工程材料--特殊性能鋼

1、第五節(jié)第五節(jié) 特殊性能鋼特殊性能鋼 指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。 本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼。 化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。 電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。一、不銹鋼一、不銹鋼 在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。 金屬的腐蝕金屬的腐蝕 金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 電化學(xué)腐蝕條件: 1)電極電位不同的兩個電極;2)存在電解質(zhì)溶液;3)兩個電極連通. 滿足上述條件就構(gòu)成了腐蝕微電池.金屬材料中微電池: 金屬材料防止電化學(xué)腐蝕的措施： 獲得均勻的單相組織-加Ni 提高合金的電極電位-加Cr 使表面形成致密的鈍化膜。 其它方法: 涂料、陰極保護、外加電流保

2、護等 不銹鋼中合金元素的作用不銹鋼中合金元素的作用1、低碳：碳高，則降低耐蝕性2、Cr:是提高耐蝕性的主要元素 形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜. 提高基體電極電位(n/8規(guī)律)3、Ni:獲得單相奧氏體組織。 4、Mo:耐有機酸腐蝕。5、Ti,Nb防止奧氏體鋼晶間腐蝕 常用不銹鋼常用不銹鋼 1、馬氏體不銹鋼 主要是Cr13型不銹鋼 鋼號為1Cr134Cr13 隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降。 1Cr13、2Cr13 熱處理: 淬火+高溫回火 使用狀態(tài)下的組織: S回不銹鋼棒不銹鋼棒 1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機

3、葉片等。汽輪機葉片汽輪機葉片透平轉(zhuǎn)輪透平轉(zhuǎn)輪 3Cr13、4Cr13 熱處理：淬火+低溫回火。 使用狀態(tài)下的組織：M回。 具有較高強度、硬度。 用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械醫(yī)療器械不銹鋼刀不銹鋼刀牌號HT 組織應(yīng)用舉例1Cr132Cr131050淬700 回回S快艇艉軸、汽輪機葉片3Cr131050淬500 回回T彈性器械（如彈簧）4Cr131050淬250 回回M刃具、軸承1Cr17削片刀削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器鐵素體不銹鋼水加熱器 2、鐵素體不銹鋼 典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。 成分：高鉻低碳l 無相變，不能進行熱處理強化。l 組織：單相鐵素體 性能特點 耐酸

4、蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向: 475脆化：加熱到450550停留，產(chǎn)生脆化。再加熱到600快冷可消除。n 相脆化：n 在600 800長期加熱時，析出硬而脆的相。 用途 廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不鐵素體不銹鋼制品銹鋼制品 3、奧氏體不銹鋼 主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。 成分特點: Cr提高基體電極電位 Ni擴大奧氏體區(qū),形成單相組織. 組織為單相奧氏體。 性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性,無磁性。不銹鋼的晶間腐蝕: 晶間腐蝕是沿晶界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大。 原因: 在晶界析出Cr23C6，使晶界附近C

5、r含量降到12%以下，在 防止晶間腐蝕的措施: 1)進一步降低含碳量, C0.08%-0Cr18Ni9 C0.03%-00Cr18Ni9 2)加 Ti、Nb定碳, 使Ti、Nb優(yōu)先與C形成碳化物, 避免晶界貧Cr-1Cr18Ni9Ti 應(yīng)力腐蝕: 奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。即在特定合金-環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易在含Cl的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。 發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)壁體不銹鋼管道內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋 熱處理固溶處理: 加熱到1100使碳化物溶解后水冷。穩(wěn)定化處理: 主要用于含Ti、Nb的不銹鋼。850 880使鉻的碳化物溶解,

6、Ti、Nb碳化物保留.消除殘余應(yīng)力 : 300350消除冷加工應(yīng)力; 850 消除焊接殘余應(yīng)力. 常用鋼種及應(yīng)用: 1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti-潛艇的聲納導(dǎo)流罩 0Cr18Ni9-一般管路 鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫?zé)釓娦浴?性能要求性能要求 1 1、抗氧化性、抗氧化性/ /熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 指鋼在高溫下對氧化作用的抗力. FeO疏松多孔,易剝離, 鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密、穩(wěn)定的合金氧化膜，阻礙氧進一步擴散，提高抗氧化性。二、耐熱鋼二、耐熱鋼氣輪機葉氣輪機葉片片 2、高的熱強性、高的熱強性 熱強性是指金屬在高溫下的強度，與溫

