第六章 耐热钢

第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢耐磨钢：用于制造高耐磨性零件的特殊钢种；广义上，高碳工具钢、一部分结构钢及合金铸钢均可用于制造耐磨零件；最重要的是：高锰耐磨钢。

颚式破碎机挖掘机 2017年9月26日星期二 31
第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢铁路道岔挖掘机铲齿球磨机衬板履带 2017年9月26日星期二 32
第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢球磨机用于：大型水泥厂，耐火材料厂，冶炼厂，把颗粒研磨成粉状，以利于提取里边所需的矿物质。

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第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢（高锰钢）化学成分：高碳(0.9%~1.5%、高锰(11％~14％。

ZGMn13。

铸态组织：粗大A＋Fe3C网，脆性大，不直接使用。

固溶处理：（1060~1100℃水冷）后可得到单相A，此时韧性很高(故又称“水韧处理”。

加工硬化：(A→M形成硬(＞500HBW而耐磨的表面层(10~20mm，心部为高韧性的A。

主要用途：坦克、拖拉机、挖掘机的履带板、破碎机衬板、铁路道岔等。

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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。

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。

第六章耐热钢和铁基高温合金耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。

对蒸汽轮机和锅炉来讲，在本世纪30~40年代蒸汽温度不过400~450℃，蒸汽压力不过近100大气压，而现在蒸汽温度已达650℃，蒸汽压力也高达340大气压以上，因此所使用的金属材科也从低碳钢发展到复杂的各类合金钢。

耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类：一类是在低合金结构钢基础上发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发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。

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。

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。

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。

按组织的晶体结构特征可以分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型四类，其中奥氏体型、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。

现代航空工业的发展出现了超音速飞机，其发动机的工作温度高达1200℃，从而，出现了各类镍基、钴基合金。

由此可见，根据工程结构的要求不同，耐热钢和高温合金的使用温度范围是十分宽广的，从几百度到千度以上。

一般来讲，耐热钢和高温合金工作温度是指该金属或合金的（0.3~0.5）T熔点℃以上的温度。

高温合金根据成分、组织和成型工艺不同，有不同分类方法。

按基体元素分类，以铁为主，加入的合金元素总量超过50％的铁基合金称为铁基高温合金，目前使用的铁基合金含镍量高达25％~60％，这类铁基合金有时又称为铁镍基合金；以镍为主或以钴为主的合金分别称为镍基或钴基高温合金。

第六章耐热钢第6章耐热钢6.1 基本概念6.2 热强钢6.3 抗氧化钢⼀、耐热钢的⽤途1. 蒸汽锅炉、蒸汽涡轮或燃⽓涡轮；2. 喷⽓发动机、内燃机；3. 加热炉构件。

它们都在⾼温下⼯作，并承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、疲劳等，有的零件还承受冲击载荷。

除此之外，钢件在⼯作时还与⾼温蒸汽、空⽓或燃⽓相接触，表⾯要发⽣⾼温氧化或燃⽓腐蚀。

⼆、对耐热钢的性能要求1. ⾼温抗氧化性（耐热不起⽪性）由于⾼温要引起表⾯的剧烈氧化、腐蚀。

2. ⾼温强度在⾼温下具有⾜够的强度、疲劳强度和相应的塑性，不发⽣⼤量的变形或断裂。

3. ⾼温组织稳定性及强化机制在⾼温下的有效性由于在⾼温下⼯作，钢和合⾦将发⽣原⼦扩散过程，并引起组织的不断变化。

4. 在⾼温温度场中要有⼤的热传导性，⼩的热膨胀性。

5. 良好的⼯艺性能如铸造、热加⼯、焊接、冲压等性能三、⾦属的抗氧化性1. 铁的氧化过程和保护膜O3、Fe3O4三种。

铁氧化物类型有FeO、Fe2FeO：结构疏松，Fe离⼦容易通过FeO膜向外扩散，O离⼦由表向⾥扩散。

冷却分解→应⼒，结合⼒弱，易剥落；Fe2O3、Fe3O4：结构致密，和基体结合好。

6.1 基本概念2. ⾦属的氧化规律取决于化学反应的速度和原⼦扩散的速度。

（1）直线关系氧化膜不完整、不连续时，如氧化物体积较⼩的Mg、Na、Ca等。

y=Kt+A 氧化速度为⼀恒定值y——氧化膜厚度；t——时间；K、A——常数（2）抛物线关系氧化膜覆盖⾦属表⾯，膜层中可进⾏离⼦的扩散，如Fe、Co、Ni、Cu、Mn等形成的氧化膜。

y2=Kt+A（3）对数规律氧化膜不仅覆盖⾦属表⾯，⽽且膜层中离⼦扩散较困难，如Cr、Al、Si等元素形成的氧化膜。

y=lnKt四、提⾼钢抗氧化性的途径1、提⾼钢氧化膜稳定性2、形成致密、稳定的氧化膜3、加⼊少量稀⼟⾦属或碱⼟⾦属提⾼耐热钢和耐热合⾦的抗氧化能⼒，特别在1000℃以上，使⾼温下晶界优先氧化的现象⼏乎消失。

第六章耐热钢1.在耐热钢的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素？哪些是奥氏体形成元素？说明其作用机理。

答：①Cr：提高钢抗氧化性的主要元素，Cr能形成附着性很强的致密而稳定的氧化物Cr2O3，提高钢的抗氧化性。

②Al：是提高钢抗氧化性的主要元素，含铝的耐热钢在其表面上能形成一层保护性良好的Al2O3膜，它的抗氧化性能优于Cr2O3膜。

③Si：是提高抗氧化性的辅助元素，效果比Al还要有效。

高温下，在含硅的耐热钢表面上形成一层保护性好、致密的SiO2膜。

钢中含硅量达1％～2％时，就有较明显的抗氧化效果。

④Mo、W：是提高低合金耐热钢热强性能的重要元素，Mo溶入基体起固溶强化作用，能提高钢的再结晶温度，也能析出稳定相，从而提高热强性。

W的作用于Mo相似。

⑤Ti、Nb、V：是强碳化物形成元素，能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性。

当钢中有Mo、Cr等元素时，能促进这些元素进入固溶体，提高高温强度。

⑥Ni：是奥氏体形成元素，获得奥氏体组织。

2.为什么锅炉管子用珠光体热强钢的含C量都较低（<0.2%）？有一锅炉管子经运行两年后，发现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想。

答：因为含碳量高了，使珠光体球化和聚集速度加快，石墨化倾向增大，合金元素的再分配加速，并且钢的焊接、成型等工艺性能有所降低。

在保证有足够强度的前提下，尽可能降低碳量。

3.提高钢热强性的途径有哪些？答：(1)强化基体：耐热温度要求越高，就要选用熔点越高的金属作基体。

合金元素的多元适量复合加入，可显著提高热强性。

(2) 强化晶界:①净化晶界:在钢中加入稀土、硼等化学性质比较活泼的元素；②填充晶界空位：晶界上空位较多，原子易快速扩散。

B易偏聚于晶界，减少晶界空位。

(3)弥散相强化：金属基体上分布着细小、稳定、弥散分布的第二相质点，能有效地阻止位错运动，而提高强度。

获得弥散相的方法有直接加入难熔质点和时效析出两种。