耐熱鋼的選用

1、耐 熱 鋼 的 選 用一 什么是耐熱鋼耐熱鋼是指在高于450條件下工作，并具有足夠的強度、抗氧化、耐腐蝕性能和長期的組織穩(wěn)定性的鋼種。耐熱鋼從性能上分為熱強鋼和抗氧化鋼（不起皮鋼）。含Ni量很高的耐熱鋼稱為高溫合金。二 耐熱鋼的分類與適用范圍：見附表一【附表一】耐熱鋼的分類與適用范圍鋼 種 鋼 號使用溫度 適 用 范 圍馬氏體 鉻 鋼 4Cr9Si2 800不起皮鋼,用于小負荷的耐熱件。 1Cr13 700不起皮鋼，用于小負荷的耐熱構(gòu)件，常用于電熱元件的引出棒。減震性良好。鐵素體 1Cr17 900不起皮鋼，900以下常用于無負荷的、不滲C的電熱設(shè)備構(gòu)件。 1Cr25Ti 3Cr25Si3Ni

2、 1Cr28 11001100 1150不起皮鋼，抗硫腐蝕性好，常用于小負荷的加熱設(shè)備構(gòu)件。奧 氏 體 鉻 鎳 鋼 1Cr18Ni9Ti 900在空氣中有優(yōu)良的抗腐蝕性，不耐鹽酸、稀硫酸腐蝕和氯離子應(yīng)力腐蝕，900用做負荷構(gòu)件。1Cr14Ni14Mo2WNb 850不起皮鋼,熱強鋼，抗晶間腐蝕性能良好，用作負荷構(gòu)件。 1Cr23Ni13 1000抗熱疲勞性好，980下用做負荷構(gòu)件 1Cr23Ni18 1050不起皮熱強鋼,中等負荷適用于850，小負荷用于9001050。 3Cr18Ni25Si2 1100不起皮鋼,熱強鋼,對含硫氣氛敏感，用作負荷構(gòu)件。 1Cr25Ni20Si2 1Cr25Ni

3、20 1200最常用的不起皮鋼和熱強鋼。較高的Si含量可阻止深層氧化。 1Cr20Ni35 1200不起皮鋼和熱強鋼，有較高的綜合性能，用作負荷構(gòu)件。 鉻 鎳 氮 4Cr22Ni4N 3Cr24Ni7SiNRe 3Cr30Ni11N 1000不起皮鋼和熱強鋼，用作負荷構(gòu)件。 1050 1100 鉻 錳 氮 鋼45Cr20Ni5Mn5WMoN 3Cr18Mn12Si2N3Cr22Mn4Ni4Si2N 2Cr20Mn9Ni2Si2N 900常用的不起皮鋼和熱強鋼,有較高的抗硫腐蝕性能和抗?jié)BC性能，用于氣氛保護熱處理設(shè)備。 950 1000 1050 鐵 錳 鋁 6Mn18Al5Si2Ti 6Mn2

4、8Al7TiRe 6Mn28Al9TiRe 950不起皮鋼和熱強鋼,用于中小負荷耐熱構(gòu)件。 1050 1050三 常用耐熱鋼的化學(xué)成分與機械性能：見附表二；附表三【附表二】常用耐熱鋼的主要化學(xué)成分 鋼 號 C Si Mn Cr Ni 其 它4Cr9Si20.350.502.03.0 0.7 8.010.0 0.6 1Cr130.080.150.6 0.812.014.0 0.6 1Cr17 0.120.8 0.816.018.0 1Cr25Ti 0.121.0 0.824.027.0 Ti 0.500.83Cr2Si3Ni 0.352.53.50.723.027.00.71.3 1Cr28 0

5、.151.00.827.030.0 1Cr18Ni9Ti 0.121.0 2.017.019.08.011.0Ti 0.500.81Cr14Ni14Mo2WNb0.090.150.550.51.013.015.013.015.0Mo 1.72.0W1.251.65Nb0.71.21Cr23Ni130.200.102.022.025.012.015.0 1Cr23Ni180.200.102.022.025.017.020.0 3Cr18Ni25Si20.30.41.52.51.517.020.023.026.0 1Cr25Ni20Si20.201.52.51.524.027.018.021.0

6、1Cr20Ni350.151.02.00.51.015.020.030.035.0 4Cr22Ni4N0.350.451.22.01.021.024.03.55.0N 0.230.303Cr24Ni7SiNRe0.270.371.32.01.023.026.07.08.7N 0.200.30Re0.200.303Cr30Ni11N0.300.400.8 50.629.032.09.013.0N 0.200.3045Cr20Ni5Mn5WMoN0.400.501.22.04.55.519.021.54.55.5W 0.71.1Mo 0.71.13Cr18Mn12Si2N0.220.301.42.

