电厂金属材料 第5章 耐热钢
耐热钢
耐热钢
耐热钢即在高温下不发生氧化，并对机械负荷作用具有较高抗力的钢。
钢中加入足够的Cｒ、Sｉ、Aｌ等元素，使钢在高温下与氧气接触时，表面能生成致密的高熔点氧化膜，严密的覆盖在钢的表面，保护钢免于高温气体的继续腐蚀。
当温度超过再结晶温度时，除受机械力的作用产生塑性变形和加工硬化外，同时还可发生再结晶和软化的过程。
当工作温度高于金属的再结晶温度，工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时，随着时间的延长金属发生及其缓慢的变形，这种现象称为“蠕变”。
金属的蠕变抗力愈大，则其高温强度愈高。
加入能提高钢的再结晶温度的合金元素来提高钢的高温强度。
马氏体钢中的W通过提高钢的再结晶温度，以及析出较稳定的第二相来提高钢的热强性；Cｒ和Sｉ可提高钢的抗氧化性和抵抗燃烧气体腐蚀的性能，加入少量的Mｏ有利于减小钢的回火脆性并提高热强性。
奥氏体钢中的Nｉ不能提高铁素体的蠕变抗力，也不是有效的抗氧化元素；Tｉ形成碳化物的能力很强烈，通过形成细小弥散的碳化物来提高钢的高温强度。
随着合金元素含量的提高，固溶处理温度也须适当提高。
作为耐热钢使用时，在固溶处理后要采用高于使用温度约60～100℃的时效处理，使组织进一步稳定，有时通过强化相的进一步析出而提高钢的强度。
电厂金属材料第5章
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电厂金属材料
(四)苛性脆化
• 锅炉泡包等设备的铆接（或胀接）缝隙处，由于介质的不断浓缩，产生高浓度的 碱性溶液，在钢材处于一定内应力状态下（铆接或胀接的残余应力、蒸汽压力等） 即导致碱性腐蚀脆化，如图5－１２及图5－１３所示。
• 钢在常温下和高温下的断裂形式不同，说明温度对晶内强度和晶界强度的 影响不同，这也意味着晶粒的大小对刚才强度的影响与温度密切相关。在 常温下细晶粒对强度有利，而高温时（超过等强度温度）晶粒粗一些对强 度有利。
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二、蠕变
（一）蠕变的概念
金属在一定的温度和应力的作用下，随着时间的增加，缓慢地发生塑性变形的现象，称 为蠕变。某些低熔点的金属（如铅，锡等）在室温下也会发生蠕变。碳钢当温度超过 350℃，低合金钢当温度超过350-400℃，在应力的长期作用下都有蠕变现象。
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（二）蠕变曲线
描述金属蠕变整个形变过程的曲线，叫做蠕变曲线。典型的蠕变曲线如图5-3 所示。
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• 蠕变的变形过程分为三的阶段：
• oa——开始部分。这是加上载荷所引起的瞬间变形。如果所加的应力值超 过了该温度下的弹性极限，这种变形实际上包括弹性变形和塑性变形两部 分。这一变形还不标志蠕变现象，而是外力家上后所引起的一般变形现象。
• 电化学腐蚀是最普遍的腐蚀损坏现象。
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(三)腐蚀损杯的形式
• 腐蚀损坏的形式—般可分均匀腐蚀和局部腐蚀。图5－8为几种腐蚀形式的示意图。
耐热钢
直线 氧化增量 抛物线 对数
时间
氧化增量与时间的关系
3、提高钢抗氧化性能的途径——合金化 Cr、 Al、Si
一些元素的原子半径和离子半径（埃）
原子 符号
原子 半径
O
0.6
Al
1.43
Si
1.18
Ti
1.49
Cr
1.25
Mn
1.29
Fe
1.26
Fe
1.26
Ni
1.25
离子 半径
1.4
0.5
0.41
≤0.0 35
≤0.0 30
13～ 15
13～ 15
0.25 ～ 0.40
W2. 00～ 2.75
退火 820～ 850快 冷
315
705
≤24 8
有较高的耐 热性，用于 内燃机重负 荷排气阀
1Cr18Ni 9Ti
≤0.1 2
≤1.0 0
≤2.0 0
≤0.0 35
≤0.0 30
8～ 11
17～ 19
≤0.03 5
≤0.03 0
≤0.6 0
11.5 ～ 13.5 12～ 14
淬火950～ 1000油冷 回火700～ 750快冷 淬火920～ 980油冷 回火600～ 750快冷
345
540
2Cr13
0.16 ～ 0.25
≤1.00
≤1.0 0
≤0.03 5
≤0.03 0
≤0.6 0
440
635
≥192H B
奥
2Cr21Ni12 N
