【推選】耐熱鋼P(yáng)PT資料

第6章耐熱鋼燃?xì)廨啓C(jī)

6.1基本概念

1金屬的抗氧化性

鐵氧化物類(lèi)型有FeO、Fe2O3、Fe3O4三種。

FeO：結(jié)構(gòu)疏松，冷卻分解→應(yīng)力，結(jié)合力弱，易剝落；

Fe2O3、Fe3O4：結(jié)構(gòu)致密，和基體結(jié)合好。570℃以下，氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成；

570℃以上，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO氧化物組成，約1:10:100.570℃以上鐵的氧化過(guò)程大大地加速，遵守拋物線規(guī)律形成規(guī)律二、提高鋼抗氧化性的途徑

1、加入合金元素，提高鋼氧化膜穩(wěn)定性

↑FeO的形成溫度;↑FeO的形成溫度,又優(yōu)先形成穩(wěn)定氧化物→Cr、Al、Si。途徑例子

如：％Cr，F(xiàn)eO形成溫度為600℃；％Si，F(xiàn)eO形成溫度為750℃；

Cr、Al量高時(shí)，鋼的表面可生成致密的Cr2O3或Al2O3保護(hù)膜。高于750℃的閥門(mén)需要采用奧氏體型使更多Mo、W、Cr↑珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度高于750℃的閥門(mén)需要采用奧氏體型800℃，12%Cr；二、提高鋼抗氧化性的途徑的綜合力學(xué)性能→淬透性。組織不穩(wěn)定，如片狀P球化、K長(zhǎng)熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致如：％Cr，F(xiàn)eO形成溫度為600℃；素氧化物為主或合金元素氧化物的氧化膜，素氧化物為主或合金元素氧化物的氧化膜，↑珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度性和程度的關(guān)鍵是質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、大小、分布、二、緊固件用珠光體熱強(qiáng)2、形成致密、穩(wěn)定的氧化膜

↑Cr、Al、Si、Ti等，逐步形成以合金元素氧化物為主或合金元素氧化物的氧化膜，如Al2O3、SiO2、Cr2O3等→致密、穩(wěn)定。6.1.2鋼的熱強(qiáng)性一、鋼的熱強(qiáng)性能指標(biāo)1、蠕變及蠕變極限

蠕變極限是試樣在一定溫度下和在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的蠕變變形量（總的或殘余的）或蠕變速率等于某規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力。

例如：,表示在700℃時(shí)，持續(xù)時(shí)間為10000h，產(chǎn)生蠕變總變形量為1%的蠕變極限。由于這種高溫蠕變變形導(dǎo)致的斷裂，稱(chēng)為蠕變斷裂。

材料蠕變可以在任何溫度范圍內(nèi)發(fā)生，材料的蠕變可在任何溫度范圍內(nèi)發(fā)生，不過(guò)高溫時(shí)，變形速度高，蠕變現(xiàn)象更明顯。陶瓷材料在室溫一般不考慮蠕變；高分子材料在室溫下就能發(fā)生蠕變。2、持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度極限是試樣在一定溫度和規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)不引起斷裂的最大應(yīng)力值，3、高溫疲勞強(qiáng)度在高溫疲勞時(shí)只有條件疲勞極限，即把在某一規(guī)定的循環(huán)次數(shù)（一般采用107~108次）下而不斷裂時(shí)的最大應(yīng)力作為疲勞極限。如Al2O3、SiO2、Cr2O3等→致密、穩(wěn)定。使更多Mo、W、CrFeO：結(jié)構(gòu)疏松，冷卻分解→應(yīng)力，結(jié)合力弱，易剝落；800℃，12%Cr；溫度對(duì)鋼的使用來(lái)說(shuō)有很大的影響，是關(guān)鍵因二、緊固件用珠光體熱強(qiáng)Mo、W：↑低合金熱強(qiáng)性重要元素。合金晶格類(lèi)型：fcc-Fe>bcc-Fe,奧氏體型鋼要比力，Mo、Cr、Mn、Si作用較大→不能單獨(dú)加入，作為輔助C：較低溫度時(shí)強(qiáng)化鋼，↑G化，↑K聚集長(zhǎng)從合金化考慮，主要措施有570℃以下，氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成；2、形成致密、穩(wěn)定的氧化膜Cr2O3。Mo、W：↑低合金熱強(qiáng)性重要元素。二、緊固件用珠光體熱強(qiáng)熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致4、應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛現(xiàn)象是在具有恒定總變形的零件中，隨時(shí)間延長(zhǎng)而自行降低應(yīng)力的現(xiàn)象。蒸汽管道螺栓需要經(jīng)常擰緊

原子易發(fā)生擴(kuò)散，使彈性變形變成了塑性變形,從而使應(yīng)力不斷降低二、提高熱強(qiáng)性的途徑1、強(qiáng)化基體基體金屬熔點(diǎn)：↑T熔，↑金屬原子間結(jié)合力。鐵、鎳、鉬基是依次↑合金晶格類(lèi)型：fcc-Fe>bcc-Fe,奧氏體型鋼要比

F、M、P型鋼的蠕變抗力高固溶體結(jié)合力：合金化→↑固溶體原子間結(jié)合力，Mo、Cr、Mn、Si作用較大常用合金元素對(duì)工業(yè)純鐵蠕變極限的影響2、強(qiáng)化晶界凈化晶界：雜質(zhì)易偏聚在晶界，形成易熔夾雜物→↓晶界強(qiáng)度。RE、B優(yōu)先結(jié)合雜質(zhì)，形成高熔點(diǎn)化合物，異質(zhì)晶核→從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)材料在高溫下其晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度，晶界成為薄弱環(huán)節(jié)。所以耐熱鋼應(yīng)“適當(dāng)?shù)卮只本Я?，以減少薄弱的晶界數(shù)量，從而提高蠕變抗力。填充空位：晶界上空位多，原子易快速擴(kuò)散。B

