电厂金属材料 第5章 耐热钢

耐热钢
耐热钢即在高温下不发生氧化，并对机械负荷作用具有较高抗力的钢。

钢中加入足够的Cｒ、Sｉ、Aｌ等元素，使钢在高温下与氧气接触时，表面能生成致密的高熔点氧化膜，严密的覆盖在钢的表面，保护钢免于高温气体的继续腐蚀。

当温度超过再结晶温度时，除受机械力的作用产生塑性变形和加工硬化外，同时还可发生再结晶和软化的过程。

当工作温度高于金属的再结晶温度，工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时，随着时间的延长金属发生及其缓慢的变形，这种现象称为“蠕变”。

金属的蠕变抗力愈大，则其高温强度愈高。

加入能提高钢的再结晶温度的合金元素来提高钢的高温强度。

马氏体钢中的W通过提高钢的再结晶温度，以及析出较稳定的第二相来提高钢的热强性；Cｒ和Sｉ可提高钢的抗氧化性和抵抗燃烧气体腐蚀的性能，加入少量的Mｏ有利于减小钢的回火脆性并提高热强性。

奥氏体钢中的Nｉ不能提高铁素体的蠕变抗力，也不是有效的抗氧化元素；Tｉ形成碳化物的能力很强烈，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。

随着合金元素含量的提高，固溶处理温度也须适当提高。

作为耐热钢使用时，在固溶处理后要采用高于使用温度约60～100℃的时效处理，使组织进一步稳定，有时通过强化相的进一步析出而提高钢的强度。

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。

耐热钢的比热容一、介绍耐热钢耐热钢是一种高温合金材料，具有优异的高温性能，主要用于制造高温工作环境下的零部件。

它具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和机械强度，能够承受高温下的重载荷。

耐热钢通常被用于航空发动机、石油化工设备、核反应堆等领域。

二、比热容的定义比热容是指物质单位质量在吸收或释放一定量热量时所需要的温度变化。

它是描述物体对热能响应能力的物理量，通常用J/(kg·K)来表示。

三、耐热钢的比热容耐热钢由于其材料特性，其比热容通常较低。

比如INCOLOY 800HT 这种高温合金材料，其比热容为0.46 J/(g·K)，而普通碳素钢的比热容则为0.46-0.51 J/(g·K)。

四、影响耐热钢比热容的因素1.组成成分：不同成分的合金材料其比热容也会有所不同。

例如，镍基合金的比热容通常较低，而钼基合金的比热容则较高。

2.温度：温度对于耐热钢的比热容也有一定影响。

随着温度的升高，耐热钢的比热容通常会减小。

3.晶体结构：晶体结构也是影响耐热钢比热容的因素之一。

不同晶体结构的材料其比热容也会有所不同。

五、应用了解耐热钢的比热容对于其在高温环境下的应用具有重要意义。

在制造高温工作环境下零部件时，需要考虑到材料在高温下承受重载荷时所产生的能量释放和吸收问题，而这些问题都与材料的比热容密切相关。

六、总结耐热钢是一种非常重要的材料，在高温工作环境下具有优异性能。

了解其比热容对于设计和制造高温零部件具有重要意义。

影响耐热钢比热容的因素包括组成成分、温度和晶体结构等。

在应用中需要考虑到材料对热能的响应能力，以确保其正常工作。

耐热钢的选用一．什么是耐热钢耐热钢是指在高于450℃条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性的钢种。

耐热钢从性能上分为热强钢和抗氧化钢（不起皮钢）。

含Ni量很高的耐热钢称为高温合金。

二．耐热钢的分类与适用范围：见附表一【附表一】耐热钢的分类与适用范围三．常用耐热钢的化学成分与机械性能：见附表二；附表三【附表二】常用耐热钢的主要化学成分％．KY10 ㈢。

高温耐蚀合金：四．更高使用温度的钢种㈡．高温耐蚀合金：KF62 KanthalAPM:㈠．【附表三】常用耐热钢的室温力学性能【附表四】常用耐热钢的抗氧化性能注：氧化增重是质量指标；（）为失重速度；五。

耐热钢的应用性能㈠．耐热钢的高温腐蚀耐热钢在高温下使用，根据使用温度的高低，环境因素的不同，不同的钢种会受到不同性质、不同程度的腐蚀·主要包括：1．高温氧化（狭义）3耐热钢的狭义高温氧化是指耐热钢在高温下与氧气反应生成金属氧化物的过程。

