第七章 耐热钢

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按制备工艺分类，有变形高温合金， 按制备工艺分类，有变形高温合金，铸造 高温合金和粉末冶金高温合金。 高温合金和粉末冶金高温合金。 按强化方式分类，有固溶强化型、 按强化方式分类，有固溶强化型、沉淀强 化型、金属间化合物、 化型、金属间化合物、氧化物弥散强化型 和纤维强化型等。 和纤维强化型等。 铁基、 铁基、钴基和镍基合金的使用温度一般不 超过1000℃，温度再高就必须选用难熔金 超过 ℃ 指熔点高于1650℃的金属）或其合金 属（指熔点高于 ℃的金属）
Chapter 7 耐热钢和高温合金
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• 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。 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 • 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 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； 光体型热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热 钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 、 、 、 改善钢的化学稳定性 改善钢的化学稳定性。 • Cr、Al、Si提高 提高FeO出现的温度，改善钢的高温 出现的温度， 、 、 提高 出现的温度 化学稳定性。 化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构： 外层： 钢表面氧化膜的结构 ： 外层 ： Fe 2 O 3 ； 中间层 Fe 3 O4 ； 内层 内层FeO，当 FeO出现时钢的氧化速度 ， 出现时钢的氧化速度 剧增。 剧增。 • Cr、Al含量较高时， 钢的表面出现致密的 2O3 含量较高时， 、 含量较高时 钢的表面出现致密的Cr 保护膜。 或Al2O3保护膜。 • 含硅钢中生成 2 SiO4 氧化膜 ， 具有良好的保护 含硅钢中生成Fe 氧化膜， 作用。 作用。 10 • Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素， 也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素 耐热钢的工作条件及性能 7.1 高钢的抗氧化能力。 高钢的抗氧化能力。

钛基合金
01
钛基合金是以钛为主要成分的合金，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
02
钛基合金广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
03
钛基合金的优点包括优良的高温强度、蠕变强度、抗疲劳性能和耐腐 蚀性能，密度低，减轻设备重量。
04
钛基合金的缺点是加工困难，成本较高，但其使用寿命长，适用于高 温和腐蚀环境。
应用
广泛应用于发动机、涡轮机、热力管道等需要承受交变载荷的设 备。
03 耐热合金的种类与特性
高温合金
01
02
03
04
高温合金是指在高温下具有优 良力学性能和抗氧化、抗腐蚀
能力的合金。
高温合金主要应用于航空航天 、能源、化工等领域，用于制
造高温部件和设备。
高温合金的优点包括良好的高 温强度、蠕变强度、抗疲劳性 能和抗氧化、抗腐蚀能力。
化学性能比较
抗氧化性
耐热合金的抗氧化性通常优于耐热钢，因为合金元素可以形成更 稳定的氧化膜。
抗腐蚀性
耐热合金的抗腐蚀性也优于耐热钢，因为合金元素可以增强钢的钝 化性能。
高温稳定性
在高温环境下，耐热合金的化学稳定性通常优于耐热钢。
机械性能比较
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强度
耐热合金的强度通常高于耐热钢，因为合金元素 可以细化钢的晶粒，从而提高强度。
韧性
在低温环境下，耐热钢的韧性通常优于耐热合金。 但在高温环境下，耐热合金的韧性可能会降低。
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疲劳强度
耐热合金的疲劳强度通常高于耐热钢，特别是在 循环载荷下。
06 耐热钢与耐热合金的未来 发展与挑战
新材料的研发与应用
研发新型耐热钢与耐热合金，以满足更高温度和更复杂环境下的应用需求。 探索新型的合金元素和制备工艺，以提高材料的抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。

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。

铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温 强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗 氧化性的部件。
奥氏体钢
奥氏体钢含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊 接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。
硼、稀土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。
分类
珠光体钢 马氏体钢
铁素体钢 奥氏体钢
珠光体钢
耐热钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在 500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮 机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。
基本信息
简介
类别
常用于
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。
奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然 后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在 铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。
用途
用途
耐热钢图册 耐热钢
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典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。