第6章耐熱鋼和耐熱合金

1、第第6章章 耐熱鋼和耐熱合金耐熱鋼和耐熱合金耐耐 熱熱 鋼：鋼：在高溫下工作并具有一定強(qiáng)度和抗氧化、耐腐蝕能力的鐵基合金。在高溫下工作并具有一定強(qiáng)度和抗氧化、耐腐蝕能力的鐵基合金。耐熱合金：耐熱合金：在更高溫度下工作的鎳基、鈷基、鉬基、鈮基、鉭基等合金（或在更高溫度下工作的鎳基、鈷基、鉬基、鈮基、鉭基等合金（或 稱為稱為高溫合金高溫合金） 。 本章著重介紹耐熱鋼的種類、成分、組織及性能特點，并簡要介紹鎳基合金。本章著重介紹耐熱鋼的種類、成分、組織及性能特點，并簡要介紹鎳基合金。一、耐熱金屬材料的工作條件和性能要求一、耐熱金屬材料的工作條件和性能要求 工作條件：工作條件： 高溫、高應(yīng)力以及高溫氧

2、化性或腐蝕性介質(zhì)中工作。高溫、高應(yīng)力以及高溫氧化性或腐蝕性介質(zhì)中工作。 如：石油化工設(shè)備的高溫工藝管線、反應(yīng)塔和加熱爐、火力發(fā)電設(shè)備的汽如：石油化工設(shè)備的高溫工藝管線、反應(yīng)塔和加熱爐、火力發(fā)電設(shè)備的汽輪機(jī)和鍋爐、汽車和船舶的內(nèi)燃機(jī)、航天航空工業(yè)的噴氣發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)輪機(jī)和鍋爐、汽車和船舶的內(nèi)燃機(jī)、航天航空工業(yè)的噴氣發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)等都是高溫裝置。等都是高溫裝置。 失效類型有：失效類型有： 蠕變、熱疲勞和熱腐蝕等。蠕變、熱疲勞和熱腐蝕等。 性能要求：性能要求： 優(yōu)良的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和高溫力學(xué)性能，此外還應(yīng)考慮高溫下的有關(guān)物理性優(yōu)良的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和高溫力學(xué)性能，此外還應(yīng)考慮高溫下的有關(guān)物理性

3、能（如熱傳導(dǎo)性、熱膨脹性等）及良好的加工工藝性能等。能（如熱傳導(dǎo)性、熱膨脹性等）及良好的加工工藝性能等。第第1節(jié)節(jié) 耐熱金屬材料的工作條件及性能特點耐熱金屬材料的工作條件及性能特點 1.普通鋼的高溫氧化普通鋼的高溫氧化 二、耐熱鋼的抗氧化性二、耐熱鋼的抗氧化性 在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，依照其用途不同有不同要求：例如在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，依照其用途不同有不同要求：例如 在氧化性環(huán)境中不氧化不脫碳；在氧化性環(huán)境中不氧化不脫碳； 在滲碳性氣氛中不滲碳；在滲碳性氣氛中不滲碳； 在含有釩、鈉、硫的燃燒氣體中不發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕等。在含有釩、鈉、硫的燃燒氣體中不發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕等。 但其在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性最基本且最

4、重要的是但其在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性最基本且最重要的是抗氧化性抗氧化性。 抗氧化并不是說在高溫下完全不被氧化，而通常指在高溫下迅速被氧化后在抗氧化并不是說在高溫下完全不被氧化，而通常指在高溫下迅速被氧化后在表面形成一層表面形成一層連續(xù)連續(xù)、致密致密、牢固附著牢固附著的氧化薄膜，保護(hù)材料不再繼續(xù)被氧化。的氧化薄膜，保護(hù)材料不再繼續(xù)被氧化。評定材料抗氧化性方法評定材料抗氧化性方法重量法重量法： 用單位時間、單位面積上氧化后重量增加或減少的數(shù)值來表示。又分用單位時間、單位面積上氧化后重量增加或減少的數(shù)值來表示。又分減重法減重法和和增重法增重法。減重法常用于碳鋼、低合金鋼或氧化物容易剝削的材料，增重法常。

