耐热钢和铁基耐热合金
耐热钢
耐热钢在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。
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。
耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件heat-resisting steels在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。
它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。
抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。
热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。
耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。
这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
中国自1952年开始生产耐热钢。
以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。
合金元素的作用铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。
但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。
铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。
镍、锰可以形成和稳定奥氏体。
镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。
锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。
钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。
碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。
钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。
耐热钢
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按制备工艺分类，有变形高温合金， 按制备工艺分类，有变形高温合金，铸造 高温合金和粉末冶金高温合金。 高温合金和粉末冶金高温合金。 按强化方式分类，有固溶强化型、 按强化方式分类，有固溶强化型、沉淀强 化型、金属间化合物、 化型、金属间化合物、氧化物弥散强化型 和纤维强化型等。 和纤维强化型等。 铁基、 铁基、钴基和镍基合金的使用温度一般不 超过1000℃，温度再高就必须选用难熔金 超过 ℃ 指熔点高于1650℃的金属）或其合金 属（指熔点高于 ℃的金属）
Chapter 7 耐热钢和高温合金
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• 耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 • 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金珠 光体型热强钢； 光体型热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热 钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 、 、 、 改善钢的化学稳定性 改善钢的化学稳定性。 • Cr、Al、Si提高 提高FeO出现的温度，改善钢的高温 出现的温度， 、 、 提高 出现的温度 化学稳定性。 化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构： 外层： 钢表面氧化膜的结构 ： 外层 ： Fe 2 O 3 ； 中间层 Fe 3 O4 ； 内层 内层FeO，当 FeO出现时钢的氧化速度 ， 出现时钢的氧化速度 剧增。 剧增。 • Cr、Al含量较高时， 钢的表面出现致密的 2O3 含量较高时， 、 含量较高时 钢的表面出现致密的Cr 保护膜。 或Al2O3保护膜。 • 含硅钢中生成 2 SiO4 氧化膜 ， 具有良好的保护 含硅钢中生成Fe 氧化膜， 作用。 作用。 10 • Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素， 也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素 耐热钢的工作条件及性能 7.1 高钢的抗氧化能力。 高钢的抗氧化能力。
钢的分类
钢的分类钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。