0.15 ～ 0.28
0.75 ～ 1.25
1.0～ 1.6
≤0.0 35
耐热钢与耐热合金
钛基合金
01
钛基合金是以钛为主要成分的合金，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
02
钛基合金广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
03
钛基合金的优点包括优良的高温强度、蠕变强度、抗疲劳性能和耐腐 蚀性能，密度低，减轻设备重量。
04
钛基合金的缺点是加工困难，成本较高，但其使用寿命长，适用于高 温和腐蚀环境。
应用
广泛应用于发动机、涡轮机、热力管道等需要承受交变载荷的设 备。
03 耐热合金的种类与特性
高温合金
01
02
03
04
高温合金是指在高温下具有优 良力学性能和抗氧化、抗腐蚀
能力的合金。
高温合金主要应用于航空航天 、能源、化工等领域，用于制
造高温部件和设备。
高温合金的优点包括良好的高 温强度、蠕变强度、抗疲劳性 能和抗氧化、抗腐蚀能力。
化学性能比较
抗氧化性
耐热合金的抗氧化性通常优于耐热钢，因为合金元素可以形成更 稳定的氧化膜。
抗腐蚀性
耐热合金的抗腐蚀性也优于耐热钢，因为合金元素可以增强钢的钝 化性能。
高温稳定性
在高温环境下，耐热合金的化学稳定性通常优于耐热钢。
机械性能比较
1 2
强度
耐热合金的强度通常高于耐热钢，因为合金元素 可以细化钢的晶粒，从而提高强度。
韧性
在低温环境下，耐热钢的韧性通常优于耐热合金。 但在高温环境下，耐热合金的韧性可能会降低。
3
疲劳强度
耐热合金的疲劳强度通常高于耐热钢，特别是在 循环载荷下。
06 耐热钢与耐热合金的未来 发展与挑战
新材料的研发与应用
研发新型耐热钢与耐热合金，以满足更高温度和更复杂环境下的应用需求。 探索新型的合金元素和制备工艺，以提高材料的抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。
耐热钢
铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温 强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗 氧化性的部件。
奥氏体钢
奥氏体钢含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊 接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和 晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。
分类
珠光体钢 马氏体钢
铁素体钢 奥氏体钢
珠光体钢
耐热钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在 500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮 机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。
基本信息
简介
类别
常用于
简介
耐热钢（heat-resisting steels) 在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有 良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然 后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在 铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。
用途
用途
耐热钢图册 耐热钢
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典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。
耐热钢标准
耐热钢标准耐热钢是一种具有良好耐高温性能的特殊钢材，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
本文将从耐热钢的定义、特性、分类、应用领域和发展趋势等方面进行详细介绍。
一、耐热钢的定义耐热钢是一种能够在高温环境下保持良好力学性能和抗氧化性能的特殊钢材。
它具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能，能够在高温下保持较高的强度和硬度，不易软化和变形。