7、210.512.517.019.0 N 0.220.303Cr22Mn4Ni4Si2N0.300.401.52.03.55.520.023.03.55.5N 0.220.282Cr20Mn9Ni2Si2N0.170.261.82.78.511.018.021.02.03.0N 0.200.306Mn18Al5Si2N0.60.71.82.518.020.0 Al 4.55.5Ti 0.150.356Mn28Al7TiRe0.550.750.81.527.530.0 Al 16.018.0Re0.1、Ti0.16Mn28Al9TiRe0.550.750.81.527.530.0 Al 18.02

8、0.0Re0.1、Ti0.1四更高使用溫度的鋼種KanthalAPM:高溫耐蝕合金：KF62 。高溫耐蝕合金：KY101.最高使用溫度：1300 1. 最高使用溫度：1260 最高使用溫度：13602成分：Cr22Al46 2成分：Ni-Cr-Fe基和金+Ti,Zr,Y 1300長期抗氧化；1360短期抗氧化3蠕變強度: 3應(yīng)用特點; Fe-Ni-Cr-Al-Re合金10000h ;1300:0.4MPa 優(yōu)良的高溫氧化腐蝕抗力， 適用于高溫低氧分壓環(huán)境和含S,C熱腐4表面負荷： 優(yōu)良的硫化，氯化，碳化抗力 蝕環(huán)境的受力構(gòu)件。1200：22Kw/m2 較高的高溫強度與蠕變斷裂強度用于耐高溫氧化

9、的鋼管 【附表三】常用耐熱鋼的室溫力學(xué)性能 鋼 號 抗拉強度 b/MPa 屈服點S/MPa 伸長率S（）斷面收縮率（） 沖擊韌性K/J·24Cr9Si2 900 600 19 50 - 1 Cr13 600 420 20 60 901 Cr17 400 250 20 50 - 1 Cr25Ti 450 300 20 45 - 1 Cr18Ni9Ti 550 200 40 55- 1Cr14Ni14Mo2WNb 400 200 18 35 401Cr23Ni13 550 250 35 50 -1Cr23Ni18 550 250 35 50 -3Cr18Ni25Si2 650 350 2

10、5 40 -1Cr25Ni20Si2 600 300 25 50 -4Cr22Ni4N 1000 - 10 19 403Cr18Mn12Si2N 70 40 35 45 -2Cr20Mn9Ni2Si2N 65 40 35 45 -6Mn28Al9TiRe 45 - - - 4【附表四】常用耐熱鋼的抗氧化性能 鋼 號 氧化增重（失重）速度/g·（m2··h）1 8009001000 1100 12001Cr13（0.45） （2.0） （4.2） 1Cr17（0.2） （0.4） （2.0） 1Cr25Ti （0.85） 1Cr28 （0.12） （0.2） （1.

11、15） 1Cr23Ni18 （0.28） （0.48） （1.65） 3Cr18Ni25Si2 0.126 0.835 1.1254 Cr25Ni20 0.092 0.3360.9994 Cr22Ni4N 0.15 0.25 3Cr24Ni7SiNRe 0.151 0.692 0.9313Cr30Ni11N 0.132 0.451 1.08585045Cr20Ni5Mn5WmoN0.018 0.125 1.860 3Cr18Mn12Si2N0.181 0.238 2.218 3Cr22Mn4Ni4Si2N0.018 0.032 0.229 注：氧化增重是質(zhì)量指標；（）為失重速度；五。 耐熱鋼的

12、應(yīng)用性能 耐熱鋼的高溫腐蝕耐熱鋼在高溫下使用，根據(jù)使用溫度的高低，環(huán)境因素的不同，不同的鋼種會受到不同性質(zhì)、不同程度的腐蝕·主要包括：1 高溫氧化（狹義）耐熱鋼的狹義高溫氧化是指耐熱鋼在高溫下與氧氣反應(yīng)生成金屬氧化物的過程。氧氣可以是純氧，或是含氧的干燥空氣。這是最基本、最基礎(chǔ)的耐熱鋼腐蝕現(xiàn)象。其氧化的程度以氧化增重量表示： g·cm2·h1。該數(shù)值愈小，耐熱鋼的抗氧化性能愈強。水蒸氣加速高溫氧化過程；外加載荷加速高溫氧化過程。常用耐熱鋼的抗氧化性能比較見附表四。2 高溫碳化 高溫碳化是指耐熱鋼在高溫下含C及其化合物的還原氣氛中與其反應(yīng)生成碳化物的過程。增重愈小，

