基本內容
簡介
耐熱鋼(heat-resisting steels)
在高溫條件下,具有抗氧化性和足夠的高溫強度以及良好的耐熱性能的鋼稱作耐熱鋼。
耐熱鋼類別
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耐熱鋼按其性能可分為抗氧化鋼和熱強鋼兩類。抗氧化鋼又簡稱不起皮鋼。熱強鋼是指在高溫下具有良好的抗氧化性能並具有較高的高溫強度的鋼。
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。
常用於
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耐熱鋼常用於製造鍋爐、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。以後研製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。
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耐熱鋼和不銹耐酸鋼在使用範圍上互有交叉,一些不鏽鋼兼具耐熱鋼特性,既可用作為不銹耐酸鋼,也可作為耐熱鋼使用。
合金元素的作用
鉻、鋁、矽 這些鐵素體形成的元素,在高溫下能促使金屬表面生成緻密的氧化膜,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。但鋁和矽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後產生晶間腐蝕。
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,並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
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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,廣泛用於製作 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,通常用來製作汽輪機葉片、輪盤、軸、緊固件等。此外,作為製造內燃機排氣閥用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也屬於馬氏體耐熱鋼。
鐵素體鋼
含有較多的鉻、鋁、矽等元素,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。一般用於製作承受載荷較低而要求有高溫抗氧化性的部件。
奧氏體鋼
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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。
用途
鋼號 | 適用溫度範圍及其主要用途 |
00Cr12 | 抗氧化溫度600~700℃,用做高溫、高壓閥體、燃燒器 |
0Cr13Al | 適用溫度範圍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℃溫度範圍內具有一定的抗氧化性和較高的高溫強度,可用於汽輪機葉片、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℃溫度範圍內抗高溫腐蝕氧化,可用於工作溫度850℃以下的管件 |
0Cr23Ni13 | 抗氧化溫度直至980℃,用於燃燒器火管、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℃,用於加熱爐部件;工作溫度950℃以下的輸氣系統部件 |
0Cr17Ni12Mo2 0Cr19Ni13Mo2 | 抗氧化溫度不低於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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區別
1、不鏽鋼的性能要求:
不鏽鋼的性能要求,簡單來說就是必須具有不銹性和耐蝕性。
當然在不同的介質中,對耐蝕不鏽鋼的要求也不同,如鉻不鏽鋼對硝酸等氧化性酸具有耐腐蝕性、鉻鎳不鏽鋼則對硫酸、鹽酸等可顯示良好的耐腐蝕性,相對各種形式的腐蝕(如晶間腐蝕、應力腐蝕破裂、孔蝕、縫隙腐蝕等),不鏽鋼不一定都具有優良的耐蝕性,不同種類的鋼,對不同類型的腐蝕介質具有不同的耐蝕性。
2、耐熱鋼的性能要求:
耐熱鋼的性能要求,簡單來說就是必須具有良好的熱穩定性和熱強性。
熱穩定性包括抗氧化性和組織穩定性,抗氧化性也就是在高溫下有良好抗氧化不起皮的能力;組織穩定性也就是在使用溫度下,組織不能發生變化而影響材料的使用性能,如高溫脆性等。熱強性則是在高溫下必須具有良好的瞬時力學性能、持久性能和抗蠕變能力。