二、耐热钢的特性1. 耐高温稳定性：耐热钢在高温下能够保持较高的强度和硬度，不会发生明显的软化和变形。
2. 抗氧化性能：耐热钢表面形成一层致密的氧化膜，能够有效防止氧化反应，延缓材料的氧化速度。
3. 抗蠕变性能：耐热钢在高温下能够抵抗塑性变形和蠕变现象，保持较好的形状稳定性和尺寸精度。
4. 良好的加工性能：耐热钢具有较好的可塑性和可焊性，可以方便地进行热加工和焊接。
三、耐热钢的分类根据耐热钢的化学成分和性能特点，可以将其分为几个主要类别：1. 铁基耐热钢：主要由铁、铬、镍等元素组成，具有较高的耐高温稳定性和抗氧化性能。
2. 镍基耐热合金：主要由镍、铬、钼等元素组成，具有较高的耐高温稳定性、抗氧化性能和抗蠕变性能。
3. 钨基耐热合金：主要由钨、铼、铬等元素组成，具有极高的耐高温稳定性和抗氧化性能，广泛应用于高温环境中。
4. 铸造耐热钢：主要由铁、铬、镍等元素组成，具有较好的耐高温稳定性和抗氧化性能，适用于大型铸件的制造。
四、耐热钢的应用领域耐热钢广泛应用于航空航天、能源、化工等领域，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域：耐热钢用于制造航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等部件，以及航空航天器的隔热材料。
2. 能源领域：耐热钢用于制造火电站锅炉的超临界和超超临界锅炉管道和受热面，以及核电站的核反应堆压力容器和燃料元件。
3. 化工领域：耐热钢用于制造化工设备的反应器、分离器、石油裂化炉管道等，能够承受高温、高压和腐蚀介质的作用。
4. 其他领域：耐热钢还广泛应用于冶金、机械、汽车等领域，用于制造高温工作环境下的各种零部件和工具。
耐热钢的比热容
耐热钢的比热容一、介绍耐热钢耐热钢是一种高温合金材料，具有优异的高温性能，主要用于制造高温工作环境下的零部件。
它具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和机械强度，能够承受高温下的重载荷。
耐热钢通常被用于航空发动机、石油化工设备、核反应堆等领域。
二、比热容的定义比热容是指物质单位质量在吸收或释放一定量热量时所需要的温度变化。
它是描述物体对热能响应能力的物理量，通常用J/(kg·K)来表示。
三、耐热钢的比热容耐热钢由于其材料特性，其比热容通常较低。
比如INCOLOY 800HT 这种高温合金材料，其比热容为0.46 J/(g·K)，而普通碳素钢的比热容则为0.46-0.51 J/(g·K)。
四、影响耐热钢比热容的因素1.组成成分：不同成分的合金材料其比热容也会有所不同。
例如，镍基合金的比热容通常较低，而钼基合金的比热容则较高。
2.温度：温度对于耐热钢的比热容也有一定影响。
随着温度的升高，耐热钢的比热容通常会减小。
3.晶体结构：晶体结构也是影响耐热钢比热容的因素之一。
不同晶体结构的材料其比热容也会有所不同。
五、应用了解耐热钢的比热容对于其在高温环境下的应用具有重要意义。
在制造高温工作环境下零部件时，需要考虑到材料在高温下承受重载荷时所产生的能量释放和吸收问题，而这些问题都与材料的比热容密切相关。
六、总结耐热钢是一种非常重要的材料，在高温工作环境下具有优异性能。
了解其比热容对于设计和制造高温零部件具有重要意义。
影响耐热钢比热容的因素包括组成成分、温度和晶体结构等。
在应用中需要考虑到材料对热能的响应能力，以确保其正常工作。
耐热钢的选用
耐热钢的选用一．什么是耐热钢耐热钢是指在高于450℃条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性的钢种。
耐热钢从性能上分为热强钢和抗氧化钢（不起皮钢）。
含Ni量很高的耐热钢称为高温合金。
二．耐热钢的分类与适用范围：见附表一【附表一】耐热钢的分类与适用范围三．常用耐热钢的化学成分与机械性能：见附表二；附表三【附表二】常用耐热钢的主要化学成分％．KY10 ㈢。
高温耐蚀合金：四．更高使用温度的钢种㈡．高温耐蚀合金：KF62 KanthalAPM:㈠．【附表三】常用耐热钢的室温力学性能【附表四】常用耐热钢的抗氧化性能注：氧化增重是质量指标；（）为失重速度；五。
耐热钢的应用性能㈠．耐热钢的高温腐蚀耐热钢在高温下使用，根据使用温度的高低，环境因素的不同，不同的钢种会受到不同性质、不同程度的腐蚀·主要包括：1．高温氧化（狭义）3耐热钢的狭义高温氧化是指耐热钢在高温下与氧气反应生成金属氧化物的过程。
氧气可以是纯氧，或是含氧的干燥空气。
这是最基本、最基础的耐热钢腐蚀21﹣﹣。