13、耐熱鋼的抗增碳性能力愈強。能力的大小取決于耐熱鋼表面產(chǎn)生的保護性氧化膜的致密性與穩(wěn)定性。3 高溫硫化高溫硫化是指耐熱鋼在高溫下的氧化性或還原性含硫介質(zhì)中與其反應(yīng)生成硫化物的過程。耐熱鋼在含硫介質(zhì)中經(jīng)受氧化、還原、和抵抗硫腐蝕三重作用。腐蝕能力以腐蝕速率mm·cm2·h1表示。4 高溫氮化高溫氮化是指耐熱鋼在高溫下的氮氣或含氮介質(zhì)中與其反應(yīng)生成氮化物的過程。耐熱鋼抵抗高溫氮化腐蝕的能力大小取決于鋼中元素與氮的親和力。5 高溫鹵化耐熱鋼在鹵族（氟、氯、溴、碘）元素介質(zhì)中會產(chǎn)生強烈的腐蝕（點狀腐蝕）稱為高溫鹵化。其中氯尤其嚴重，合金中的Cr、Ni、Al、Fe與氯都有很強的親和力，

14、在低溫潮濕環(huán)境下形成揮發(fā)性很強的化合物。因此，耐熱鋼在鹵族元素介質(zhì)中使用溫度通常不超過500。6混合氣體氧化 在多種元素或化合物的混合介質(zhì)中，耐熱鋼會產(chǎn)生兩種以上的氧化，如硫化氧化；硫化碳化等。這是實際應(yīng)用中最通常的情況。7氫腐蝕 在高溫高壓的氫氣中，氫原子滲入耐熱鋼中與碳化物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生甲烷氣體致使鋼表面發(fā)生氣泡或開裂，并且表面脫碳。這種腐蝕稱為氫腐蝕。 耐熱鋼焊接時，焊縫中的氫氣排不出來，也造成焊縫的腐蝕。以上所有的腐蝕現(xiàn)象都是從耐熱鋼表面的保護性氧化膜遭到破壞開始。鋼中主要元素的作用及其含量的不同，致使不同的耐熱鋼具有不同的抗腐蝕能力。 耐熱鋼中主要元素對耐熱鋼性能的影響1C:碳的作用

15、是雙重的。碳是不可缺的穩(wěn)定奧氏體的元素。碳含量的提高可增強鋼的強度與硬度。但碳與鐵、鉻的親和力很強，形成有害的碳化鐵、碳化鉻。降低碳的含量可提高鋼的可焊性與冷變形能力。由于對耐熱鋼主要應(yīng)用其抗高溫氧化能力，故較低的含C量是有利的。一般的含C量應(yīng)在0.10.2之間。 2Cr: 鉻是耐熱鋼中抗高溫腐蝕的起決定作用的主要元素。其原因之一是鉻使鐵基固溶體的電極電位提高；吸收鐵的電子使其鈍化。其原因之二是在鋼的表面形成有利的氧化膜Cr2O3;連續(xù)的致密的氧化膜可有效的阻止離子通過膜的擴散減緩氧化速度。合金中的Cr含量應(yīng)達到1520以上。高含鉻不銹鋼有較強的抗氫腐蝕能力。 3Ni: 鎳是耐熱鋼中與鉻形成奧

16、氏體的重要合金化元素，使高鉻鋼的組織發(fā)生變化。提高鋼的熱強性與耐腐蝕性。其本身也是優(yōu)良的耐腐蝕材料。 4Al： 鋁在耐熱鋼的熱處理中固溶強化作用大。由于與氧的親和作用強，高溫下形成保護性氧化膜Al2O3，可有效的阻止離子通過膜的擴散減緩氧化速度。在滲氮鋼中形成堅硬耐蝕的滲氮層。含量多在35之間。過高的含量對鋼的力學(xué)性能不利。為提高耐熱鋼的抗高溫腐蝕能力，可在表面滲鋁，但最多只能镕入7的鋁。 5Si: 硅在高溫氧化生成SiO2,分布在保護性氧化膜與基體金屬之間。組織氧進一步滲入，降低合金的氧化速度，提高耐熱鋼的耐蝕性。適量的Si調(diào)整鋼的機械性能，提高彈性極限，其含量不超過2。過量的Si反而提高氧