钢是经济建设中极为重要的金属材料。
钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。
碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。
碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。
因此，碳钢获得了广泛的应用。
但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。
合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。
与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。
按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：一．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1.用作各种机器零件的钢。
它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2．用作工程结构的钢。
它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
工具钢：用来制造各种工具的钢。
根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。
可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
二．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
三．按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。
耐热钢及高温合金
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§6.1 钢的 热稳定性和 热稳定性钢
牌号 典型钢种 应用 热处理工艺？
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第六章 耐热钢和高温合金
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第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
§6.2 金属的热强性
高温力学性能指标：
①蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢
塑性变形（即蠕变）的抗力；以
1、抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 2、介质中抗腐蚀能力和足够韧性 3、良好加工性能和焊接性 4、合理的组织稳定性
用 途：制造工业加热炉、 热工动力机械（如内燃机）、 石油及化工机械与设备等。
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
一、钢的抗氧化性能及其提高途径 失效：高温下强度不足、表面氧化腐蚀 要求：较好的热稳定性 热稳定性：钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀
种类：
1、热稳定钢 高温下抗氧化或抗高温介质腐 蚀而不破坏的钢种。
2、热强钢 高温下具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。
失效形式：高温下强度不足、表面氧化腐蚀
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度） 性能要求：
§6.1 §钢6的.2 热金稳属定的性热和强热性稳定性钢
2、提高钢的热强性途径
①基体(固溶)强化元素Cr、Ni、W、Mn、Mo、Nb等，形成单相组 织并提高再结晶温度。
原理：提高原子结合力，降低扩散系数
②第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小弥散分布的 稳定碳化物(VC、TiC、NbC)或稳定性更高的金属间化合物(Ni3Ti、 Ni3Nb、Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。
耐热钢铸件 耐热钢
耐热钢铸件耐热钢耐热钢铸件工业使用耐热钢总论耐热钢是指在高温下工作的钢材。
耐热钢铸件的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。
由于各类机器、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处环境各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。
这里所谈的温度是个相对的概念。