该数值愈小，耐热钢的h·cm·现象。
其氧化的程度以氧化增重量表示：g抗氧化性能愈强。
水蒸气加速高温氧化过程；外加载荷加速高温氧化过程。
常用耐热钢的抗氧化性能比较见附表四。
2．高温碳化高温碳化是指耐热钢在高温下含C及其化合物的还原气氛中与其反应生成碳化物的过程。
增重愈小，耐热钢的抗增碳性能力愈强。
能力的大小取决于耐热钢表面产生的保护性氧化膜的致密性与稳定性。
3．高温硫化高温硫化是指耐热钢在高温下的氧化性或还原性含硫介质中与其反应生成硫化物的过程。
耐热钢在含硫介质中经受氧化、还原、和抵抗硫腐蚀三重作用。
腐21–表示。
–cm ·hmm蚀能力以腐蚀速率·4．高温氮化高温氮化是指耐热钢在高温下的氮气或含氮介质中与其反应生成氮化物的过程。
耐热钢抵抗高温氮化腐蚀的能力大小取决于钢中元素与氮的亲和力。
第五章 耐热钢
3Fe 4H 2O Fe3O4 4H 2
• 耐热钢
（a）
（b）
图5-11 20钢水冷壁管氢脆爆管的宏观及微观组织
(二)烟气腐蚀
•
• 耐热钢
燃烧含硫高的燃料时，在烟气中生成较多的，当烟气在锅炉的尾部受热面(省煤器、 空气预热器)冷却到一定温度(通常称“露点”)时，烟气中的水蒸气开始凝结并与 SO2结合成硫酸溶液，将使受热面管子受到严重的腐蚀损坏。烟气腐蚀又称为“硫 腐蚀”。
1 10 % V h
•蠕变极限就相应写成 110 或
-5 -4
4
1 105 % V h
t 110 。有时也以 10
-5
或
t蠕变极限，单位是MPa。
• 另一种方法是以一定的工作温度下，规定的工作时间内，钢材发生一定的 总变形量时的应力值来表示。热力设备零部件用钢中规定工作时间为h(约 t 12a)，总变形量1％蠕变极限就写成 。有时也以 表示在 t 110－5 1 105 温度t时的蠕变极限。
(一)蒸汽腐蚀
锅炉受热面管子，特别是锅炉的过热器管易产生“蒸汽腐蚀”，其化学反应如下： 产生蒸汽腐蚀后所生成的氢汽，如果不能较快地被汽流带走．还将与钢材作用，便钢 材表面脱碳并使钢材变脆．所以有时也把蒸汽腐蚀叫做“氢腐蚀”或“氢脆”。 蒸汽腐蚀实质上是个氧化过程，一日生成了的氧化铁之后，这种氧化物没有金属的特 性，很容易脱落，俗称“铁锈”。 严重的氢脆将会引起锅炉管壁的爆破，左图即为20号钢水冷壁管因氢脆爆管的实物照 片。对破口附近内壁表面检查时，发现有许多裂纹。对破口附近的组织进行分析时， 可以看出这些裂纹均是沿晶产生并扩展的，在氢脆裂纹所经过的珠光体边缘，可见到 有脱碳现象存在，如右图所示。
电厂金属材料教学大纲
电厂金属材料教学大纲《电厂金属材料》教学大纲一、课程的性质、任务和基本要求《电厂金属材料》是电厂热能动力工程专业的技术基础课程。
课程的任务为熟悉火电厂用金属材料的成分、组织、相结构、性能间的关系和变化规律。
依据工作状况的应用要求，具有初步选取材料的能力。
初步具有正确选择一般零件热处理方法的能力。
课程的基本要求为了解金属材料主要机械性能及指标、晶格类型和结晶过程对金属性能的影响、合金的基本结构和性能特点。
能正确分析铁碳合金平衡相图，并应用该相图判断成分、温度条件下的组织和性能变化。
熟悉常用碳钢、铸铁、合金钢、有色金属及其合金的分类、牌号、性能、应用。
熟悉热处理的基本原理和基本方法，依据;曲线分析处理引起的组织、性能的变化。
了解金属材料的高温性能、蠕变强度、持久强度、松弛、热疲劳等。
熟悉热力设备用钢在高温下组织、性能的变化，了解在高温下的氧化与腐蚀及常见腐蚀类型与防腐方法。
了解耐热钢的强化原理、合金元素的作用，耐热钢的分类、牌号。
熟悉热力设备主要零、部件用钢及事故分析。
二、各章教学目的和教学目标第一章金属材料的基础知识1.教学内容1.1 金属材料的常用性能及指标1.2 金属的晶格结构及结晶1.3 金属的塑性变形与再结晶2.教学目的掌握强度与塑性、硬度:(HB、HR、HV)、冲击韧性。
疲劳强度等概念，了解晶界与晶粒位向的影响、冷塑性变形对组织和性能的影响;重点掌握热作软化三阶段及冷热加工的区别界限。
3.教学目标1.1 金属材料的常用性能及指标能够说出金属材料的常用性能及指标。
1.2 金属的晶格结构及结晶熟悉金属的晶格结构及结晶过程。
1.3 金属的塑性变形与再结晶能够理解金属的塑性变形与再结晶概念，掌握金属的塑性变形与再结晶过程。
第二章铁碳合金相图及其合金1.教学内容2.1 合金的相结构2.2 二元合金相图2.3 铁碳合金2.教学目的掌握合金的相结构、二元合金相图和铁碳合金。
3.教学目标2.1 合金的相结构能够熟练掌握合金的概念:合金、相、组织以及合金的相结构及机械混合物组织。
电站用耐热钢基本知识
一、耐热钢的定义耐热钢是指在高温下工作的钢材。