5、減重法常用于碳鋼、低合金鋼或氧化物容易剝削的材料，增重法常用于冷卻后氧化物仍緊密附著在金屬表面上的材料。用于冷卻后氧化物仍緊密附著在金屬表面上的材料。 普通碳鋼溫度高于普通碳鋼溫度高于300時其表面就時其表面就開始開始氧化，隨溫度升高氧化速度增大。氧化，隨溫度升高氧化速度增大。溫度溫度超過超過570氧化特別氧化特別強(qiáng)烈強(qiáng)烈。 因：因：570以下以下氧化層為氧化層為Fe3O4Fe2O3，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且較致密，氧化較慢；，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且較致密，氧化較慢；570以上以上外表至內(nèi)層依次形成外表至內(nèi)層依次形成Fe2O3、 Fe3O4 、FeO氧化物。其厚度比約為氧化物。其厚度比約為1:10 :100， FeO中

6、鐵原子有空位，鐵原子易通過而擴(kuò)散，且結(jié)構(gòu)疏松易破裂。中鐵原子有空位，鐵原子易通過而擴(kuò)散，且結(jié)構(gòu)疏松易破裂。因此，欲得到抗氧化鋼，就要形成具有致密晶格、連續(xù)、牢固附著的氧化物層。因此，欲得到抗氧化鋼，就要形成具有致密晶格、連續(xù)、牢固附著的氧化物層。2. 提高鋼抗氧化性的途徑提高鋼抗氧化性的途徑 主要采取合金化的方法。主要采取合金化的方法。一般加一般加Cr、Al、Si，它們與，它們與O親和力比親和力比Fe大，選擇大，選擇性氧化形成性氧化形成結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定、與基體結(jié)合牢固的結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定、與基體結(jié)合牢固的Cr2O3、A12O3、SiO2氧化膜。氧化膜。抑制或避免疏松抑制或避免疏松FeO生成和長大，起

7、保護(hù)作用，使鋼不發(fā)生繼續(xù)氧化。生成和長大，起保護(hù)作用，使鋼不發(fā)生繼續(xù)氧化。鉻：鉻：提高鋼抗氧化性的提高鋼抗氧化性的主要元素主要元素。在。在600-650 Cr5、800 Crl2、 950 Cr20、1100 Cr28才滿足抗氧化性。才滿足抗氧化性。Al、Si:也是提高抗氧化性也是提高抗氧化性有效有效元素，但增加鋼的脆性，因此很少單獨加入，元素，但增加鋼的脆性，因此很少單獨加入， 常常和常常和Cr一起加入。一起加入。Ni、Mn：對鋼的抗氧化性能對鋼的抗氧化性能影響較弱影響較弱。C、N：固溶時對鋼的抗氧化性影響不大；形成化合物時防礙鋼表面氧化膜連固溶時對鋼的抗氧化性影響不大；形成化合物時防礙鋼表

8、面氧化膜連續(xù)性，因而續(xù)性，因而鋼的抗氧化性。鋼的抗氧化性。Mo、V：生成氧化物熔點較低，使生成氧化物熔點較低，使抗氧化性變壞抗氧化性變壞。稀土元素：稀土元素：鋼的抗氧化性。主要是由于稀土元素可消除高溫下晶界優(yōu)先氧化鋼的抗氧化性。主要是由于稀土元素可消除高溫下晶界優(yōu)先氧化現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 除了加入合金元素外，還采用滲金屬方法，如滲鋁、滲鉻或滲硅等以提高除了加入合金元素外，還采用滲金屬方法，如滲鋁、滲鉻或滲硅等以提高鋼的抗氧化能。鋼的抗氧化能。三、耐熱金屬材料的熱強(qiáng)性（高溫強(qiáng)度）三、耐熱金屬材料的熱強(qiáng)性（高溫強(qiáng)度）1.金屬高溫下的力學(xué)性能特點金屬高溫下的力學(xué)性能特點高溫下金屬高溫下金屬抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)

9、度抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度顯著顯著，且隨溫度和載荷，且隨溫度和載荷時間時間而逐漸而逐漸。常溫下其強(qiáng)度與時間無關(guān)常溫下其強(qiáng)度與時間無關(guān)高溫下金屬高溫下金屬斷裂形式斷裂形式也發(fā)生變化。低溫穿晶斷裂也發(fā)生變化。低溫穿晶斷裂(韌性斷裂韌性斷裂)高溫的晶間斷高溫的晶間斷裂裂(脆性斷裂脆性斷裂)。原因原因：金屬強(qiáng)度是由晶粒和晶界強(qiáng)度組成的。溫度：金屬強(qiáng)度是由晶粒和晶界強(qiáng)度組成的。溫度，晶內(nèi)、晶界強(qiáng)度都，晶內(nèi)、晶界強(qiáng)度都，但，但晶界缺陷多，原子擴(kuò)散較晶內(nèi)快，強(qiáng)度比晶內(nèi)晶界缺陷多，原子擴(kuò)散較晶內(nèi)快，強(qiáng)度比晶內(nèi)快。晶內(nèi)強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度相等快。晶內(nèi)強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度相等的溫度稱的溫度稱等強(qiáng)度溫度等強(qiáng)度溫度。加載速度。加載速度