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，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，耐热钢铸件的使用温度范围为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，耐热钢铸件也在不断地发展。
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。
现按珠光体型低合金热强钢、马氏体型热强钢、阀门钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢、等分别介绍如下。
1）珠光体型低合金热强钢该种钢的代表：12Cr1MoV此种钢组织稳定性较好，当温度高达580℃时仍具有良好的热强性。
2）马氏体型热强钢该种钢的代表：Cr12型马氏体热强钢，有优良的综合力学性能、较好的热强性、耐蚀性及振动衰减性，广泛用于制造汽轮机叶片而形成独特的叶片钢系列，并广泛用作气缸密封环、高温螺栓、转子和锅炉过热器、在热器管、燃气轮机涡轮盘、叶片、压缩机及航空发动机压气机叶片、轮盘、水轮机叶片及宇航导弹部件等。
Cr12型耐热钢的开发与应用已有60多年历史，至少已有300余种牌号。
但其成分的差别不大，都是以Cr12钢为基础在添加钨、钼、钒、镍、铌、硼、氮、钛、钴等元素含量上做些变化。
3）阀门钢阀门钢是耐热钢的一个重要分支，该种钢的代表：21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N），与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni2W-Mox相比，性能优越较经济，在汽油机排气阀门上迅速得到广泛应用。
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
5．1．4．2 耐热钢耐热钢是指在高温下有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件的特殊合金钢。
主要用于制造工业加热炉、内燃机、石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。
(1)耐热性的概念钢的耐热性包括热化学稳定性和高温强度两方面的涵义。
热化学稳定性是指钢在高温下抵抗各类介质的化学腐蚀的能力，其中最基本且最重要的是抗氧化性。
热化学稳定性主要由钢的化学成分决定。
在钢中加人Cr、Al和Si对提高抗氧化能力有显著的效果，因为Cr、Al和Si在高温氧化时能与氧形成一层完整致密具有保护性的Cr2O3，A12O3或SiO2氧化膜。
其中Cr 是首选的合金元素，当钢中WCr≈15％时，钢的抗氧化温度可达900℃；WCr ≈20％～25％时，钢的抗氧化温度可达1100℃。
稀土(少量的钇、铈等)元素也能提高耐热钢的抗高温氧化的能力。
这主要是由于稀土氧化物除了能改善氧化膜的抗氧化性能外，还能改善氧化膜与金属表面的结合力。
在钢的表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗都有显著的抗氧化能力。
高温强度是指钢在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。
常用蠕变极限和持久强度这两个力学性能指标来考核。
通过在钢中加入Cr、Ni、W、Mo等元素形成固溶体，强化基体，提高再结晶温度，增加基体组织稳定性；加入V、Ti、Nb、Al等元素，形成硬度高、热稳定性好的碳化物，阻止蠕变的发展，起弥散强化的作用；微量B与稀土(RE)元素，强化晶界等措施可提高钢的高温强度。
(2)常用耐热钢按使用特性不同，耐热钢分为以抗氧化性为主要使用特性的抗氧化钢和以高温强度为主要使用特性的热强钢。
①抗氧化钢抗氧化钢大多数是在碳质量分数较低的高Cr钢、高CrNi钢或高Cr—Mn 钢基础上添加适量Si或Al配制而成的，主要有铁素体型和奥氏体型两类。
铁素体型抗氧化钢，如1Crl3SiAl，其最高使用温度900℃，常用作喷嘴、退火炉罩等。
奥氏体型抗氧化钢，如2Cr20Mn9Ni2Si2N和3Crl8Mnl2Si2N 钢具有良好的抗氧化性能(最高使用温度可达1000℃、抗硫腐蚀和抗渗碳能力，还具有良好的铸造性能，所以常用于制造铸件，还可进行剪切、冷热冲压和焊接。
耐热钢及耐热合金
10.3 珠光体及马氏体耐热钢
10.3.1 珠光体耐热钢 一、概述 定义：珠光体耐热钢指在正火状态下，显微组 织是珠光体的耐热钢。 应用：石油化工，动力工业 分类：低碳珠光体耐热钢和中碳珠光体耐热钢。
二、低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
内燃机排气阀用钢
工作环境：700-850℃，燃气中含有Na，S，V等气 体和盐类介质
损伤形式：机械疲劳，热疲劳，气体冲刷等 性能要求：高温强度，硬度，韧性，抗氧性，耐
蚀性，组织稳定 成分特点：添加Si提高抗氧化性，Mo提高淬透性和
第二类回火脆性 代表钢种：4Cr9Si2，4Cr14Ni14W2Mo