一般指在高于450℃下工作，具有一定的热强性、热稳定性和组织稳定性的钢材。
珠光体/马氏体/铁素体/奥氏体/沉淀硬化耐热钢1．热强性：是指钢在高温下具有足够的强度而不致因外力的作用产生大量变形或断裂的性能，常用持久强度和蠕变极限来衡量。
（金属材料的失效形式无外乎变形和断裂）2．热稳定性：是指钢在高温下工作而不致因介质的浸蚀而破坏的性能，常用钢的抗氧化性和耐腐蚀性来衡量。
固溶强化。
沉淀强化。
晶界强化。
形变强化。
通过固溶强化。
使金属中融入异类原子，溶质原子在金属晶体中的不均匀分布。
造成各种形式的晶格畸变，实施钉扎在位错上。
加工硬化。
增加晶体中多少位错密度。
细化晶粒。
减小亚晶的尺寸，增加晶粒界的内界面数目。
增大第二相粒子的弥散度。
在晶体结构点阵中嵌入与宿主材料不同的颗粒。
1．低、中、高碳钢以及低、中、高合金钢是如何定义的？低碳钢：c%≤0.25%中碳钢：c%在0.25%～0.60%范围内高碳钢：c%≥0.60%2．如何根据碳含量划分“超低碳”和“极低碳”？在牌号中如何表示？超低碳：含碳量小于等于0.030%，以“03”表示极低碳：含碳量小于等于0.010%，以“01”表示3．试述下列耐热钢牌号的含义：2Cr13 11Cr17 0Cr18Ni10Ti 03Cr19Ni10 01Cr19Ni11 15CrMoG2Cr13：平均含碳量为0.2%，平均含铬量为13%的耐热钢11Cr17：平均含碳量为1.1%，平均含铬量为17%的耐热钢0Cr18Ni10Ti：含碳量低于0.1%但大于0.03%，平均含铬量为18%、含镍量为10%且含钛的耐热不锈钢03Cr19Ni10：含碳量低于0.03%，平均含铬量为19%、含镍量为10%的超低碳耐热不锈钢01Cr19Ni11：含碳量低于0.01%，平均含铬量为19%、含镍量为11%的极低碳耐热不锈钢15CrMog：平均含碳量为0.15%且含铬和钼的锅炉用钢ZG1Cr18Ni9Ti：平均含碳量为0.1%，平均含铬量为18%、含镍量为9%且含钛的耐热铸钢4．试述P91/T91、P92/T92、102、TP347H、WB36的另一种牌号表示方法？P91/T91：10Cr9Mo1VNb P92/T92:9Cr0.5Mo2WVNb 102:12Cr2MoWVTiBTP347H:07Cr18Ni11Nb WB36:15NiCuMoNb51。
耐热钢的成分
耐热钢的成分
耐热钢的成分
耐热钢（Heat Resistant Steel）是指高温钢，它的耐热性能比一般钢材要好，能够承受更高的使用温度，具备高温抗腐蚀性和耐磨性，在高温下也更加稳定。
耐热钢的主要成分主要包括：
1. 铬：是耐热钢的主要微量元素，它具有良好的高温抗氧化性、耐磨性和强度，耐热钢的元素含量最低要求在10.5%-13.5%之间，最高可以达到25.5%，含量越高，耐热性越强。
2. 碳：碳元素是耐热钢的结构元素，它对钢材的强度、硬度、塑性、耐热性等都有重要影响，耐热钢常用的碳元素含量一般在
0.2%-2.0%之间。
3. 铝：铝是耐热钢中的重要微量元素，它可以改善铁基合金的硬度和韧性，耐热钢中的铝含量一般在0.4%-2.0%之间。
4. 锰：锰是耐热钢中一种重要微量元素，它主要作用是提升耐热钢的耐热温度和抗氧化性能，耐热钢中的锰含量一般在0.8%-1.2%之间。
5. 锡：是耐热钢中的重要微量元素，它可以改善高温钢的塑性和耐磨性，耐热钢中的锡含量一般在0.05%-1.0%之间。
6. 锆：锆是耐热钢中能够抑制铁水晶粒度增大的重要微量元素，同时也可以提高钢材的耐热温度，耐热钢中的锆含量一般在
0.05%-0.3%之间。
7. 锰铝合金：锰铝合金是耐热钢中一种重要的稳定化元素，它可以抑制钢材的高温结构变化，耐热钢中的锰铝合金含量一般在0.3%以上。
（新）耐热钢及高温合金_
（新）耐热钢及高温合金_耐热钢及高温合金耐热钢及高温合金各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。
工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。
为此，要求钢在高温下应具有(1)抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力(2)在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性(3)具有良好的加工性能及焊接检(4)按照不同用途有合理的组织稳定性。
耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。