10、，擴(kuò)散時間保證，等強(qiáng)溫度，擴(kuò)散時間保證，等強(qiáng)溫度。 熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性是指耐熱鋼在高溫和載荷作用下，抵抗塑性變形和破壞的能力，包括是指耐熱鋼在高溫和載荷作用下，抵抗塑性變形和破壞的能力，包括材料在高溫下材料在高溫下瞬時性能和長時性能瞬時性能和長時性能，不能用室溫下的，不能用室溫下的0.2和和b作設(shè)計依據(jù)。作設(shè)計依據(jù)。 瞬時性能瞬時性能是指在高溫條件下進(jìn)行常規(guī)力學(xué)性能試驗所測得的性能指標(biāo)，如高是指在高溫條件下進(jìn)行常規(guī)力學(xué)性能試驗所測得的性能指標(biāo)，如高溫拉伸、高溫強(qiáng)度和高溫沖擊等，只能作為選材的一個參考指標(biāo)。溫拉伸、高溫強(qiáng)度和高溫沖擊等，只能作為選材的一個參考指標(biāo)。 長時性能長時性能是指材料在高溫及載荷

11、共同長時間作用下所測得的性能指標(biāo)，包括是指材料在高溫及載荷共同長時間作用下所測得的性能指標(biāo)，包括蠕變極限、持久強(qiáng)度、應(yīng)力松弛、高溫疲勞強(qiáng)度和冷、熱疲勞等蠕變極限、持久強(qiáng)度、應(yīng)力松弛、高溫疲勞強(qiáng)度和冷、熱疲勞等(詳見材料力詳見材料力學(xué)性能學(xué)性能)，是，是評定高溫材料必須的性能指標(biāo)評定高溫材料必須的性能指標(biāo)。2. 提高鋼的熱強(qiáng)性途徑提高鋼的熱強(qiáng)性途徑 主要三個途徑：基體強(qiáng)化、第二相沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化。主要三個途徑：基體強(qiáng)化、第二相沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化。 提高基體金屬原子間結(jié)合力，提高基體金屬原子間結(jié)合力，固溶體擴(kuò)散。固溶體擴(kuò)散。 熔點高、自擴(kuò)散系數(shù)小，熔點高、自擴(kuò)散系數(shù)小，再結(jié)晶溫度的合金元素固溶于

12、基體。再結(jié)晶溫度的合金元素固溶于基體。 A基體比基體比F基體熱強(qiáng)性高。因基體熱強(qiáng)性高。因A點陣排列較點陣排列較F致密，擴(kuò)散不易進(jìn)行，使回復(fù)和致密，擴(kuò)散不易進(jìn)行，使回復(fù)和 再結(jié)晶、第二相聚集速度減慢。再結(jié)晶、第二相聚集速度減慢。 穩(wěn)定、不易聚集長大的第穩(wěn)定、不易聚集長大的第2相強(qiáng)化，耐熱鋼多用相強(qiáng)化，耐熱鋼多用難熔合金碳化物難熔合金碳化物作強(qiáng)化相，作強(qiáng)化相，為獲得更高熱強(qiáng)性，可用熱穩(wěn)定性更高的為獲得更高熱強(qiáng)性，可用熱穩(wěn)定性更高的金屬間化合物金屬間化合物作基體的強(qiáng)化相。作基體的強(qiáng)化相。 適當(dāng)粗的晶粒適當(dāng)粗的晶粒以以晶界數(shù)量（高溫下晶界強(qiáng)度較低）。晶界數(shù)量（高溫下晶界強(qiáng)度較低）。進(jìn)一步強(qiáng)化晶界進(jìn)一步

13、強(qiáng)化晶界：強(qiáng)化晶界：強(qiáng)化晶界：S、P等易在晶界偏聚并形成低熔點共晶等易在晶界偏聚并形成低熔點共晶晶界強(qiáng)度。加入晶界強(qiáng)度。加入B、RE等與之形成高熔點穩(wěn)定化合物等與之形成高熔點穩(wěn)定化合物凈化晶界強(qiáng)化凈化晶界強(qiáng)化。填充晶界空位：晶界上空位利于擴(kuò)散和蠕變裂紋擴(kuò)展。加入適當(dāng)元素如硼，填充晶界空位：晶界上空位利于擴(kuò)散和蠕變裂紋擴(kuò)展。加入適當(dāng)元素如硼，無論處于置換還是間隙狀態(tài)，都能穩(wěn)定地填充晶界空位強(qiáng)化晶界。無論處于置換還是間隙狀態(tài)，都能穩(wěn)定地填充晶界空位強(qiáng)化晶界。晶界沉淀強(qiáng)化：在晶界上沉淀析出不連續(xù)骨架狀強(qiáng)化相晶界沉淀強(qiáng)化：在晶界上沉淀析出不連續(xù)骨架狀強(qiáng)化相(如如M7C3、M23C6等等)，裂紋沿晶擴(kuò)展