17、化增重，且影響鋼的可焊性能與冷作性能。6. Ti: 鈦在耐熱鋼中可提高抗氧化性與蠕變強度、持久強度。有明顯的防止和減輕晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕的作用。 7Mo: 鉬在耐熱鋼中含量為0.5時，能降低或抑制其它元素導(dǎo)致的回火脆性。在較高回火溫度下，能提高鋼的熱強性和蠕變強度。含量為23鉬的耐熱鋼能抵抗有機酸及還原性介質(zhì)的腐蝕。鉬是貝氏體高強鋼的重要元素之一。8Mn: 由于錳氧化后生成MnO并與Cr2O3結(jié)合，使氧化速度增加，并降低氧化膜與基體金屬的結(jié)合能力，使氧化膜易于脫落。降低了耐熱鋼的抗氧化性能。它的主要作用是替代鎳在低合金鋼中作為奧氏體鋼的奧氏體化元素。 9N: 耐熱鋼中含有2氮，能穩(wěn)定鋼中的奧氏

18、體。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高溫強度，從而增加了鋼的蠕變強度。 10Re: 耐熱鋼中含有0.2Re,可以提高鋼的抗氧化性，提高高溫強度和蠕變強度。可以較大幅度的提高耐蝕性。含釔的耐熱鋼高溫下形成的Y2O3能與Cr2O3、Al2O3共同形成致密的氧化膜，提高耐熱鋼抗氫腐蝕能力. 常用耐熱鋼的高溫強度見附表五?！靖奖砦濉砍Ｓ媚蜔徜摰母邷貜姸蠕?號 持 久 強 度 蠕 變 強 度2Cr1310001050 油淬720750回火溫度b/10000b/100000溫度b/1000b/10000b/100000 MPa MPa450330270260450270180470260210190475

19、120500230190160500160110 7053016010075550 70 50 401Cr1310301050 油淬680700回火空冷溫度b/10000hb/100000hb/1000h溫度1/10000h1/100000h MPa MPa47026022030040012350022019027045010553019016023050095574Cr9Si2104030min 油淬，750油冷。镕鋁坩堝專用。40013011650011095600585065027201Cr18Ni9Ti棒材11301160水冷，80010h或70024h時效。溫度1/1/1/溫度100

20、0h10000h100000hMPaMPa5502402901902401402006001802201301709013065011014060100407070070120507030501Cr23Ni1311001150 水冷溫度度b/10000hb/100000hb/1000h溫度1/10000h1/1000hMPa MPa60091載荷6491346008110070049載荷70484700344580028載荷7605680012.52390021載荷8162890031111000載荷8712110002.551Cr23Ni18固溶處理600140150100600909860

21、650180 190 9012060807003536243570010050603580013678004060213512139004鋼 號持 久 強 度蠕 變 強 度1Cr25Ni20Si211001105水或空冷溫度b/10000hb/100000hb/1000h溫度1/10000h1/1000h MPaMPa最高使用溫度：1200；連續(xù)使用溫度：1150；連續(xù)使用溫度：10501100800188800132090073900591000150510004110011001512001200053Cr18Mn12Si2N1100115040Min,空冷較好的抗氧化性，抗硫腐蝕性，抗?jié)B

22、碳性，可長期在950下使用。適用于加熱爐傳送帶，爐底板滲碳爐罐。溫度/ MPa斷裂時間 h（）9003049044.340261.8238.339.447.75097.797.549.344.06061.442.054.720Cr20Mn9Ni2Si2N11001150水冷。耐急冷急熱性能高，適用于鹽浴爐坩堝。溫度鑄 造方 法b/10000b/1000 MPa900普通10111720離心1626六 耐熱鋼的正確使用1 根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同，選擇適用的耐熱鋼。2 使用中的注意事項1 盡量形成穩(wěn)定致密的保護性氧化膜預(yù)氧化處理耐熱鋼表面具有穩(wěn)定致密的保護性氧化膜是設(shè)備正常使用的必備條件。因此電加熱設(shè)

23、備在正式啟用前，通電加熱至足夠高的溫度，保溫足夠長的時間，以便形成理想的氧化膜。正常使用過程不能代替預(yù)氧化處理。預(yù)氧化處理應(yīng)在空爐下進行。預(yù)氧化溫度應(yīng)高于正常使用溫度50（不能超過該材料允許最高使用溫度），保溫時間46小時。如設(shè)備長時間停用，重新使用前也應(yīng)作預(yù)氧化處理。2 設(shè)備使用溫度不超過該材料允許最高使用溫度，整體不過燒。3 設(shè)備加熱均勻，局部不過熱。使用棒狀加熱元件時，加熱元件應(yīng)與被加熱設(shè)備保持足夠距離。4 焊接部位必須按照正確的焊接工藝施焊。盡量避免與減少焊縫周圍母材的氫腐蝕及晶間腐蝕。5 為確保耐熱鋼的使用壽命及設(shè)備的正常使用，正確選材是保證，搞清氣相環(huán)境是前提。氣相環(huán)境的各種參數(shù)是

