耐热钢和铁基耐热合金

耐热钢在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。

耐热钢包括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。

耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件heat-resisting steels在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。

它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。

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。

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。

耐热钢和不锈耐酸钢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蚀的主要元素。

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、稀土均为耐热钢中的微量元素。

钢的分类钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。

钢是经济建设中极为重要的金属材料。

钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。

碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。

碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。

因此，碳钢获得了广泛的应用。

但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。

合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。

与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。

由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。

按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：一．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

结构钢：1.用作各种机器零件的钢。

它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。

2．用作工程结构的钢。

它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。

工具钢：用来制造各种工具的钢。

根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。

特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。

可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。

二．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。

合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。

三．按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。

耐热钢铸件耐热钢耐热钢铸件工业使用耐热钢总论耐热钢是指在高温下工作的钢材。

耐热钢铸件的发展与电站、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，耐热钢铸件的使用温度范围为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，耐热钢铸件也在不断地发展。

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。

5．1．4．2 耐热钢耐热钢是指在高温下有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件的特殊合金钢。

主要用于制造工业加热炉、内燃机、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。

(1)耐热性的概念钢的耐热性包括热化学稳定性和高温强度两方面的涵义。

热化学稳定性是指钢在高温下抵抗各类介质的化学腐蚀的能力，其中最基本且最重要的是抗氧化性。

热化学稳定性主要由钢的化学成分决定。

在钢中加人Cr、Al和Si对提高抗氧化能力有显著的效果，因为Cr、Al和Si在高温氧化时能与氧形成一层完整致密具有保护性的Cr2O3，A12O3或SiO2氧化膜。

其中Cr 是首选的合金元素，当钢中WCr≈15％时，钢的抗氧化温度可达900℃；WCr ≈20％～25％时，钢的抗氧化温度可达1100℃。

稀土(少量的钇、铈等)元素也能提高耐热钢的抗高温氧化的能力。

这主要是由于稀土氧化物除了能改善氧化膜的抗氧化性能外，还能改善氧化膜与金属表面的结合力。

在钢的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗都有显著的抗氧化能力。

高温强度是指钢在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。

常用蠕变极限和持久强度这两个力学性能指标来考核。

通过在钢中加入Cr、Ni、W、Mo等元素形成固溶体，强化基体，提高再结晶温度，增加基体组织稳定性；加入V、Ti、Nb、Al等元素，形成硬度高、热稳定性好的碳化物，阻止蠕变的发展，起弥散强化的作用；微量B与稀土(RE)元素，强化晶界等措施可提高钢的高温强度。

(2)常用耐热钢按使用特性不同，耐热钢分为以抗氧化性为主要使用特性的抗氧化钢和以高温强度为主要使用特性的热强钢。

①抗氧化钢抗氧化钢大多数是在碳质量分数较低的高Cr钢、高CrNi钢或高Cr—Mn 钢基础上添加适量Si或Al配制而成的，主要有铁素体型和奥氏体型两类。

铁素体型抗氧化钢，如1Crl3SiAl，其最高使用温度900℃，常用作喷嘴、退火炉罩等。

奥氏体型抗氧化钢，如2Cr20Mn9Ni2Si2N和3Crl8Mnl2Si2N 钢具有良好的抗氧化性能(最高使用温度可达1000℃、抗硫腐蚀和抗渗碳能力，还具有良好的铸造性能，所以常用于制造铸件，还可进行剪切、冷热冲压和焊接。

最耐高温的钢材排名一、铬镍奥氏体不锈钢（如310S）1. 耐温性能- 310S不锈钢具有良好的耐高温性能，能在900 - 1150℃的高温环境下保持较好的强度和抗氧化性。