热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、炉栅等。
它们工作时的主要失效形式是高温氧化。
而单位面积上承受的载荷并不大。
热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变形或断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。
它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要原因是高温下强度不够。
1 钢的热稳定性和热稳定钢一、钢的抗氧化性能及其提高途径工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。
因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。
除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。
二、热稳定钢热稳定钢(又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏体A型热稳定钢两类。
F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。
根据使用温度，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和Cr25型钢等。
F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。
A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。
A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。
但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。
耐热钢课件
2. 持久强度与持久塑性
持久强度 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（στ）。 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（ 通常在设计使用时间不太长（100-几千小时） 通常在设计使用时间不太长（100-几千小时）就 可以更换的零件或不要求尺寸精确， 可以更换的零件或不要求尺寸精确，但不允许断裂的 长期工作零件。 长期工作零件。 塑性 反映钢材在高温长期应力下断裂时的塑性。 反映钢材在高温长期应力下断裂时的塑性。 许多钢种在短时试验时其塑性可能很高，但经高 许多钢种在短时试验时其塑性可能很高， 温长期试验后钢的塑性有急剧下降趋势， 温长期试验后钢的塑性有急剧下降趋势，呈现出蠕变 脆性。 脆性。
提高高温强度的途径: 提高高温强度的途径 提高再结晶温度： 、 ； ① 提高再结晶温度：W、Mo； ②碳化物弥散析出强化：Ti、Nb、V 碳化物弥散析出强化： 、 、
高温化学稳定性
1、高的抗氧化性： 高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作 用的抗力。 用的抗力。 加入Cr、Si、Al。 加入Cr、Si、Al。
耐热钢的高温强度指标 1. 蠕变及蠕变强度
蠕变： 蠕变：钢和合金在温度和应力作用下将发生连续而缓慢 的变形。 的变形。 蠕变强度：它表示在某温度下，在规定时间达到规定变 蠕变强度：它表示在某温度下， 所能承受的 应力 形 （ 如 0 . 1 % ） 时 所能承受的应 力 ， 用 σC 表示 ， σC 1000700℃ 0.1/1000700℃ 主要针对使用过程中不允许有稍大变形的尺寸精确 的零件，如高温高压下工作的钢管、蒸汽涡轮叶片。 的零件，如高温高压下工作的钢管、蒸汽涡轮叶片。
第一节 耐热钢工作条件及性能
最基本的要求： 最基本的要求： 一、足够高的高温强度、高温疲劳强度 足够高的高温强度、 二、足够高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能） 足够高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能） 三、良好的工艺性能及物理性能
核电、火电耐热钢
核电、火电耐热钢第一篇：核电、火电耐热钢核电、火电耐热钢一、发展历程当今社会对于能源的需求与日俱增，为此需要修建大量的核电或者火力发电厂，而这些发电厂内部结构使用的钢材，对于设备的正常安全运行以及提高发电效率都具有很重要的作用。