14、。裂紋沿晶擴(kuò)展。 還可用形變熱處理方法改變晶界形狀呈鋸齒狀晶界和在晶內(nèi)造成多邊化的還可用形變熱處理方法改變晶界形狀呈鋸齒狀晶界和在晶內(nèi)造成多邊化的亞晶界進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性。亞晶界進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性。四、耐熱鋼及耐熱合金的分類四、耐熱鋼及耐熱合金的分類金屬陶瓷基基基難熔金屬耐熱合金，類似的還有鈷基合金合金為基礎(chǔ)發(fā)展起來的鎳基耐熱合金：以抗氧化鋼耐熱鋼為基的耐熱鋼抗氧化鋼耐熱鋼耐熱鋼為基的耐熱鋼NbTaMoNiCrAAFeFMPFe8020第第2 2節(jié)節(jié) 抗氧化鋼抗氧化鋼 主要用于制作在主要用于制作在高溫長期工作高溫長期工作且且承受載荷不大承受載荷不大的構(gòu)件。如工業(yè)加熱爐中的的構(gòu)件。如工業(yè)加熱

15、爐中的構(gòu)件、爐底板、料架、馬弗罐、輻射管等。包括構(gòu)件、爐底板、料架、馬弗罐、輻射管等。包括F和和A兩類兩類。一、鐵素體型抗氧化用鋼：一、鐵素體型抗氧化用鋼：在在F不銹鋼基礎(chǔ)上進(jìn)一步加適量不銹鋼基礎(chǔ)上進(jìn)一步加適量Si、Al。 按抗氧化性或使用溫度可分：按抗氧化性或使用溫度可分： Cr13型型：如：如Cr13Si3、Cr13SiAl等，可在等，可在800-850抗氧化不起皮；抗氧化不起皮； Cr18型型：如：如Cr18Si2、Cr17A14Si等，可在等，可在1000左右使用；左右使用； Cr25型型：如：如Cr24Al2Si、Cr25Si2等，可在等，可在1050-l100使用。使用。 這類鋼為

16、單一這類鋼為單一F組織，沒有相變，所以晶粒較粗大，組織，沒有相變，所以晶粒較粗大，韌性低韌性低。在使用中應(yīng)特。在使用中應(yīng)特別注意不宜承受載荷，但別注意不宜承受載荷，但抗氧化性能特別好抗氧化性能特別好。 二、奧氏體型抗氧化鋼二、奧氏體型抗氧化鋼 在在A A不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，比比F鋼有更好的熱強(qiáng)性和加工工藝性能鋼有更好的熱強(qiáng)性和加工工藝性能，高溫，高溫下可承受一定載荷。下可承受一定載荷。 鉻鎳鉻鎳A鋼鋼是很理想的抗氧化鋼，但消耗大量鉻鎳，目前廣泛使用無鉻鎳及節(jié)是很理想的抗氧化鋼，但消耗大量鉻鎳，目前廣泛使用無鉻鎳及節(jié)鎳的鐵鎳的鐵- -鋁鋁- -錳和鉻錳和鉻- -錳錳-

17、 -氮鋼。氮鋼。 鐵鐵-鋁鋁-錳系錳系:無鉻鎳，如無鉻鎳，如6Mnl8A15Si2Ti，常在鑄態(tài)下使用。，常在鑄態(tài)下使用。950有較好有較好抗氧化性，也能承受一定載荷，成本低。但組織中有少量抗氧化性，也能承受一定載荷，成本低。但組織中有少量F，有一定脆性。因，有一定脆性。因此其承載能力、最高使用溫度范圍、使用壽命均低于鉻此其承載能力、最高使用溫度范圍、使用壽命均低于鉻-錳錳-氮系鋼。氮系鋼。 鉻鉻-錳錳-氮系氮系：有時為得單一：有時為得單一A，還加有一定，還加有一定Ni(Cr20Mn9Ni2Si2N)，其抗氧化、，其抗氧化、承載能力及加工工藝性能均很好，這類鋼除在鑄態(tài)下使用外，還可以承載能力及