其铬含量高达24 - 26%，镍含量为19 - 22%，这种高铬镍的成分组合使其在高温下形成致密的氧化铬保护膜，阻止进一步氧化。

2. 应用领域- 常用于高温炉部件，如炉胆、炉管等，在化工、石油等行业的高温反应设备中也有广泛应用。

二、镍基高温合金（如Inconel 600、Inconel 718等）1. Inconel 600- 耐温性能- 可以承受高达1100℃左右的高温。

它具有优异的高温强度和抗氧化、抗腐蚀性能，镍含量超过72%，还含有铬（14 - 17%）等元素。

铬元素有助于提高抗氧化性，而镍则赋予合金良好的高温稳定性。

- 应用领域- 在核工业中的高温反应堆部件、化工行业的高温耐腐蚀设备等方面应用广泛。

2. Inconel 718- 耐温性能- 在650 - 980℃范围内具有较高的强度和良好的抗疲劳性能。

它含有镍（约50 - 55%）、铬（17 - 21%）、铌（4.75 - 5.5%）等多种元素，铌的加入通过形成γ''相沉淀强化，提高合金在高温下的强度。

- 应用领域- 常用于航空发动机高温部件，如涡轮盘、叶片等，也在石油开采的高温高压环境设备中有应用。

三、钴基高温合金（如Haynes 188）1. 耐温性能- Haynes 188钴基高温合金的熔点较高，可在1090℃左右的高温下使用。

它含有约22%的铬、22%的镍、14%的钨等元素。

钨元素提高了合金的高温强度，铬和镍有助于抗氧化和抗腐蚀。

2. 应用领域- 在航空航天领域的高温燃烧室部件、燃气轮机的高温部件等方面有应用。

四、铁素体耐热钢（如1Cr13）1. 耐温性能- 1Cr13铁素体耐热钢能够在500 - 700℃的温度范围内工作。

它的铬含量为11.5 - 13.5%，铬元素使钢在高温下形成抗氧化的保护膜，具有一定的高温强度和抗氧化性。

耐热钢标准耐热钢是一种具有良好耐高温性能的特殊钢材，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。

本文将从耐热钢的定义、特性、分类、应用领域和发展趋势等方面进行详细介绍。

一、耐热钢的定义耐热钢是一种能够在高温环境下保持良好力学性能和抗氧化性能的特殊钢材。

它具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能，能够在高温下保持较高的强度和硬度，不易软化和变形。

二、耐热钢的特性1. 耐高温稳定性：耐热钢在高温下能够保持较高的强度和硬度，不会发生明显的软化和变形。

2. 抗氧化性能：耐热钢表面形成一层致密的氧化膜，能够有效防止氧化反应，延缓材料的氧化速度。

3. 抗蠕变性能：耐热钢在高温下能够抵抗塑性变形和蠕变现象，保持较好的形状稳定性和尺寸精度。

4. 良好的加工性能：耐热钢具有较好的可塑性和可焊性，可以方便地进行热加工和焊接。

三、耐热钢的分类根据耐热钢的化学成分和性能特点，可以将其分为几个主要类别：1. 铁基耐热钢：主要由铁、铬、镍等元素组成，具有较高的耐高温稳定性和抗氧化性能。

2. 镍基耐热合金：主要由镍、铬、钼等元素组成，具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能。

3. 钨基耐热合金：主要由钨、铼、铬等元素组成，具有极高的耐高温稳定性和抗氧化性能，广泛应用于高温环境中。

4. 铸造耐热钢：主要由铁、铬、镍等元素组成，具有较好的耐高温稳定性和抗氧化性能，适用于大型铸件的制造。

四、耐热钢的应用领域耐热钢广泛应用于航空航天、能源、化工等领域，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域：耐热钢用于制造航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等部件，以及航空航天器的隔热材料。