固溶强化型
合金化特点 低碳，主加元素为Cr，Ni形
成奥氏体组织，添加W，Mo固溶 强化提供固溶强化
特点：焊接及冷加工成型性好 使用环境：温度较高，承受载
荷不大的零件上，如高温传送 带，喷气发动机的喷嘴等
代表钢种：Incoloy800 『Cr20Ni32』
碳化物沉淀强化型
化学成分特点 高Cr，Ni％以形成奥氏体； 含有强碳化物形成元素：W，Mo，Nb，V等； 特点：以碳化物为沉淀强化相 热处理：铸态使用或锻轧后经固溶处理＋时效处理后使用 代表钢种：4Cr25Ni20（HK40）
二、中碳珠光体耐热钢（紧固件及汽轮机转子用钢）
使用环境特点： 温度低于锅炉管子 承受扭转，弯曲，震动所产生的应力和温度梯度引起的热应力
性能要求 较高的热强性，热疲劳性，高温塑性，韧性的综合性能
加工 一般采用锻造加工，少用焊接
合金化特点 含碳量较高＋Cr，Mo（提高淬透性和回火稳定性）＋适量的Ti， Nb，V，B等。
第6章 耐热钢和耐热合金
因此，欲得到抗氧化钢，就要形成具有致密晶格、连续、牢固附着的氧化物 层。
2. 提高钢抗氧化性的途径
主要采取合金化的方法。一般加Cr、Al、Si，它们与O亲和力比Fe大，选择 性氧化形成 结构致密、稳定、与基体结合牢固的 Cr2O3、 A12O3、 SiO2 氧化膜。 抑制或避免疏松FeO生成和长大，起保护作用，使钢不发生继续氧化。 铬：提高钢抗氧化性的主要元素。在600-650℃ Cr5％、800℃ Crl2％、 950℃ Cr20％、1100℃ Cr28％才满足抗氧化性。 Al、 Si:也是提高抗氧化性 有效 元素，但增加钢的脆性，因此很少单独加入， 常常和Cr一起加入。 Ni、Mn：对钢的抗氧化性能影响较弱。 C、N：固溶时对钢的抗氧化性影响不大；形成化合物时防碍钢表面氧化膜连 续性，因而↓钢的抗氧化性。 Mo、V：生成氧化物熔点较低，使抗氧化性变坏。 稀土元素：↑钢的抗氧化性。主要是由于稀土元素可消除高温下晶界优先氧化 现象。 除了加入合金元素外，还采用渗金属方法，如渗铝、渗铬或渗硅等以提高 钢的抗氧化能。
四、耐热钢及耐热合金的分类
P耐热钢 Fe 为基的耐热钢 M耐热钢 F抗氧化钢 A耐热钢 Fe为基的耐热钢 A抗氧化钢 镍基耐热合金：以Cr 20 Ni80合金为基础发展起来的，类似的还有钴基合金 Mo基 Ta基 难熔金属耐热合金 Nb基 金属陶瓷
化学成分及热处理：
C高于低碳珠光体热强钢。为↑淬透性和回火稳定性，以Cr、Mo为主适量加 Ti、Nb、V、B等，含量稍高。如25Cr2MoVA、20Cr1Mo1VNbTiB等。
淬火＋高温回火
叶片钢：汽轮机叶片，工作温度450～620℃ 二、马氏体耐热钢 阀门钢：汽车、内燃机排气阀，工作温度700～850℃
最耐高温的钢材排名
最耐高温的钢材排名一、铬镍奥氏体不锈钢（如310S）1. 耐温性能- 310S不锈钢具有良好的耐高温性能，能在900 - 1150℃的高温环境下保持较好的强度和抗氧化性。
其铬含量高达24 - 26%，镍含量为19 - 22%，这种高铬镍的成分组合使其在高温下形成致密的氧化铬保护膜，阻止进一步氧化。
2. 应用领域- 常用于高温炉部件，如炉胆、炉管等，在化工、石油等行业的高温反应设备中也有广泛应用。
二、镍基高温合金（如Inconel 600、Inconel 718等）1. Inconel 600- 耐温性能- 可以承受高达1100℃左右的高温。
它具有优异的高温强度和抗氧化、抗腐蚀性能，镍含量超过72%，还含有铬（14 - 17%）等元素。
铬元素有助于提高抗氧化性，而镍则赋予合金良好的高温稳定性。
- 应用领域- 在核工业中的高温反应堆部件、化工行业的高温耐腐蚀设备等方面应用广泛。
2. Inconel 718- 耐温性能- 在650 - 980℃范围内具有较高的强度和良好的抗疲劳性能。
它含有镍（约50 - 55%）、铬（17 - 21%）、铌（4.75 - 5.5%）等多种元素，铌的加入通过形成γ''相沉淀强化，提高合金在高温下的强度。
- 应用领域- 常用于航空发动机高温部件，如涡轮盘、叶片等，也在石油开采的高温高压环境设备中有应用。
三、钴基高温合金（如Haynes 188）1. 耐温性能- Haynes 188钴基高温合金的熔点较高，可在1090℃左右的高温下使用。
它含有约22%的铬、22%的镍、14%的钨等元素。
钨元素提高了合金的高温强度，铬和镍有助于抗氧化和抗腐蚀。
2. 应用领域- 在航空航天领域的高温燃烧室部件、燃气轮机的高温部件等方面有应用。
四、铁素体耐热钢（如1Cr13）1. 耐温性能- 1Cr13铁素体耐热钢能够在500 - 700℃的温度范围内工作。
它的铬含量为11.5 - 13.5%，铬元素使钢在高温下形成抗氧化的保护膜，具有一定的高温强度和抗氧化性。
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。
耐热钢铸件材质及成分
引言概述：
耐热钢铸件是一种在高温环境下具有优异性能和耐久性的材料。
为了确保其在极端工作条件下的可靠性和耐用性，选择合适的材质和成分对于耐热钢铸件至关重要。
本文将详细介绍耐热钢铸件的材质和成分。
正文内容：
1.高铬耐热钢材质