最早在锅炉和加热炉中使用的材料是低碳钢，使用的温度一般在200℃左右，压力仅为0.8MPa。
直到现在使用的锅炉用低碳钢，如20g，使用温度也不超过450℃，工作压力不超过6MPa。
随着各类动力装置的使用温度不断提高，核电与火电的装机容量越来越大，工作压力迅速增加，现代耐热钢的使用温度已高达700℃，使用的环境也变得更加复杂与苛刻。
现在，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液金属等更复杂的环境。
为了适应各种工作条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。
从最早期的低碳钢、低合金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。
耐热钢在本世纪20-30年代首先被电力工业用于提高蒸汽循环的温度和压力，二战后，铁索体、奥氏体耐热钢获得很大的发展。
在发展的初期，西方各国就制订了耐热铸钢标准，确立了自己的领先地位。
50年代，锅炉用的耐热钢主要是低合金铁素体钢2.25Cr-1Mo和奥氏体不锈钢TP 3O4H、TP347H，其后，耐热钢的研究重点更多地在于加深对已有耐热钢在冶金、生产和加工控制方面的理解。
其中，在1949年，前苏联建造了第一台超超临界的火力发电设备，引发了西方各国的仿制，但由于缺乏高性能耐热钢，西方建造的超超临界设备只能降温到超临界温度运行，缺乏燃料经济性。
之后，由于不同的原因，超临界温度以上的高蒸汽参数机组的发展在70年代曾经受阻，但在80年代初期，世界各国开始重新审视超临界机组的可靠性问题。
80年代后期，日、美、苏、德、法等国已着手研制开发可实际运行的超超临界机组(USC)，并制定了超超临界机组的两步发展计划。
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锅炉管子材料是以105h断裂的应力值作为持久强度，并以
t 105
表示，单位是
MPa。
• 持久强度表示钢材在高温和应力长期作用下抵抗断裂的能力，其数值越大， 说明使之断裂所需的外力越大，即钢材在高温时能够承受外力的能力越大。 持久强度是耐热钢高温强度计算的依据，也是选用锅炉和汽轮机零部件用钢 的重要技术指标。
• 钢在常温下和高温下的断裂形式不同，说明温度对晶内强度和晶界强度的 影响不同，这也意味着晶粒的大小对刚才强度的影响与温度密切相关。在 常温下细晶粒对强度有利，而高温时（超过等强度温度）晶粒粗一些对强 度有利。
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二、蠕变
（一）蠕变的概念
金属在一定的温度和应力的作用下，随着时间的增加，缓慢地发生塑性变形的现象，称 为蠕变。某些低熔点的金属（如铅，锡等）在室温下也会发生蠕变。碳钢当温度超过 350℃，低合金钢当温度超过350-400℃，在应力的长期作用下都有蠕变现象。
温度越高，应力越大，蠕变的速度也就越快。蠕变的形变量，叫做蠕胀。
蠕变现象严重会造成管壁的减薄，甚至会引起爆管，因此，抗蠕变能力的饿大小（蠕 变极限）是衡量耐热钢高温机械性能的一个重要技术指标。
高压锅炉和气轮机设备，可能引起蠕变的零部件很多，例如蒸汽过热器的蛇形管及其出口联箱， 过热蒸汽管道和紧固件等。
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• 不同的金属材料进行实验时，得到的蠕变曲线是不同，同一种金属材料的 蠕变曲线也随着实验条件（温度，应力）的不同而不同。应力和温度对蠕 变曲线的影响，如图5-4，图5-5所示。
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(三)蠕变强度
• 工程上用蠕变极限作为蠕变抗力的技术指标。
• ab——蠕变第一阶段。这是蠕变的不稳定阶段，金属以逐渐减慢的的变形 速度积累着塑性变形。这一阶段的蠕变速度是很大的。
• bc——蠕变第二阶段。这是金属以恒定的蠕变速度产生塑性变形的阶段， 这一阶段蠕变速度很小，bc近似直线，角a的正切表示蠕变速度。
• cd——蠕变第三阶段。这是蠕变的最后阶段，金属以逐渐增加的变形速度 积累着塑性变形量，直至d点发生断裂。
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• 另一种方法是以一定的工作温度下，规定的工作时间内，钢材发生一定的
总变形量时的应力值来表示。热力设备零部件用钢中规定工作时间为h(约