2. 能源领域：耐热钢用于制造火电站锅炉的超临界和超超临界锅炉管道和受热面，以及核电站的核反应堆压力容器和燃料元件。

3. 化工领域：耐热钢用于制造化工设备的反应器、分离器、石油裂化炉管道等，能够承受高温、高压和腐蚀介质的作用。

4. 其他领域：耐热钢还广泛应用于冶金、机械、汽车等领域，用于制造高温工作环境下的各种零部件和工具。

引言概述：
耐热钢铸件是一种在高温环境下具有优异性能和耐久性的材料。

为了确保其在极端工作条件下的可靠性和耐用性，选择合适的材质和成分对于耐热钢铸件至关重要。

本文将详细介绍耐热钢铸件的材质和成分。

正文内容：
1.高铬耐热钢材质
1.1高铬耐热钢材质的特点
1.2应用领域
1.3高铬耐热钢材质的成分要求
1.4成分对性能的影响
1.5高铬耐热钢材质的优势与劣势
2.镍基耐热合金材质
2.1镍基耐热合金材质的特点
2.2应用领域
2.3镍基耐热合金材质的成分要求
2.4成分对性能的影响
2.5镍基耐热合金材质的优势与劣势
3.铁基耐热合金材质
3.1铁基耐热合金材质的特点
3.2应用领域
3.3铁基耐热合金材质的成分要求3.4成分对性能的影响
3.5铁基耐热合金材质的优势与劣势
4.钛基耐热合金材质
4.1钛基耐热合金材质的特点
4.2应用领域
4.3钛基耐热合金材质的成分要求4.4成分对性能的影响
4.5钛基耐热合金材质的优势与劣势
5.其他耐热材料
5.1钽材料
5.2钼材料
5.3铍材料
5.4锆材料
5.5其他材料的应用与成分要求
总结：
耐热钢铸件的材质和成分直接决定了其在高温环境下的性能和耐久性。

高铬耐热钢、镍基耐热合金、铁基耐热合金、钛基耐热合金以及其他耐热材料都有各自的特点、应用领域和成分要求，不同的材料经过合理的成分设计，可以满足不同工作条件下的要求。

因此，在选择耐热钢铸件材料时，需要综合考虑其特性、应用领域以及成本等因素。

只有选择适合的材料和成分，才能确保耐热钢铸件在高温环境下具有优异的性能和耐久性。

Ch6 耐热钢和铁基高温合金.ppt1、Chapter6耐热钢和铁基高温合金主要内容第一节珠光体型热强钢第二节马氏体型热强钢第三节铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型耐热钢第四节铁基高温合金Chapter6耐热钢和铁基高温合金基本要求：了解耐热金属材料的工作条件及性能特点；耐热钢及铁基高温合金的合金化及其热处理；常用耐热钢和铁基高温合金。

重点和难点：耐热钢及铁基高温合金的性能特点及合金化原理。

Chapter6耐热钢和铁基高温合金背景:耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有肯定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。

6.0引言6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金对蒸汽轮机和锅炉2、来讲：在本世纪30~40年月蒸汽温度不过400~450℃，蒸汽压力不过近100大气压；如今蒸汽温度已达650℃，蒸汽压力也高达340大气压以上，因此所使用的金属材料也从低碳钢进展到冗杂的各类合金钢。

6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金耐热钢的分类按合金元素多少可分为两类：一类是在低合金结构钢基础上进展起来的低合金珠光体型热强钢；另一类是在不锈钢基础上进展起来的高合金专用耐热钢。

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。

Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热强钢是指在高温下有肯定抗氧化能力并具有足够强度而3、不产生大量变形或断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。

它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要缘由是高温下强度不够。

热强钢广泛用于制造锅炉管道、紧固件、汽轮机转子、叶片、排气阀等。

Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热稳定钢是指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底、炉栅等。

它们工作时的主要失效形式是高温氧化，而单位面积上承受的载荷并不大，故又称抗氧化钢。

热稳定钢广泛用于工业炉中的构件、炉底板、马弗罐、料架、辐射管等。

Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言按组织的晶体结构特征可以分为：奥氏体型铁素体型马氏体4、型沉淀硬化型Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言奥氏体型、铁素体型钢大都用于要求抗氧化性较高的场合；马氏体型和沉淀硬化型钢则多用于要求高温强度较高的场合。