1.1高铬耐热钢材质的特点
1.2应用领域
1.3高铬耐热钢材质的成分要求
1.4成分对性能的影响
1.5高铬耐热钢材质的优势与劣势
2.镍基耐热合金材质
2.1镍基耐热合金材质的特点
2.2应用领域
2.3镍基耐热合金材质的成分要求
2.4成分对性能的影响
2.5镍基耐热合金材质的优势与劣势
3.铁基耐热合金材质
3.1铁基耐热合金材质的特点
3.2应用领域
3.3铁基耐热合金材质的成分要求3.4成分对性能的影响
3.5铁基耐热合金材质的优势与劣势
4.钛基耐热合金材质
4.1钛基耐热合金材质的特点
4.2应用领域
4.3钛基耐热合金材质的成分要求4.4成分对性能的影响
4.5钛基耐热合金材质的优势与劣势
5.其他耐热材料
5.1钽材料
5.2钼材料
5.3铍材料
5.4锆材料
5.5其他材料的应用与成分要求
总结：
耐热钢铸件的材质和成分直接决定了其在高温环境下的性能和耐久性。
高铬耐热钢、镍基耐热合金、铁基耐热合金、钛基耐热合金以及其他耐热材料都有各自的特点、应用领域和成分要求，不同的材料经过合理的成分设计，可以满足不同工作条件下的要求。
因此，在选择耐热钢铸件材料时，需要综合考虑其特性、应用领域以及成本等因素。
只有选择适合的材料和成分，才能确保耐热钢铸件在高温环境下具有优异的性能和耐久性。
耐磨、耐蚀、耐热钢铁合金铸件的热处理
化 后 ， 空淬 、 风 淬 或 油 淬 。空 淬 、风 淬 时 若 不 易
选 择 使 金 属 材 料 易 于 钝 化 的 合 金 元 素 对 改 善
Ｃ ｅ ｕ ’Ｗａ ｇＺ ｏ ｇｕ ｈ ｎＨ ａ， ｎ ｈ ｎ ｊｅ
（ ． ｑｎ ｔ ｏ ｔｅ ｎＩｄ ｓｒ ｓＣｏ ａ ｙ Ａｎ ｉｇ ２ ６ ０ ， ｈ ｉＣｈｎ １ Ａｎ ｉｇ Ｃｉ Ｓ ｕｈ ｒ ｎ ｕ ｔ ｅ ｍｐ ｎ ， ｑｎ ４ ０ ０ Ａｎ ｕ， ｉａ ｙ ｉ
正 火 可 选 用 空 冷 、 风 冷 、 喷 雾 冷 。 ② 淬 火 ＋ 回 火 ，可 选 用 油 淬 后 高 温 回火 。⑧ 等 温 淬 火 ， 可 在 盐 浴 炉 中 加 热 ，视 所 获 组 织 的 需 要 ，其 温 度 在 ２０ ８ ５ ￣３ ０℃ 范 围 选 择 ，温 度 应 严 格 控 制 。④ 铸 态
应 力 磨 损 ， 其 典 型 应 用 为 浆 泵 、输 送 管 、 叶 片类 零 件 。腐 蚀 的 工作 环 境 分 为干 态 和 湿 态 。
１ １ 凿 削磨损 工况 ．
凿 削 磨 损 工 况 条 件 下 ，主 要 采 用 合 金 化 的 各 类 高 锰 钢 。 为 使 各 种 结 构 特 点 的合 金 高 锰 钢 铸 件 获 得 良好 的 淬 透 性 和 组 织 的 一 致 性 ，并 提 高 其 综
ｚ 第 ｌ７ 年期 １
温低于 ４ Ｏ℃ 。
特 性 决 定着 材 料 的 耐腐 蚀 性 能 。对 此 材 料 的热 处 理 旨在 减 少 残 余 应 力 ， 降 低 成 分 偏 析 ，改 善 组 织
Ch6 耐热钢和铁基高温合金.ppt
Ch6 耐热钢和铁基高温合金.ppt1、Chapter6耐热钢和铁基高温合金主要内容第一节珠光体型热强钢第二节马氏体型热强钢第三节铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型耐热钢第四节铁基高温合金Chapter6耐热钢和铁基高温合金基本要求：了解耐热金属材料的工作条件及性能特点；耐热钢及铁基高温合金的合金化及其热处理；常用耐热钢和铁基高温合金。
重点和难点：耐热钢及铁基高温合金的性能特点及合金化原理。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金背景:耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有肯定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。
6.0引言6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金对蒸汽轮机和锅炉2、来讲：在本世纪30~40年月蒸汽温度不过400~450℃，蒸汽压力不过近100大气压；如今蒸汽温度已达650℃，蒸汽压力也高达340大气压以上，因此所使用的金属材料也从低碳钢进展到冗杂的各类合金钢。
6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金耐热钢的分类按合金元素多少可分为两类：一类是在低合金结构钢基础上进展起来的低合金珠光体型热强钢；另一类是在不锈钢基础上进展起来的高合金专用耐热钢。
专用耐热钢按对使用性能的要求可以分为：热强钢和热稳定钢。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热强钢是指在高温下有肯定抗氧化能力并具有足够强度而3、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，失效的主要缘由是高温下强度不够。