18、加工工藝性能均很好，這類鋼除在鑄態(tài)下使用外，還可以制作鍛件，制作鍛件，也可用于做連續(xù)加熱爐的傳送帶。也可用于做連續(xù)加熱爐的傳送帶。第第3節(jié)節(jié) 珠光體及馬氏體耐熱鋼珠光體及馬氏體耐熱鋼一、珠光體耐熱鋼一、珠光體耐熱鋼 在正火狀態(tài)下，顯微組織主要是在正火狀態(tài)下，顯微組織主要是P+F。廣泛用于。廣泛用于600以下工作的石油化工以下工作的石油化工及動力工業(yè)的設(shè)備。及動力工業(yè)的設(shè)備。 按按C含量高低可分為：含量高低可分為：低碳低碳和和中碳中碳P耐熱鋼。耐熱鋼。1.低低C珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼(鍋爐管子用鋼鍋爐管子用鋼)主要用于制作鍋爐管線，管內(nèi)是高壓蒸汽、外壁與火焰及煙氣接觸，要求：主要用于制作鍋爐管

19、線，管內(nèi)是高壓蒸汽、外壁與火焰及煙氣接觸，要求： 足夠的高溫強(qiáng)度和持久塑性；足夠的高溫強(qiáng)度和持久塑性；足夠的抗氧化及耐腐蝕性；足夠的抗氧化及耐腐蝕性；足夠的組織穩(wěn)定性；足夠的組織穩(wěn)定性；良好的冷、熱加工工藝性能，例如軋制、穿管、冷拔、彎管以及焊接等。良好的冷、熱加工工藝性能，例如軋制、穿管、冷拔、彎管以及焊接等。 C：0.080.2范圍內(nèi)。低碳不僅使鋼管抗氧化性好，且使碳化物數(shù)量減少范圍內(nèi)。低碳不僅使鋼管抗氧化性好，且使碳化物數(shù)量減少不易聚集長大，不易產(chǎn)生石墨化、球化，不易聚集長大，不易產(chǎn)生石墨化、球化，冷熱加工性能。冷熱加工性能。為進(jìn)一步為進(jìn)一步抗氧化、組織穩(wěn)定、熱強(qiáng)性還常加抗氧化、組織穩(wěn)定

20、、熱強(qiáng)性還常加Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等等 如如16Mo、12CrMo、15CrMoV、 12Cr2MoWSiVTiB等。等。 其基體組織為其基體組織為F+PF+P，使用過程中組織將發(fā)生一系列變化而導(dǎo)致構(gòu)件失效。，使用過程中組織將發(fā)生一系列變化而導(dǎo)致構(gòu)件失效。 主要問題有如下三方面：主要問題有如下三方面：珠光體球化及碳化物聚集長大珠光體球化及碳化物聚集長大 所有所有P P耐熱鋼耐熱鋼長期高溫下工作都發(fā)生層片狀長期高溫下工作都發(fā)生層片狀P球化和片狀滲碳體聚集長大球化和片狀滲碳體聚集長大。P P球球化引起鋼化引起鋼抗蠕變能力和持久強(qiáng)度明顯抗蠕變能力和持久強(qiáng)度明顯，完全球化后持久強(qiáng)度，完全球化

21、后持久強(qiáng)度1/31/3左右。左右。碳鋼最易球化，含碳鋼最易球化，含C C量越高球化速度越快，量越高球化速度越快，CrCr、MoMo、V V等可明顯等可明顯滲碳體球化和滲碳體球化和聚集長大，聚集長大，MnMn明顯促進(jìn)球化。明顯促進(jìn)球化。石墨化石墨化 石墨化石墨化是鍋爐管子用鋼組織變化中是鍋爐管子用鋼組織變化中最危險的組織最危險的組織。石墨化是滲碳體分解造成的。石墨化是滲碳體分解造成的：Fe3C3Fe+C(Fe3C3Fe+C(石墨石墨) )，顯著，顯著鋼蠕變極限、持久強(qiáng)度、塑性、韌性，造成鍋爐鋼蠕變極限、持久強(qiáng)度、塑性、韌性，造成鍋爐管應(yīng)力集中和發(fā)生脆性斷裂。鉬、鋁、硅、鎳促進(jìn)石墨化，管應(yīng)力集中和