24、直接決定和影響耐熱鋼氧化的根本因素。其中包括： 氣相的化學(xué)成分是單一的氧氣還是含兩種以上反應(yīng)氣體的混合氣體。 氣相的總壓力和反應(yīng)氣體組分的分壓以及壓力的變化。 氣體流動狀態(tài)及流速。 流動氣體是否含有易與耐熱鋼表面反應(yīng)的粒狀物。 環(huán)境溫度是恒定的還是交變的。 外力作用是恒定的還是交變的。6 工件的正常加熱過程中，在設(shè)備內(nèi)放置同材質(zhì)的試件，以試件的觀察評定結(jié)果代替對耐熱鋼設(shè)備的評價。 耐熱鋼設(shè)備在加熱過程中，盡量避免急冷急熱。3 耐熱鋼的使用場合見附表六?！靖奖砹磕蜔徜摰氖褂脠龊吓?號類 型 用 途1Cr18Ni9Ti奧 氏 體通用性不銹鋼。民用、建材、工業(yè)一般防腐耐熱8501Cr18Ni9通用

25、性不銹鋼。民用、建材、工業(yè)一般防腐耐熱850冷做后性能提高。0Cr18Ni9作為不銹耐熱鋼使用最廣泛，食品用設(shè)備?；?、原子能工業(yè)用。0Cr25Ni20爐用材料，汽車排氣凈化裝置用材料。00Cr19Ni10用于抗晶間腐蝕性要求高的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)的野外露天機器、建材、耐熱零件及熱處理有困難的零件0Cr17Ni12Mo2適用于在海水和其他介質(zhì)中，主要作耐點蝕材料，照相、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設(shè)施、繩索、CD桿、螺桿、螺母0Cr17Ni14Mo2為0Cr17Ni12Mo2的超低碳鋼，用于對抗晶間的腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品。1Cr18Ni12Mo2Ti用于抗硫酸、磷酸、甲酸、乙酸的設(shè)備，有良好的耐晶間

26、腐蝕性。0Cr18Ni12Mo2Ti同上0Cr18Ni10Ti添加Ti提高耐晶間腐蝕，不推薦作裝飾部件。0Cr16Ni14無磁不銹鋼，作電子原件。0-1Cr20Ni14Si2具有較高的高溫強度及抗氧化性，對含硫氣氛較敏感，在600800有析出相的脆化傾向，適用于制作承受應(yīng)力的各種爐用構(gòu)件。1Cr17Ni7適用于高強度構(gòu)件，火車客車車廂用材料00Cr18Ni5MoSi2奧氏體鐵素體耐應(yīng)力腐蝕破裂性能良好，具有較高的強度，適用于含氯離子的環(huán)境，用于煉油、化肥、造紙、石油、化工等工業(yè)，制造熱交換器、冷凝器等。0Cr17(Ti)鐵素體用于洗衣機內(nèi)桶沖壓件,裝飾用1Cr17鐵素體耐蝕性良好的通用鋼種，建

27、筑內(nèi)裝飾用，重油燃燒器部件，用于家庭用具，家用電器部件。0Cr13鐵素體作較高韌性及受沖擊負荷的零件，如氣輪葉片，結(jié)構(gòu)架，螺栓，螺帽等1Cr13具有良好的耐蝕性，機械加工性，用作一般用途、刀刃機械零件、石油精煉裝置、螺栓、螺母、泵桿、餐具等。2Cr13淬火狀態(tài)下硬度高，耐蝕性良好，作氣輪機葉片，餐具4常用典型耐熱鋼特性與用途見附表七?！靖奖砥摺砍Ｓ玫湫湍蜔徜撎匦耘c用途SUS304具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能、熱壓彎曲熱加工性能。無熱處理硬化、無磁性。廣泛用于化學(xué)、食品、建材、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療器械、汽車、船舶、生活用具等。SUS304LSUS304的變種，含C量降低，提高了焊接性能。最基本的奧氏體鋼種，用途最廣泛。綜合性能好。SUS304CuSUS304的變種。拔絲及冷壓成型性好?？箷r效裂紋性能優(yōu)良SUS304NSUS304的變種，提高了鋼的強度。SUS310SUS304的變種，提高了鋼的強度。SUS310SSUS310的變種，含C量降低，提高了焊接性能。是使用溫度低于1200的優(yōu)選品種。廣