热强钢广泛用于制造锅炉管道、紧固件、汽轮机转子、叶片、排气阀等。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热稳定钢是指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底、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，故又称抗氧化钢。
热稳定钢广泛用于工业炉中的构件、炉底板、马弗罐、料架、辐射管等。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言按组织的晶体结构特征可以分为：奥氏体型铁素体型马氏体4、型沉淀硬化型Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言奥氏体型、铁素体型钢大都用于要求抗氧化性较高的场合；马氏体型和沉淀硬化型钢则多用于要求高温强度较高的场合。
耐热钢和耐热合金
使合金表面本来具有的保护作用的氧化物质遭受破坏，从而加 剧腐蚀。
⑶防止措施：
①控制或排出燃料或燃烧空气中的有害杂质，特别是Na，S；
②使用表面防护层。如：金属扩散涂层、陶瓷涂层。
耐蚀材料
7.3 其他耐热钢和耐热合金
7.3.1抗氧化钢
抗氧化钢也称耐热不起皮钢，多属于铁素体与奥氏体钢。 特点：具有良好的抗氧化性，且有一定的高温强度。
反应形式：
Me（金属）+ 1/2 O2 → MeO Me（金属）+ 1/2 S2 → MeS
耐蚀材料 ⑵钢的高温氧化结果： 钢在高温下的氧化可以形成三种氧化物：FeO 、Fe3O4 、 Fe2O3 。 在570℃以下，氧化层由Fe3O4 和 Fe2O3组成，570℃以上氧化层由 FeO 、Fe3O4 和 Fe2O3组成
7.3.3高温合金
耐蚀材料
能在高温（600～1100℃）氧化性气氛和燃气腐蚀条件下，长期承 受较大应力的合金材料。
应用：是现在航空发动机，火箭发动机以及燃气轮机必不可少的金 属材料。
钢种： 主要是高Cr 、Ni 、加Mo 、W 等。
2、高温蠕变强度
耐蚀材料
蠕变---指金属材料在一定温度下，即使所承受的应力远低于 屈服极限，也会随时间的增长而慢慢地产生永久塑性变形的现象。
蠕变极限---在给定的温度下和规定的时间内，试样产生一定 量蠕变总变形的应力值。
耐蚀材料
7.2.2应力松弛性能
1、 定义和条件
应力松弛----金属在高温和压力状态下，如果维持总变形量不 变，而随着时间的延长，应力则逐渐减少，这种现象称作应力松弛。
2、按组织分类 ：
耐蚀材料
⑴珠光体耐热钢 ----在正火状态下显微组织由珠光体加铁素体组成的一类钢。
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。
特殊性能钢
• •
Cr的影响
失重
电 极 电 位
电极电位
失 重
12.5%
Cr含量
（二）常用不锈钢及其热处理
① ② ③ ④ ⑤
M型不锈钢 F型不锈钢 A型不锈钢 A－F型不锈钢 沉淀硬化型不锈钢
1. M型不锈钢
淬透性好，空冷时可形成M； 合金元素单一，在氧化性介 质中（如大气、水蒸气、氧 化性酸）有较好的耐蚀性。 且耐蚀性还随着含碳量的增 加而降低。
（三）镍基耐蚀合金
在自然环境或一定工业介质 中具有耐腐蚀性能的合金称耐蚀 合金。广泛应用于石油、化工等 领域。
1) 成分及性能特点
• 低碳高合金 wC=0.03～0.2%， • wMe=30～48% Me: Cu、Cr、Fe、Mn、Mo、 Nb 、 Ti Cu、Fe、Mn溶于Ni中，形成单相固溶体 组织，减轻电化学腐蚀；Cr提高电极电位， 形成Cr2O3保护层；Mo、 Nb 、 Ti形成稳定 碳化物NbC 、TiC，和金属间化合物Ni3Mo 、 Ni3Ti 、 Ni3Nb。
不仅仅有高的耐腐蚀性， 还有高的塑性，低温韧性，加 工硬化能力与良好的焊接性。 广泛应用于制造硝酸、有机酸、 盐、碱等工业中的机械零件及 构件。
1) 成分及性能特点
wC＜0.12%， wCr=17～25%， WNi=8～29% Ni扩大A，Cr提高电极电位， A不锈钢的耐蚀性比M不锈钢有进 一步的提高
4.4 特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊 物理、化学、力学性能的钢种。 • 不锈钢 • 耐热钢 • 低温钢 • 耐磨钢
一、不锈钢及镍基耐蚀合金
在自然环境或一定工业介 质中具有耐腐蚀性能的钢称不锈 钢。广泛应用于石油、化工等领 域。
（一）成分及性能特点
g115 耐热钢材料的发展历史
耐热钢材料的发展历史随着工业的发展和技术的进步，耐热钢材料作为一种重要的材料，在高温高压环境下得到了广泛的应用。
耐热钢材料具有优良的耐热性能，能够在高温环境下保持良好的力学性能和化学稳定性。
随着科技的不断发展，耐热钢材料的种类和性能也在不断改善和提高。
本文将从以下几个方面对耐热钢材料的发展历史进行探讨。
一、早期的耐热钢材料1.1 制造早期耐热钢材料的方法在早期，人们主要通过改进合金元素的配比和热处理工艺来改善钢材的耐热性能。
主要采用的合金元素是镍、铬、钼等，通过对这些合金元素的控制和添加，使钢材在高温下依然能够保持稳定的性能表现。
1.2 早期耐热钢材料在工业中的应用早期的耐热钢材料主要应用于炼油、化工、航空航天等领域，如在高温炉内的炉具、管道、阀门等设备中得到了广泛的应用。
