钢（dual-phase，简称DP钢），又称复相钢。 由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成的钢。一般将铁素体与奥氏体相组织组成的钢称为双相不锈钢，将铁素体与马氏体相组织组成的钢称为双相钢。双相钢是低碳钢或经临界区热处理或控制轧制后而获得。典型的双相钢σs为310MPa，σb为655MPa。双相钢用于制造冷冲、深拉成型的复杂构件，也可用作管线钢、链条、冷拔钢丝、预应力钢筋等。所谓是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显着提高，同时还保持有的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
耐热钢焊接焊条选用及说明 在高温下工作的钢叫做耐热钢，耐热钢应具备高温化学稳定性和高温强度，耐热钢按显微组织可分为珠光体耐热钢、铁素体耐热钢、马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢四类；珠光体耐热钢通常热强钢，另有专篇，不再叙述，这里只讲铁素体耐热钢、马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢。 一般来说，钢中含Cr达到5%，在600℃下具备了抗氧化能力，当Cr达到12%时，抗氧化能力可达800℃，当Cr达到20%时，抗氧化能力可达950℃，当Cr达到25%时，在1050℃高温下耐热钢表面不起氧化皮，高温化学稳定性非常强；铬金属是耐热钢中最主要的合金元素，所以耐热钢含铬量大都在12%以上。 相对而言，铁素体耐热钢和马氏体耐热钢高温强度低且塑韧性不好，耐热性能不如奥氏体耐热钢，奥氏体耐热钢与奥氏体不锈钢相比，含碳量高一些，有些钢种既是不锈钢又是耐热钢。 本文依据GB/T 4238-2015《耐热钢钢板与钢带》和GB/T 983-2012《不锈钢焊条》标准，选出14种代表性耐热钢材料及其适用的12种焊条，基本涵盖适用温度范围，其余耐热钢焊接时焊条选择也可以参照使用。 一、焊条选用原则 1、耐热性对等 焊缝与母材都在同一个温度下服役，若焊缝耐热性差就会影响整体功能，若焊缝耐热性过剩则会造成浪费，只有两者对等才是最适宜的。 2、化学成分相近 为确保焊缝金属与母材具备相同的耐热性，焊条熔敷金属化学成份与母材应尽量相近；同时两者化学成份相近使得它们膨胀系数相近，避免了因膨胀系数不同在焊接接头处产生内应力。 3、保证抗裂性 对抗裂性差的耐热钢可以用化学成分差异化来选择焊条，防止冷裂纹，确保施工可焊性。如马氏体耐热钢、沉淀硬化耐热钢。
耐热钢的优质性能 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。 类别： 耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。 耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。 简介： 耐热钢（heat-resisting steels) 在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。 用途: 耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。 中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。耐热钢和不锈耐酸在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。合金元素的作用铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度，含量为2％时，强化效果最好。 镍、锰可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。硼、稀均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。耐热钢分类珠光体钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。其组织除珠光体、铁
耐热钢总论 1.耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。随着各类动力装置的使用温度不断提高，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。 为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。 现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。 1）珠光体型低合金热强钢 该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。 2）马氏体型热强钢 该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。 3）阀门钢 阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、 14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。在21-4N钢基础上添