7、度和時間有關(guān)。 指標(biāo)為蠕變強度和持久強度。 蠕變指金屬在高溫低于s的應(yīng)力下所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形。 蠕變極限:是指在一定溫度下，在一定時間內(nèi)，產(chǎn)生一定量變形，材料所能承受的最大應(yīng)力。Tt/Tt 表示在600 ，1000小時內(nèi)，引起0.1%變形量所能承受的最大應(yīng)力是88MPa.持久強度:是指在一定溫度下,在規(guī)定時間內(nèi)材料斷裂所能承受的最大應(yīng)力.6000.1/100088MPa 表示是60MPa在 800 ,約100小時所能承受的最大斷裂應(yīng)力為186MPa. 800100186MPa3 3、提高高溫強度的途徑: 固溶強化; 析出強化； 晶界強化: 1)凈化晶界 2)填充晶界 加入B、Zr等降低

8、晶界能量.T 晶界晶內(nèi)T0 常用耐熱鋼1 1、珠光體耐熱鋼、珠光體耐熱鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。 合金元素作用： Cr提高抗氧化性； Mo提高熱強性(T再)； V彌散強化。渦輪機機殼渦輪機機殼鍋爐管鍋爐管 熱處理： 正火+高溫回火 組織: F+P 用途：600以下的鍋爐零件,壓力容器，熱交換器等。 2、馬氏體耐熱鋼 常用鋼號為1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2等 合金元素作用： Cr、Si提高抗氧化性； Mo提高熱強性(T再)； V彌散強化。 熱處理：調(diào)質(zhì)。 組織： S回。汽輪機葉片汽輪機葉片汽車閥門汽車閥門 用途：1Cr13、1Cr11MoV用于55

9、0以下汽輪機葉片； 4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。過熱器管排過熱器管排過熱器集箱過熱器集箱3、奧氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性； Ni的作用是獲得單相奧氏體；Ti的作用是彌散強化。熱處理采用固溶處理組織為單相A。主要用于過熱器管道等。 ( (三三) )常用耐熱合金常用耐熱合金-鎳基合金、鈷基合金Ni基合金： Cr20Ni80合元W、Mo、Co等 制成強化機理：固溶強化 析出強化使用溫度：9001000牌號、應(yīng)用應(yīng)用-燃氣輪機葉片、燃燒室牌號-GHxxxx、Kxxx鋼鋼 號號鋼鋼 種種合金元素的主要作用合金元素的主要作用熱處理特點熱處理特點使用

10、狀態(tài)下組織使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強化強化F，增加，增加P量，降量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼彈簧鋼Mn:提高淬透性，強化提高淬透性，強化F淬火淬火+中溫回火中溫回火T回回ZGMn13耐磨鋼耐磨鋼Mn:獲得單相獲得單相A組織組織水韌處理水韌處理表表:M+碳化物碳化物 心心:A20Cr滲碳鋼滲碳鋼Cr:提高淬透性，強化提高淬透性，強化F滲碳滲碳+淬火淬火+低低溫回火溫回火表表: M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A心心: M回回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強化提高淬透性，強化F調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理S回回9S

11、iCr低合金工具鋼低合金工具鋼Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A (少量少量)GCr15滾動軸承鋼滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蝕性耐蝕性淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A (少量少量)1Cr13馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性提高耐蝕性淬火淬火+高溫回火高溫回火S回回5CrNiMo熱作模具鋼熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強化提高淬透性，強化F淬火淬火+高溫回火高溫回火S回回Mo:防止高溫回火脆性防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼冷作模具鋼Mo:細化晶粒，提高耐磨性細化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A (少量少量)W18Cr4V高速鋼高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性提高耐磨性、熱硬性淬火淬