第6章 耐热钢-0904
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耐热钢的基础知识介绍耐热钢的概念,分类,牌号表示方法,主要合金元素在耐热钢中的作用,基本性能、加工工艺性、工艺性能,耐热钢的的生产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。
耐热钢基本概念英文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。
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,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。
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。
耐热钢按其组织可分为四类: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、铁素体外,还有贝氏体。
什么是耐热钢?耐热钢是什么意思?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(heat-resistingsteels)。
耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件。
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。
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。
抗氧化钢(不起皮钢)一般钢铁在较高温度下(650℃以上),表面容易氧化,主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO,由于基本结合能力薄弱而易剥落。
氧原子容易通过FeO进行扩散,使钢的内部能继续进行氧化,最终导致零件破坏。
抗氧化钢中加入合金元素铬、硅、铝等,他们与氧亲和力大,故优先被氧化,形成一层致密的、高熔点的并牢固覆盖于钢表面的氧化膜(Cr2O3、SiO2、Al2O3),可将金属与外界高温氧化性气体隔绝,从而避免进一步氧化。
实际应用的抗氧化钢,大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。
和不锈钢一样,含碳量增多,会降低钢的抗氧化性。
故一般抗氧化钢为底碳钢。
热强钢金属在高温下的强度有两个特点:一是温度升高,金属原子间结合力减弱、强度下降;二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限,它也会缓慢地发生塑性变形,且变形量随时间的增长而增大,最后导致金属破坏。