22、發(fā)生脆性斷裂。鉬、鋁、硅、鎳促進(jìn)石墨化，0.30.3-0.5-0.5CrCr可有效可有效防止石墨化，強(qiáng)碳化物形成元素可抑制石墨化。防止石墨化，強(qiáng)碳化物形成元素可抑制石墨化。合金元素在固溶體和碳化物相中的擴(kuò)散和再分配合金元素在固溶體和碳化物相中的擴(kuò)散和再分配 16Mo16Mo、15CrMo15CrMo等高溫等高溫(500(500或更高或更高) )下工作，固溶體中下工作，固溶體中MoMo逐漸逐漸，碳化物中，碳化物中MoMo逐漸逐漸，強(qiáng)化固溶體的，強(qiáng)化固溶體的MoMo，鋼熱強(qiáng)度，鋼熱強(qiáng)度。隨溫度、時間。隨溫度、時間，此現(xiàn)象，此現(xiàn)象為為合金元素重新分配，合金元素重新分配，P P耐熱鋼合金化方向是耐熱鋼

23、合金化方向是: :復(fù)合合金化，即同時加復(fù)合合金化，即同時加Cr、Mo、W等，等，基體原子結(jié)合力，基體原子結(jié)合力，擴(kuò)散；擴(kuò)散；加加Ti、V、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素，形成穩(wěn)定碳化物相。一方面等強(qiáng)碳化物形成元素，形成穩(wěn)定碳化物相。一方面鋼中滲碳體鋼中滲碳體型碳化物；另一方面型碳化物；另一方面TiC、NbC、VC中很少溶進(jìn)中很少溶進(jìn)W、Mo，有效地，有效地固溶強(qiáng)化元固溶強(qiáng)化元素素Mo、W等向碳化物相中過渡。等向碳化物相中過渡。 這類鋼熱處理工藝為：這類鋼熱處理工藝為：正火高溫回火正火高溫回火。正火：正火： 加熱溫度比通常的加熱溫度比通常的Ac3+50高高100-150。由于含有一定量鉻、鎢、鉬、釩等。

24、由于含有一定量鉻、鎢、鉬、釩等，因此空冷后組織依據(jù)合金元素種類、含量及構(gòu)件尺寸不同，可分別獲得，因此空冷后組織依據(jù)合金元素種類、含量及構(gòu)件尺寸不同，可分別獲得B、低、低碳碳 M及及F+P。高溫回火：高溫回火： 一般回火溫度要一般回火溫度要高于構(gòu)件使用溫度高于構(gòu)件使用溫度100。目的是目的是穩(wěn)定組織穩(wěn)定組織，并使固溶體基體與碳化物相之間，并使固溶體基體與碳化物相之間合金元素合理分配合金元素合理分配。2.中碳珠光體耐熱鋼中碳珠光體耐熱鋼(緊固件及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼緊固件及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼) 中碳中碳P P耐熱鋼主要用于耐熱鋼主要用于耐熱的緊固件耐熱的緊固件( (螺栓、螺母、汽封彈簧片、閥桿等螺栓、螺母、

25、汽封彈簧片、閥桿等) )、汽汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪機(jī)轉(zhuǎn)子( (主軸、葉輪主軸、葉輪) )等。等。 使用使用溫度溫度低于鍋爐蒸汽管道，但承受因扭轉(zhuǎn)、彎曲、震動產(chǎn)生的應(yīng)力和因溫低于鍋爐蒸汽管道，但承受因扭轉(zhuǎn)、彎曲、震動產(chǎn)生的應(yīng)力和因溫度梯度引起的度梯度引起的熱應(yīng)力熱應(yīng)力等。等。 要求更高的熱強(qiáng)性、熱疲勞強(qiáng)度、高溫塑性、韌性，抗氧化性要求稍低。要求更高的熱強(qiáng)性、熱疲勞強(qiáng)度、高溫塑性、韌性，抗氧化性要求稍低。 C高于低碳珠光體熱強(qiáng)鋼。為高于低碳珠光體熱強(qiáng)鋼。為淬透性和回火穩(wěn)定性，以淬透性和回火穩(wěn)定性，以Cr、Mo為主適量加為主適量加Ti、Nb、V、B等，含量稍高。如等，含量稍高。如25Cr2MoVA、20Cr1

26、Mo1VNbTiB等。等。淬火高溫回火淬火高溫回火二、馬氏體耐熱鋼二、馬氏體耐熱鋼排氣閥，工作溫度閥門鋼：汽車、內(nèi)燃機(jī)工作溫度葉片鋼：汽輪機(jī)葉片，8507006204501.葉片用鋼葉片用鋼 復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力( (離心力、彎矩、拉力等離心力、彎矩、拉力等) ) 、高壓蒸汽沖刷。、高壓蒸汽沖刷。高的耐蝕性、熱強(qiáng)性、耐磨性和抗氧化性。高的耐蝕性、熱強(qiáng)性、耐磨性和抗氧化性。 Cr13型型M不銹鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分不銹鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分 Ta、W、V、Nb強(qiáng)化基體和形成穩(wěn)定碳化物，強(qiáng)化基體和形成穩(wěn)定碳化物，B強(qiáng)化晶界強(qiáng)化晶界使用溫度；使用溫度； 降鉻、有時加入一定量降鉻、有時加入一定量Ni避