耐热钢材料的发展历史随着工业的发展和技术的进步，耐热钢材料作为一种重要的材料，在高温高压环境下得到了广泛的应用。

耐热钢材料具有优良的耐热性能，能够在高温环境下保持良好的力学性能和化学稳定性。

随着科技的不断发展，耐热钢材料的种类和性能也在不断改善和提高。

本文将从以下几个方面对耐热钢材料的发展历史进行探讨。

一、早期的耐热钢材料1.1 制造早期耐热钢材料的方法在早期，人们主要通过改进合金元素的配比和热处理工艺来改善钢材的耐热性能。

主要采用的合金元素是镍、铬、钼等，通过对这些合金元素的控制和添加，使钢材在高温下依然能够保持稳定的性能表现。

1.2 早期耐热钢材料在工业中的应用早期的耐热钢材料主要应用于炼油、化工、航空航天等领域，如在高温炉内的炉具、管道、阀门等设备中得到了广泛的应用。

二、耐热钢材料的改进与完善2.1 新的合金元素的应用随着对耐热钢材料性能要求的不断提高，人们开始研究和应用新的合金元素。

钼、钒、钨等元素的添加，可以显著提高钢材的耐热性能，使其能够在更高温度下保持稳定的性能。

2.2 热处理工艺的改进除了合金元素的改进外，热处理工艺的改进也对耐热钢材料的性能提升起到了重要作用。

通过精确控制退火、淬火等工艺参数，可以使钢材的组织结构更加均匀细密，同时提高其晶界的稳定性。

三、耐热钢材料的应用领域拓展3.1 航空航天领域随着航空航天技术的不断发展，对耐热钢材料的性能要求也越来越高。

耐热钢材料被广泛应用于航空发动机内部的高温部件，如涡轮叶片、燃烧室等。

3.2 石油化工领域在炼油、化工等领域，耐热钢材料也起到了不可替代的作用。

它被用于高温高压反应设备、石油精炼设备等，保障了工艺设备的稳定运行。

3.3 太阳能、核能领域随着清洁能源的发展，太阳能和核能的应用也越来越广泛。

在这些领域，对材料的耐热性能要求很高，耐热钢材料也得到了广泛的应用。

四、未来耐热钢材料的发展趋势4.1 多元合金材料的研究未来，人们将继续研究多元合金材料的应用。

常用的不锈钢的分类和用途不锈钢是一个范围很大的特殊钢系列。

我国生产的不锈钢钢号就有一百个以上。

但就其主要合金成分，金相组织和工业上的主要用途，大体可作如下分类：1.不锈钢根据其主要合金成分，通常可分以下三类（1）铬不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬。

有的还分别含有硅、铝、钨、钼、镍、钛、钒等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量分别在1～3％之间。

（2）铬镍不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和镍。

有的还分别含有钛、硅、钼、钨、钒、硼等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量在4%以下至微量。

（3）铬锰氮不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和锰，大多数钢中还含有0.5%以下的氮。

有的还分别含有镍、硅、铜等一种或几种元素。

这些元素在钢中的含量分别只有5%以下。

2.不锈钢根据其结构（金相组织），通常分以下三类：（1）铁素体的——即含铬不含镍的不锈钢。

这类钢冷加工能使之硬化到某种程度，热处理则不能。

这类钢总是有磁性的。

（2）马氏体的——这类不锈钢除个别的钢号含有少量的镍外，大多数钢号只含有铬，其优点是热处理能使之硬化。

这类钢总是带有磁性的。

（3）奥氏体的——即含有铬镍或铬镍锰或铬锰氮等元素的不锈钢。

这类钢只能冷加工使之硬化；热处理只能使之软化。

在退火状态中是无磁性的。

在冷加工后，有的会带有磁性的。

以上的三种分类仅是按钢的基体组织分的，由于钢中稳定奥氏体及形成铁素体的元素的作用不能互相平衡。

因此，工业中实际用的不锈钢的组织还有：马氏体——铁素体、奥氏体——铁素体、奥氏体——马氏体等过渡型的复相不锈钢，以及马氏体——碳化物组织的不锈钢。

3.不锈钢根据工业上的主要用途，可分为：不锈钢、耐酸钢、不起皮钢、耐热钢等四种。

有的将电热合金作为不锈钢的组成部分。

他们的主要功能和代表性钢号分列如下：（1）不锈钢——在空气及弱腐蚀介质中能抵抗腐蚀。

具有这种功能的钢叫做不锈钢。

其代表性钢号有：OCr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr14、Cr15、9Cr18、9Cr18MOV、Cr14MO等。