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耐熱鋼


    在高溫下具有較高的強度和良好的化學穩定性的合金鋼。它包括抗氧化鋼(或稱高溫不起皮鋼)和熱強鋼兩類??寡趸撘话阋筝^好的化學穩定性,但承受的載荷較低。熱強鋼則要求較高的高溫強度和相應的抗氧化性。耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外,根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性,以及一定的組織穩定性。此外,還發展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。
     耐熱鋼按其正火組織可分為奧氏體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼及珠光體耐熱鋼等。
     耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐和航空、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要求高溫強度和抗高溫氧化腐蝕外,根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性,以及一定的組織穩定性。中國自1952年開始生產耐熱鋼。以后研制出一些新型的低合金熱強鋼,從而使珠光體熱強鋼的工作溫度提高到600~620℃;此外,還發展出一些新的低鉻鎳抗氧化鋼種。
   耐熱鋼和不銹耐酸鋼在使用范圍上互有交叉,一些不銹鋼兼具耐熱鋼特性,既可用作為不銹耐酸鋼,也可作為耐熱鋼使用。

     鉻、鋁、硅 這些鐵素體形成的元素,在高溫下能促使金屬表面生成致密的氧化膜,防止繼續氧化,是提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體腐蝕的主要元素。但鋁和硅含量過高會使室溫塑性和熱塑性嚴重惡化。鉻能顯著提高低合金鋼的再結晶溫度,含量為2%時,強化效果最好。
     鎳、錳 可以形成和穩定奧氏體。鎳能提高奧氏體鋼的高溫強度和改善抗滲碳性。錳雖然可以代鎳形成奧氏體,但損害了耐熱鋼的抗氧化性。
     釩、鈦、鈮 是強碳化物形成元素,能形成細小彌散的碳化物,提高鋼的高溫強度。鈦、鈮與碳結合還可防止奧氏體鋼在高溫下或焊后產生晶間腐蝕。
     碳、氮 可擴大和穩定奧氏體,從而提高耐熱鋼的高溫強度。鋼中含鉻、錳較多時,可顯著提高氮的溶解度,并可利用氮合金化以代替價格較貴的鎳。
     硼、稀土均為耐熱鋼中的微量元素。硼溶入固溶體中使晶體點陣發生畸變,晶界上的硼又能阻止元素擴散和晶界遷移,從而提高鋼的高溫強度;稀土元素能顯著提高鋼的抗氧化性,改善熱塑性。


分類

珠光體鋼
    合金元素以鉻、鉬為主,總量一般不超過5%。其組織除珠光體、鐵素體外,還有貝氏體。這類鋼在500~600℃有良好的高溫強度及工藝性能,價格較低,廣泛用于制作 600℃以下的耐熱部件。如鍋爐鋼管、汽輪機葉輪、轉子、緊固件及高壓容器、管道等。典型鋼種有:16Mo,15CrMo,12Cr1MoV, 12Cr2MoWVTiB,10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。
馬氏體鋼
    含鉻量一般為7~13%,在650℃以下有較高的高溫強度、抗氧化性和耐水汽腐蝕的能力,但焊接性較差。含鉻12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基礎上發展出來的鋼號如1Cr11MoV,1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用來制作汽輪機葉片、輪盤、軸、緊固件等。此外,作為制造內燃機排氣閥用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也屬于馬氏體耐熱鋼。
鐵素體鋼
    含有較多的鉻、鋁、硅等元素,形成單相鐵素體組織,有良好的抗氧化性和耐高溫氣體腐蝕的能力,但高溫強度較低,室溫脆性較大,焊接性較差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受載荷較低而要求有高溫抗氧化性的部件。
奧氏體鋼
    含有較多的鎳、錳、氮等奧氏體形成元素,在 600℃以上時,有較好的高溫強度和組織穩定性,焊接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的熱強材料。典型鋼種有 1Cr18Ni9Ti(321), 1Cr23Ni13(309), 0Cr25Ni20 (310S),1Cr25Ni20Si2(314),2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。

生產工藝
冶煉    耐熱鋼一般在電弧爐或感應爐中熔煉。質量要求高的往往采用真空精煉和爐外精煉工藝。
鑄造    某些高合金耐熱鋼難以加工變形,生產鑄件不僅比軋材合算,而且鑄件還有較高的持久強度。所以在耐熱鋼中耐熱鑄鋼占有相當大的比例。鑄造方法除采用砂型鑄造外,還可用精密鑄造工藝以獲得表面光滑、尺寸精確的產品。對合成氨和乙烯裂解用的高溫爐管往往采用離心鑄造的方法。
熱處理  珠光體熱強鋼通常經正火或調質后使用;馬氏體耐熱鋼用調質處理,以穩定組織,得到良好的綜合力學性能和高溫強度。
           鐵素體鋼不能通過熱處理強化。為消除因冷塑性變形加工和焊接所導致的內應力,可在650~830℃進行退火處理,退火后快速冷卻,以便迅速地經過475℃脆性溫度范圍。
           奧氏體抗氧化鋼大多采用高溫固溶熱處理,以獲得良好的冷變形性。奧氏體熱強鋼則先用高溫固溶處理,然后在高于使用溫度60~100℃條件下進行時效處理,使組織穩定化,同時析出第二相,以強化基體。耐熱鑄鋼多在鑄態下使用,也有根據耐熱鋼的種類采用相應的熱處理的。


用途

鋼號                          適用溫度范圍及其主要用途
00Cr12                      抗氧化溫度600~700℃,用做高溫、高壓閥體、燃燒器
0Cr13Al                     適用溫度范圍700~800℃,燃汽輪機壓縮機葉片
1Cr17                        在900℃以下溫度抗氧化,用做爐用高溫部件、噴嘴
1Cr12                        在600~700℃溫度范圍內具有一定的抗氧化性和較高的高溫強度,可用于汽輪機葉片、噴嘴、鍋爐燃燒器閥門的高溫部件
1Cr13                        抗氧化溫度700~800℃,其用途與1Cr12鋼相同
0Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti                   抗氧化溫度870℃以下,可用做鍋爐受熱面管子、加熱爐零件、熱交換器、馬弗爐、轉爐、噴嘴
0Cr18Ni10Ti
0Cr18Ni11Nb                在400~900℃溫度范圍內抗高溫腐蝕氧化,可用于工作溫度850℃以下的管件
0Cr23Ni13                    抗氧化溫度直至980℃,用于燃燒器火管、汽輪機葉片,加熱爐體,甲烷變換裝置,高溫分離裝置
0Cr25Ni20                    抗氧化溫度直至1035℃,用于加熱爐部件;工作溫度950℃以下的輸氣系統部件
0Cr17Ni12Mo2
0Cr19Ni13Mo2               抗氧化溫度不低于870℃工作溫度600~750℃的化工、煉油熱交換器管子、爐用管件
0Cr17Ni7Al                    工作溫度550℃以下的高溫承載部件

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