27、免形成較多避免形成較多-F，保證淬火加熱得單一，保證淬火加熱得單一A。 如如15Cr12WMoVA、Cr12WMoVNbB等。等。2.排氣閥用鋼排氣閥用鋼 排氣閥工作溫度高，燃?xì)庵泻艢忾y工作溫度高，燃?xì)庵泻琒 S、NaNa、V V等氣體及鹽類腐蝕介質(zhì)，等氣體及鹽類腐蝕介質(zhì)，工作中經(jīng)常受到機(jī)械疲勞、熱疲勞及氣體沖刷等。工作中經(jīng)常受到機(jī)械疲勞、熱疲勞及氣體沖刷等。因此排氣閥用鋼應(yīng)具有更高的高溫強(qiáng)度、硬度、韌性、抗氧化、抗因此排氣閥用鋼應(yīng)具有更高的高溫強(qiáng)度、硬度、韌性、抗氧化、抗腐蝕性及更好的組織穩(wěn)定性和良好的工藝性能。腐蝕性及更好的組織穩(wěn)定性和良好的工藝性能。為達(dá)上述要求，排氣閥鋼含為達(dá)上述要求

28、，排氣閥鋼含C C量較高，并添加量較高，并添加Si Si進(jìn)一步進(jìn)一步抗氧化性抗氧化性能，能，MoMo淬透性、淬透性、第二類回火脆。第二類回火脆。3.M耐熱鋼熱處理：耐熱鋼熱處理：10001000以上加熱淬火，保證碳化物固溶與合金元素有效作以上加熱淬火，保證碳化物固溶與合金元素有效作用，空冷或油冷。葉片用鋼回火溫度用，空冷或油冷。葉片用鋼回火溫度650-750650-750；排汽閥用鋼回火溫度一般高；排汽閥用鋼回火溫度一般高于使用溫度于使用溫度100100，并避開，并避開400400600600回火脆區(qū)。回火脆區(qū)。第第4節(jié)節(jié) 奧氏體耐熱鋼及合金奧氏體耐熱鋼及合金 石油化工裝置許多構(gòu)件，如制氫轉(zhuǎn)化

29、爐管、乙烯裂解爐管等其工作溫度石油化工裝置許多構(gòu)件，如制氫轉(zhuǎn)化爐管、乙烯裂解爐管等其工作溫度 有的已達(dá)有的已達(dá)1050，且還經(jīng)受高壓、氧化及滲碳性介質(zhì)強(qiáng)烈作用。，且還經(jīng)受高壓、氧化及滲碳性介質(zhì)強(qiáng)烈作用。 P、M型耐熱鋼型耐熱鋼(-Fe基基)在化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性兩方面已很難勝任，必在化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性兩方面已很難勝任，必 須更換基體組織，須更換基體組織，采用采用-Fe基的基的A鋼鋼。 -Fe晶型原子間結(jié)合力比晶型原子間結(jié)合力比-Fe大；大； -Fe中中Fe及其它元素原子擴(kuò)散系數(shù)小，再結(jié)晶溫度高，及其它元素原子擴(kuò)散系數(shù)小，再結(jié)晶溫度高，T再可達(dá)再可達(dá)800 以上，而以上，而-Fe再結(jié)晶溫度僅為再結(jié)

30、晶溫度僅為450-600。 較好的抗氧化性、高的塑性和韌性，良好的可焊性；但室溫強(qiáng)度低，導(dǎo)較好的抗氧化性、高的塑性和韌性，良好的可焊性；但室溫強(qiáng)度低，導(dǎo) 熱性差等。熱性差等。 固溶強(qiáng)化型，如固溶強(qiáng)化型，如1Cr14Ni19W2Nb、Cr20Ni32等；等； 碳化物沉淀強(qiáng)化型，如碳化物沉淀強(qiáng)化型，如4Cr25Ni35、4Cr25Ni35Co15W5等；等； 金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型（又稱鐵基耐熱合金），金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型（又稱鐵基耐熱合金）， 如如0Cr15Ni35W2、0Cr14Ni37W6Ti3Al12B等。等。一、固溶強(qiáng)化型一、固溶強(qiáng)化型低低C，主加，主加Cr、Ni鎳，鎳，W、Mo進(jìn)一步