氧气可以是纯氧，或是含氧的干燥空气。

这是最基本、最基础的耐热钢腐蚀21﹣﹣。

该数值愈小，耐热钢的h·cm·现象。

其氧化的程度以氧化增重量表示：g抗氧化性能愈强。

水蒸气加速高温氧化过程；外加载荷加速高温氧化过程。

常用耐热钢的抗氧化性能比较见附表四。

2．高温碳化高温碳化是指耐热钢在高温下含C及其化合物的还原气氛中与其反应生成碳化物的过程。

增重愈小，耐热钢的抗增碳性能力愈强。

能力的大小取决于耐热钢表面产生的保护性氧化膜的致密性与稳定性。

3．高温硫化高温硫化是指耐热钢在高温下的氧化性或还原性含硫介质中与其反应生成硫化物的过程。

耐热钢在含硫介质中经受氧化、还原、和抵抗硫腐蚀三重作用。

腐21–表示。

–cm ·hmm蚀能力以腐蚀速率·4．高温氮化高温氮化是指耐热钢在高温下的氮气或含氮介质中与其反应生成氮化物的过程。

耐热钢抵抗高温氮化腐蚀的能力大小取决于钢中元素与氮的亲和力。

电厂金属材料教学大纲《电厂金属材料》教学大纲一、课程的性质、任务和基本要求《电厂金属材料》是电厂热能动力工程专业的技术基础课程。

课程的任务为熟悉火电厂用金属材料的成分、组织、相结构、性能间的关系和变化规律。

依据工作状况的应用要求，具有初步选取材料的能力。

初步具有正确选择一般零件热处理方法的能力。

课程的基本要求为了解金属材料主要机械性能及指标、晶格类型和结晶过程对金属性能的影响、合金的基本结构和性能特点。

能正确分析铁碳合金平衡相图，并应用该相图判断成分、温度条件下的组织和性能变化。

熟悉常用碳钢、铸铁、合金钢、有色金属及其合金的分类、牌号、性能、应用。

熟悉热处理的基本原理和基本方法，依据;曲线分析处理引起的组织、性能的变化。

了解金属材料的高温性能、蠕变强度、持久强度、松弛、热疲劳等。

熟悉热力设备用钢在高温下组织、性能的变化，了解在高温下的氧化与腐蚀及常见腐蚀类型与防腐方法。

了解耐热钢的强化原理、合金元素的作用，耐热钢的分类、牌号。

熟悉热力设备主要零、部件用钢及事故分析。

二、各章教学目的和教学目标第一章金属材料的基础知识1.教学内容1.1 金属材料的常用性能及指标1.2 金属的晶格结构及结晶1.3 金属的塑性变形与再结晶2.教学目的掌握强度与塑性、硬度:(HB、HR、HV)、冲击韧性。

