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
四．更高使用温度的钢种
㈠．KanthalAPM: ㈡．高温耐蚀合金：KF62 ㈢。

高温耐蚀合金：KY10
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）
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
现象。

其氧化的程度以氧化增重量表示：g·cm﹣2·h﹣1。

该数值愈小，耐热钢的
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
蚀能力以腐蚀速率mm·cm–2·h–1表示。

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。

5．高温卤化
耐热钢在卤族（氟、氯、溴、碘）元素介质中会产生强烈的腐蚀（点状腐蚀）称为高温卤化。

其中氯尤其严重，合金中的Cr、Ni、Al、Fe与氯都有很强的亲和
力，在低温潮湿环境下形成挥发性很强的化合物。

因此，耐热钢在卤族元素介质
中使用温度通常不超过500℃。

6．混合气体氧化
在多种元素或化合物的混合介质中，耐热钢会产生两种以上的氧化，如硫化－氧化；硫化－碳化等。

这是实际应用中最通常的情况。

7．氢腐蚀
在高温高压的氢气中，氢原子渗入耐热钢中与碳化物发生反应，产生甲烷气体致使钢表面发生气泡或开裂，并且表面脱碳。

这种腐蚀称为氢腐蚀。

耐热钢焊接时，焊缝中的氢气排不出来，也造成焊缝的腐蚀。

以上所有的腐蚀现象都是从耐热钢表面的保护性氧化膜遭到破坏开始。

钢中主要
元素的作用及其含量的不同，致使不同的耐热钢具有不同的抗腐蚀能力。

㈡．耐热钢中主要元素对耐热钢性能的影响
1．C:
碳的作用是双重的。

碳是不可缺的稳定奥氏体的元素。

碳含量的提高可增
强钢的强度与硬度。

但碳与铁、铬的亲和力很强，形成有害的碳化铁、碳
化铬。

降低碳的含量可提高钢的可焊性与冷变形能力。

由于对耐热钢主要
应用其抗高温氧化能力，故较低的含C量是有利的。

一般的含C量应在
0.1～0.2％之间。

2．Cr:
铬是耐热钢中抗高温腐蚀的起决定作用的主要元素。

其原因之一是铬使铁
基固溶体的电极电位提高；吸收铁的电子使其钝化。

其原因之二是在钢的
表面形成有利的氧化膜Cr2O3;连续的致密的氧化膜可有效的阻止离子通
过膜的扩散减缓氧化速度。

合金中的Cr含量应达到15～20％以上。

高含
铬不锈钢有较强的抗氢腐蚀能力。

3．Ni:
镍是耐热钢中与铬形成奥氏体的重要合金化元素，使高铬钢的组织发生变
化。

提高钢的热强性与耐腐蚀性。

其本身也是优良的耐腐蚀材料。

4．Al：
铝在耐热钢的热处理中固溶强化作用大。

由于与氧的亲和作用强，高温下形
成保护性氧化膜Al2O3，可有效的阻止离子通过膜的扩散减缓氧化速度。

在渗氮钢中形成坚硬耐蚀的渗氮层。

含量多在3～5％之间。

过高的含量对
钢的力学性能不利。

为提高耐热钢的抗高温腐蚀能力，可在表面渗铝，但
最多只能镕入≤7％的铝。

5．Si:
硅在高温氧化生成SiO2,分布在保护性氧化膜与基体金属之间。

组织氧进一步渗入，降低合金的氧化速度，提高耐热钢的耐蚀性。

适量的Si调整钢的机械性能，提高弹性极限，其含量不超过2％。

过量的Si反而提高氧化增重，且影响钢的可焊性能与冷作性能。

6.Ti:
钛在耐热钢中可提高抗氧化性与蠕变强度、持久强度。

有明显的防止和减轻晶间腐蚀、应力腐蚀的作用。

7．Mo:
钼在耐热钢中含量为0.5％时，能降低或抑制其它元素导致的回火脆性。

在较高回火温度下，能提高钢的热强性和蠕变强度。

含量为2～3％钼的耐热钢能抵抗有机酸及还原性介质的腐蚀。

钼是贝氏体高强钢的重要元素之一。

8．Mn:
由于锰氧化后生成MnO并与Cr2O3结合，使氧化速度增加，并降低氧化膜与基体金属的结合能力，使氧化膜易于脱落。

降低了耐热钢的抗氧化性能。

它的主要作用是替代镍在低合金钢中作为奥氏体钢的奥氏体化元素。

9．N:
耐热钢中含有2％氮，能稳定钢中的奥氏体。

由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加了钢的蠕变强度。

10．Re:
耐热钢中含有0.2％Re,可以提高钢的抗氧化性，提高高温强度和蠕变强度。

可以较大幅度的提高耐蚀性。

含钇的耐热钢高温下形成的Y2O3能与Cr2O3、、Al2O3共同形成致密的氧化膜，提高耐热钢抗氢腐蚀能力.
六．耐热钢的正确使用
1．根据环境介质的不同，选择适用的耐热钢。

2．使用中的注意事项
⑴．尽量形成稳定致密的保护性氧化膜－预氧化处理
耐热钢表面具有稳定致密的保护性氧化膜是设备正常使用的必备条件。

因此电加热设备在正式启用前，通电加热至足够高的温度，保温足够长
的时间，以便形成理想的氧化膜。

正常使用过程不能代替预氧化处理。

预氧化处理应在空炉下进行。

预氧化温度应高于正常使用温度50℃（不
能超过该材料允许最高使用温度），保温时间4～6小时。

如设备长时间
停用，重新使用前也应作预氧化处理。

⑵．设备使用温度不超过该材料允许最高使用温度，整体不过烧。

⑶．设备加热均匀，局部不过热。

使用棒状加热元件时，加热元件应与
被加热设备保持足够距离。

⑷．焊接部位必须按照正确的焊接工艺施焊。

尽量避免与减少焊缝周围
母材的氢腐蚀及晶间腐蚀。

⑸．为确保耐热钢的使用寿命及设备的正常使用，正确选材是保证，搞
清气相环境是前提。

气相环境的各种参数是直接决定和影响耐热钢氧化
的根本因素。

其中包括：
①．气相的化学成分是单一的氧气还是含两种以上反应气体的混合
气体。

②．气相的总压力和反应气体组分的分压以及压力的变化。

③．气体流动状态及流速。

④．流动气体是否含有易与耐热钢表面反应的粒状物。

⑤．环境温度是恒定的还是交变的。

⑥．外力作用是恒定的还是交变的。

⑹．工件的正常加热过程中，在设备内放置同材质的试件，以试件的观
察评定结果代替对耐热钢设备的评价。

⑺．耐热钢设备在加热过程中，尽量避免急冷急热。

3．耐热钢的使用场合见附表六。

【附表六】耐热钢的使用场合
4．常用典型耐热钢特性与用途见附表七。

八．部分耐热钢的使用温度：℃热强使用温度：℃1Cr18Ni9Ti 850 650
3Cr18Mn12Si2N 850～950
1Cr20Ni14Si2 950～1050
2Cr20Ni14Si2 900～1000
3Cr17Ni7SiNRe 1100～1200
1Cr16Ni35 1000～1100
1Cr17Ni35 1100～1200
0Cr25Ni20Si2 1100～1200
4Cr28Ni48W6 1200～1350
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委托科技大学：
查到的相关资料如下：
Cr25Ni20钢开始氧化温度：1200℃（这个数据可能是错误的）
Cr25Ni20的最高使用温度850℃，抗氧化温度限为1100℃
Cr25Ni20的抗氧化性能（1050℃x500h）：0.10～1.50g/m2.h
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