12a)，总变形量1％蠕变极限就写成 在温度t时的蠕变极限。
t 1
105
。有时也以
t 110－5
表示
三、持久强度
• 钢材在高温下进行长时间的拉伸试验，其断裂时的应力值，叫做持久强度。
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• 晶内强度与晶界强度相等的温度，称为等强度温度（等强度）。如果工作 温度超过等强度温度，刚才的破坏形式就开始转为晶粒之间的破坏（沿晶 破坏），即在晶界处因晶粒之间的相对滑移而产生裂纹，然后裂纹沿晶界 扩展，导致脆性断裂。
• 等强度温度与载荷速度（形变速度）等因素有关。等强度温度随着载荷速 度的降低而下降。在热力设备中，有些零部件实在高温和应力的长期作用 下（相当与载荷速度很小的情况下）工作的，刚才的破坏往往属于晶粒间 的脆性断裂，在高速载荷下，如短期超温爆管（相当与冲击或短时拉伸）， 等强度温度就比较高，又会产生晶内（穿晶）塑性断裂的形式。
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• 金属的强度是由晶内强度（晶粒内原子的引力）和晶界强度（晶界的结合力） 两部分所组成。
• 常温下晶界强度大于晶界强度，这是因为晶界的原子排列不规则，而且晶体 缺陷又较多，从而具有较大的抗变形能力，金属的破坏总是带有金属内破坏 （穿晶破坏）的特点。
• 随着温度的升高，晶内强度和晶界强度都将下降。但晶界的原子比晶内的原 子更不稳定，晶界的缺点又比晶内的多，在较高温度下原子的扩散速度就大， 因此晶界强度的下降速度就快。到达某一温度后，晶界强度就底于晶内强度， 如图5-2所示。
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（二）蠕变曲线
描述金属蠕变整个形变过程的曲线，叫做蠕变曲线。典型的蠕变曲线如图5-3 所示。
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• 蠕变的变形过程分为三的阶段：
• oa——开始部分。这是加上载荷所引起的瞬间变形。如果所加的应力值超 过了该温度下的弹性极限，这种变形实际上包括弹性变形和塑性变形两部 分。这一变形还不标志蠕变现象，而是外力家上后所引起的一般变形现象。
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第五章 高温下能够保持化学稳定性（耐腐蚀、不起皮）得品质， 叫做钢的热稳定性；钢在高温下具有足够强度的品质，叫做 钢的热强性。具有热稳定性和热强性的钢，称为耐热钢。
•火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀介质中长期工作的。因此，这些零部件需 用耐热钢制造。此外，耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排气阀，化学热处理设备中的耐 热构件等。
• 蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定的工作温度下引起规定的 第二阶段蠕变速度的应力值来表示。
• 热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是
1 10 4 % V
h
1 10 5 % V
h
或
•蠕变极限就相应写成 110-5 或
。有时也以 或 110-4
t 10-5
t 10-4
表示在温度t时的蠕变极限，单位是MPa。
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第一节 耐热钢的高温性能
一、高温对钢材强度的影响
• 钢材的工作温度超过某一温度后，钢的抗拉强度Rm要降低；钢材在高温下使 用的时间越长，其强度极限也会越低。
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电厂金属材料 • 机械性能温度和实践的关系，可用强度极限与温度的关系曲线表示，如图5-1所示。
• 铁及其合金在200～300℃时的强度比室温时高，其脆性也比室温时大，这种现象称为 兰脆。
• 从5-1中还可以看出，350℃以上时抗拉强度逐渐下降，强度曲线分为两根，上面的一 根为快速试验时的强度曲线，下面的一根为缓慢试验时的强度曲线。
应力超过上面的曲线时，试样就断裂； 应力低于下面的曲线时，一般认为试样 不会发生断裂；应力位于两根曲线之间 时，试样断裂需经过一定的时间。应力 越接近上面的曲线，试样断裂所经历的 时间越短。