疲劳强度等概念，了解晶界与晶粒位向的影响、冷塑性变形对组织和性能的影响;重点掌握热作软化三阶段及冷热加工的区别界限。

3.教学目标1.1 金属材料的常用性能及指标能够说出金属材料的常用性能及指标。

1.2 金属的晶格结构及结晶熟悉金属的晶格结构及结晶过程。

1.3 金属的塑性变形与再结晶能够理解金属的塑性变形与再结晶概念，掌握金属的塑性变形与再结晶过程。

第二章铁碳合金相图及其合金1.教学内容2.1 合金的相结构2.2 二元合金相图2.3 铁碳合金2.教学目的掌握合金的相结构、二元合金相图和铁碳合金。

3.教学目标2.1 合金的相结构能够熟练掌握合金的概念:合金、相、组织以及合金的相结构及机械混合物组织。

一、耐热钢的定义耐热钢是指在高温下工作的钢材。

一般指在高于450℃下工作，具有一定的热强性、热稳定性和组织稳定性的钢材。

珠光体/马氏体/铁素体/奥氏体/沉淀硬化耐热钢1．热强性：是指钢在高温下具有足够的强度而不致因外力的作用产生大量变形或断裂的性能，常用持久强度和蠕变极限来衡量。

（金属材料的失效形式无外乎变形和断裂）2．热稳定性：是指钢在高温下工作而不致因介质的浸蚀而破坏的性能，常用钢的抗氧化性和耐腐蚀性来衡量。

固溶强化。

沉淀强化。

晶界强化。

形变强化。

通过固溶强化。

使金属中融入异类原子，溶质原子在金属晶体中的不均匀分布。

造成各种形式的晶格畸变，实施钉扎在位错上。

加工硬化。

增加晶体中多少位错密度。

细化晶粒。

减小亚晶的尺寸，增加晶粒界的内界面数目。

增大第二相粒子的弥散度。

在晶体结构点阵中嵌入与宿主材料不同的颗粒。

1．低、中、高碳钢以及低、中、高合金钢是如何定义的？低碳钢：c%≤0.25%中碳钢：c%在0.25%～0.60%范围内高碳钢：c%≥0.60%2．如何根据碳含量划分“超低碳”和“极低碳”？在牌号中如何表示？超低碳：含碳量小于等于0.030%，以“03”表示极低碳：含碳量小于等于0.010%，以“01”表示3．试述下列耐热钢牌号的含义：2Cr13 11Cr17 0Cr18Ni10Ti 03Cr19Ni10 01Cr19Ni11 15CrMoG2Cr13：平均含碳量为0.2%，平均含铬量为13%的耐热钢11Cr17：平均含碳量为1.1%，平均含铬量为17%的耐热钢0Cr18Ni10Ti：含碳量低于0.1%但大于0.03%，平均含铬量为18%、含镍量为10%且含钛的耐热不锈钢03Cr19Ni10：含碳量低于0.03%，平均含铬量为19%、含镍量为10%的超低碳耐热不锈钢01Cr19Ni11：含碳量低于0.01%，平均含铬量为19%、含镍量为11%的极低碳耐热不锈钢15CrMog：平均含碳量为0.15%且含铬和钼的锅炉用钢ZG1Cr18Ni9Ti：平均含碳量为0.1%，平均含铬量为18%、含镍量为9%且含钛的耐热铸钢4．试述P91/T91、P92/T92、102、TP347H、WB36的另一种牌号表示方法？P91/T91：10Cr9Mo1VNb P92/T92:9Cr0.5Mo2WVNb 102:12Cr2MoWVTiBTP347H:07Cr18Ni11Nb WB36:15NiCuMoNb51。

耐热钢的成分
耐热钢的成分
耐热钢（Heat Resistant Steel）是指高温钢，它的耐热性能比一般钢材要好，能够承受更高的使用温度，具备高温抗腐蚀性和耐磨性，在高温下也更加稳定。

耐热钢的主要成分主要包括：
1. 铬：是耐热钢的主要微量元素，它具有良好的高温抗氧化性、耐磨性和强度，耐热钢的元素含量最低要求在10.5%-13.5%之间，最高可以达到25.5%，含量越高，耐热性越强。

2. 碳：碳元素是耐热钢的结构元素，它对钢材的强度、硬度、塑性、耐热性等都有重要影响，耐热钢常用的碳元素含量一般在
0.2%-2.0%之间。

3. 铝：铝是耐热钢中的重要微量元素，它可以改善铁基合金的硬度和韧性，耐热钢中的铝含量一般在0.4%-2.0%之间。

4. 锰：锰是耐热钢中一种重要微量元素，它主要作用是提升耐热钢的耐热温度和抗氧化性能，耐热钢中的锰含量一般在0.8%-1.2%之间。

5. 锡：是耐热钢中的重要微量元素，它可以改善高温钢的塑性和耐磨性，耐热钢中的锡含量一般在0.05%-1.0%之间。

6. 锆：锆是耐热钢中能够抑制铁水晶粒度增大的重要微量元素，同时也可以提高钢材的耐热温度，耐热钢中的锆含量一般在
0.05%-0.3%之间。

7. 锰铝合金：锰铝合金是耐热钢中一种重要的稳定化元素，它可以抑制钢材的高温结构变化，耐热钢中的锰铝合金含量一般在0.3%以上。

（新）耐热钢及高温合金_耐热钢及高温合金耐热钢及高温合金各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。

工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。

为此，要求钢在高温下应具有(1)抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力(2)在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性(3)具有良好的加工性能及焊接检(4)按照不同用途有合理的组织稳定性。

耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。

热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、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。

热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而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，失效的主要原因是高温下强度不够。

1 钢的热稳定性和热稳定钢一、钢的抗氧化性能及其提高途径工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。

因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。

除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。

二、热稳定钢热稳定钢(又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏体A型热稳定钢两类。

F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。

根据使用温度，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和Cr25型钢等。

F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。

A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。

A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。

但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。

核电、火电耐热钢第一篇：核电、火电耐热钢核电、火电耐热钢一、发展历程当今社会对于能源的需求与日俱增，为此需要修建大量的核电或者火力发电厂，而这些发电厂内部结构使用的钢材，对于设备的正常安全运行以及提高发电效率都具有很重要的作用。

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，核电与火电的装机容量越来越大，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。

耐热钢在本世纪20-30年代首先被电力工业用于提高蒸汽循环的温度和压力，二战后，铁索体、奥氏体耐热钢获得很大的发展。

在发展的初期，西方各国就制订了耐热铸钢标准，确立了自己的领先地位。

50年代，锅炉用的耐热钢主要是低合金铁素体钢2.25Cr-1Mo和奥氏体不锈钢TP 3O4H、TP347H，其后，耐热钢的研究重点更多地在于加深对已有耐热钢在冶金、生产和加工控制方面的理解。

其中，在1949年，前苏联建造了第一台超超临界的火力发电设备，引发了西方各国的仿制，但由于缺乏高性能耐热钢，西方建造的超超临界设备只能降温到超临界温度运行，缺乏燃料经济性。

之后，由于不同的原因，超临界温度以上的高蒸汽参数机组的发展在70年代曾经受阻，但在80年代初期，世界各国开始重新审视超临界机组的可靠性问题。

80年代后期，日、美、苏、德、法等国已着手研制开发可实际运行的超超临界机组(USC)，并制定了超超临界机组的两步发展计划。