31、固溶強(qiáng)化和進(jìn)一步固溶強(qiáng)化和熱強(qiáng)性。熱強(qiáng)性。 焊接、冷加工性能良好，一般在固溶處理狀態(tài)下使用。焊接、冷加工性能良好，一般在固溶處理狀態(tài)下使用。 用作受熱溫度較高、承受載荷不大的部件，如加熱爐馬弗罐、輻射管、傳送用作受熱溫度較高、承受載荷不大的部件，如加熱爐馬弗罐、輻射管、傳送帶、噴氣發(fā)動機(jī)排氣管、工業(yè)爐熱交換器管線等。帶、噴氣發(fā)動機(jī)排氣管、工業(yè)爐熱交換器管線等。 Cr20Ni32常用作石油化工裝置、使用溫度常用作石油化工裝置、使用溫度800左右的制氫轉(zhuǎn)化爐下集氣管左右的制氫轉(zhuǎn)化爐下集氣管二、碳化物沉淀強(qiáng)化型二、碳化物沉淀強(qiáng)化型既含較高既含較高Cr、Ni以形成以形成A；又含；又含W、Mo、Nb、V

32、等強(qiáng)碳化物形等強(qiáng)碳化物形成元素，是以碳化物為沉淀強(qiáng)化相的成元素，是以碳化物為沉淀強(qiáng)化相的A鐵基高溫合金。鐵基高溫合金。分為鑄態(tài)下使用和鍛、軋后經(jīng)固溶分為鑄態(tài)下使用和鍛、軋后經(jīng)固溶+時效處理后使用。時效處理后使用。 4Cr25Ni20、5Cr25Ni35、5Cr25Ni33NbW：一般鑄態(tài)下使用，以：一般鑄態(tài)下使用，以M7C3、MC骨架狀的共晶碳化物強(qiáng)化晶界，高溫使用中晶內(nèi)沉淀析出骨架狀的共晶碳化物強(qiáng)化晶界，高溫使用中晶內(nèi)沉淀析出M23C6型碳化物型碳化物強(qiáng)化基體。主要用作石油化工裝置，如使用溫度強(qiáng)化基體。主要用作石油化工裝置，如使用溫度600-1050，載荷應(yīng)力不太高，載荷應(yīng)力不太高的制氫轉(zhuǎn)化

33、爐管和乙烯裂解爐管。的制氫轉(zhuǎn)化爐管和乙烯裂解爐管。 4Crl2Ni8Mn8MoVNb(GH36)、4Crl4Ni4W2Mo等：鍛、軋成形后固溶、時等：鍛、軋成形后固溶、時效后使用。預(yù)先時效過程中，鋼中析出大量彌散效后使用。預(yù)先時效過程中，鋼中析出大量彌散M23C6、MC等，沉淀強(qiáng)化、等，沉淀強(qiáng)化、穩(wěn)定組織。時效溫度一般高于使用溫度。主要用于使用溫度穩(wěn)定組織。時效溫度一般高于使用溫度。主要用于使用溫度600-650的發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)輪盤、高溫緊固件等。輪盤、高溫緊固件等。4Crl4Nil4W2Mo也可制作內(nèi)燃機(jī)車排氣閥。也可制作內(nèi)燃機(jī)車排氣閥。三、金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型三、金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型低

34、低C （0.08）、高）、高Ni (25-40)，同時含一定，同時含一定Al、Ti、Mo、W、V、B等等 高高Ni：保證得穩(wěn)定：保證得穩(wěn)定A組織、與組織、與Al、Ti等形成等形成Ni3(Al，Ti)沉淀強(qiáng)化；沉淀強(qiáng)化； W、Mo：溶于：溶于A固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； V、B：強(qiáng)化晶界，：強(qiáng)化晶界，B還使晶界網(wǎng)狀沉淀相改變?yōu)閿嗬m(xù)沉淀相，還使晶界網(wǎng)狀沉淀相改變?yōu)閿嗬m(xù)沉淀相，持久塑性。持久塑性。 通過鍛、軋成形后，再經(jīng)固溶處理和預(yù)時效處理后使用。通過鍛、軋成形后，再經(jīng)固溶處理和預(yù)時效處理后使用。 在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，主要用于制作使用溫度在在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，主要用于制作使用溫度在650-700載荷應(yīng)力較載荷應(yīng)力較大的渦輪盤、渦輪機(jī)匣、渦輪導(dǎo)向器葉片等。