易偏聚晶界，↓晶界空位。3、彌散強(qiáng)化

彌散質(zhì)點(diǎn)，↓↓位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，↑強(qiáng)度→有效性和程度的關(guān)鍵是質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、大小、分布、穩(wěn)定性。

↑珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度4、熱處理裂紋中止于晶界顆粒狀析出物高溫合金中的‘析出相6.1.3耐熱鋼的合金化

Cr：↑鋼抗氧化性主要元素。形成致密而穩(wěn)定的

Cr2O3。T↑，Cr↑。如600~650℃，需要

5%Cr；800℃時(shí)，為12%Cr。↑固溶強(qiáng)化Mo、W：↑低合金熱強(qiáng)性重要元素。固溶強(qiáng)化，析出穩(wěn)定相。Al：↑抗氧化性的有效元素。在1000℃時(shí)，6%Al≈18%Cr水平?！苯鸸に囆?，使鋼變脆?！荒軉为?dú)加入，作為輔助合金化元素。Si：↑抗氧化性的輔助元素。但效果比Al還要有效，使鋼脆性大，用Si代替部分Cr?！麲化，↑K聚集長(zhǎng)大。一般在2~3%Si。用于滲碳罐，抗?jié)B性好。Ni：獲得奧氏體組織Ti、Nb、V：形成穩(wěn)定K，↑鋼松弛穩(wěn)定性，↑熱強(qiáng)性C：較低溫度時(shí)強(qiáng)化鋼，↑G化，↑K聚集長(zhǎng)大→盡可能↓C。6.2熱強(qiáng)鋼1、珠光體熱強(qiáng)鋼是低合金鋼，總量不超過(guò)5%。使用狀態(tài)組織為P+F。⑴合金元素作用：

Cr：提高抗氧化性，隨溫度的升高，所需的Cr

含量也增加

600~650℃，5%Cr

；800℃，12%Cr

；1000℃，18%Cr

Mo、W：提高熱強(qiáng)性，固溶于基體，提高T再;也能析出穩(wěn)定相V：形成穩(wěn)定碳化物，彌散強(qiáng)化。m鍋爐鋼管用珠光體熱強(qiáng)鋼高溫和高壓，高溫?zé)煔夂退羝?安全可靠→抗氧化和耐蝕，組織穩(wěn)定,工藝性能好

普遍問(wèn)題

組織不穩(wěn)定，如片狀P球化、K長(zhǎng)大、G化，→強(qiáng)度↓，管子爆裂合金化≤0.2%C→↓球化、K長(zhǎng)大、G化采用Cr-Mo-V系Mo、W、Cr→固溶強(qiáng)化，↓K長(zhǎng)大和G化，Cr↑抗氧化性和耐蝕性；VTi直接作用間接作用形成穩(wěn)定MC型K，彌散強(qiáng)化，↑熱強(qiáng)度使更多Mo、W、Cr固溶，↑熱強(qiáng)度

典型鋼號(hào)12Cr1MoVG是用量較大的鋼管材料，15CrMo、12CrMoV等二、緊固件用珠光體熱強(qiáng)

緊固件處于初緊預(yù)應(yīng)力狀態(tài)工作高的屈服強(qiáng)度、松弛穩(wěn)定性，缺口敏感性小，一定抗氧化性↑C↑Cr/Mo/V常用鋼：35CrMoV、25Cr2MoV鋼常用作中壓氣輪機(jī)的螺栓和螺母材料，25Cr2Mo1V鋼在高壓電廠中廣泛使用三、轉(zhuǎn)子用鋼轉(zhuǎn)子主軸、葉輪或整鍛轉(zhuǎn)子過(guò)熱蒸汽，復(fù)雜應(yīng)力（扭/彎/熱等）

熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致的綜合力學(xué)性能→淬透性。常用鋼：汽輪機(jī)葉輪常用中碳珠光體熱強(qiáng)鋼制造。如35Cr2MoV、33Cr3WMoV鋼6.2.2

馬氏體熱強(qiáng)鋼一、葉片用鋼在Crl3型馬氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)一步合金化發(fā)展了Crl2型馬氏體耐熱鋼。

15Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB等，工作溫度可在600℃左右。常用于大功率火力發(fā)電機(jī)組。二、氣閥鋼內(nèi)燃機(jī)排氣閥工作條件非?？量?

700~850℃工作，受到燃?xì)獾母邷馗g、氧化腐蝕和沖刷腐蝕磨損,熱疲勞.

常用鋼號(hào)有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo，采用1050℃淬火加熱、油冷，700℃左右回火，組織為回火索氏體，保持馬氏體形貌特征。高于750℃的閥門(mén)需要采用奧氏體型熱強(qiáng)鋼，

抗氧化鋼

抗氧化鋼用于工業(yè)爐的構(gòu)件、爐底板、爐罐等.

F型是在F型不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展形成。

A型抗氧化鋼是在A不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

A型抗氧化鋼目前主要有鉻-鎳系和鉻-錳-氮系。鉻-錳-氮系奧氏體型抗氧化鋼在950℃以下有較好的抗氧化性，且有較高的高溫強(qiáng)度，工藝性不如鉻-鎳系抗氧化鋼。低鎳奧氏體抗氧化鋼，使用比較多的有ZG4Cr22Ni4N和ZG3Cr24Ni7N鋼，經(jīng)