二、耐热钢材料的改进与完善2.1 新的合金元素的应用随着对耐热钢材料性能要求的不断提高，人们开始研究和应用新的合金元素。
钼、钒、钨等元素的添加，可以显著提高钢材的耐热性能，使其能够在更高温度下保持稳定的性能。
2.2 热处理工艺的改进除了合金元素的改进外，热处理工艺的改进也对耐热钢材料的性能提升起到了重要作用。
通过精确控制退火、淬火等工艺参数，可以使钢材的组织结构更加均匀细密，同时提高其晶界的稳定性。
三、耐热钢材料的应用领域拓展3.1 航空航天领域随着航空航天技术的不断发展，对耐热钢材料的性能要求也越来越高。
耐热钢材料被广泛应用于航空发动机内部的高温部件，如涡轮叶片、燃烧室等。
3.2 石油化工领域在炼油、化工等领域，耐热钢材料也起到了不可替代的作用。
它被用于高温高压反应设备、石油精炼设备等，保障了工艺设备的稳定运行。
3.3 太阳能、核能领域随着清洁能源的发展，太阳能和核能的应用也越来越广泛。
在这些领域，对材料的耐热性能要求很高，耐热钢材料也得到了广泛的应用。
四、未来耐热钢材料的发展趋势4.1 多元合金材料的研究未来，人们将继续研究多元合金材料的应用。
常用的不锈钢的分类和用途
常用的不锈钢的分类和用途不锈钢是一个范围很大的特殊钢系列。
我国生产的不锈钢钢号就有一百个以上。
但就其主要合金成分，金相组织和工业上的主要用途，大体可作如下分类：1.不锈钢根据其主要合金成分，通常可分以下三类（1）铬不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬。
有的还分别含有硅、铝、钨、钼、镍、钛、钒等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量分别在1～3％之间。
（2）铬镍不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和镍。
有的还分别含有钛、硅、钼、钨、钒、硼等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量在4%以下至微量。
（3）铬锰氮不锈钢类：这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和锰，大多数钢中还含有0.5%以下的氮。
有的还分别含有镍、硅、铜等一种或几种元素。
这些元素在钢中的含量分别只有5%以下。
2.不锈钢根据其结构（金相组织），通常分以下三类：（1）铁素体的——即含铬不含镍的不锈钢。
这类钢冷加工能使之硬化到某种程度，热处理则不能。
这类钢总是有磁性的。
（2）马氏体的——这类不锈钢除个别的钢号含有少量的镍外，大多数钢号只含有铬，其优点是热处理能使之硬化。
这类钢总是带有磁性的。
（3）奥氏体的——即含有铬镍或铬镍锰或铬锰氮等元素的不锈钢。
这类钢只能冷加工使之硬化；热处理只能使之软化。
在退火状态中是无磁性的。
在冷加工后，有的会带有磁性的。
以上的三种分类仅是按钢的基体组织分的，由于钢中稳定奥氏体及形成铁素体的元素的作用不能互相平衡。
因此，工业中实际用的不锈钢的组织还有：马氏体——铁素体、奥氏体——铁素体、奥氏体——马氏体等过渡型的复相不锈钢，以及马氏体——碳化物组织的不锈钢。
3.不锈钢根据工业上的主要用途，可分为：不锈钢、耐酸钢、不起皮钢、耐热钢等四种。
有的将电热合金作为不锈钢的组成部分。
他们的主要功能和代表性钢号分列如下：（1）不锈钢——在空气及弱腐蚀介质中能抵抗腐蚀。
具有这种功能的钢叫做不锈钢。
其代表性钢号有：OCr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr14、Cr15、9Cr18、9Cr18MOV、Cr14MO等。
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6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
二、中碳珠光体型热强钢
1.中碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 中碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 使用温度低于过热蒸气管道的温度，但对强度要求 比低碳珠光体型耐热钢要高。 这类钢对应于中碳低合金调质钢，制造工艺上一般 采用热锻成形，较少要求冷弯、焊接的耐热结构件。 主要用于制作汽轮机等耐热紧固件，汽轮机转子 （主轴、叶轮等）。 典型钢种为25Cr2Mo1VA，20Cr1Mo1VNbTiB， 20Cr1Mo1VTiB，35Cr2MoV、33Cr3WMoV 等。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
6.3 马氏体型热强钢
Hale Waihona Puke 一、汽轮机叶片用钢• 汽轮机叶片工作温度在 汽轮机叶片工作温度在450℃~620℃范围内，和锅炉管 ℃ ℃范围内， 工作温度相近，但要求更高的蠕变强度、 工作温度相近，但要求更高的蠕变强度、耐蚀性和耐腐蚀 磨损性能。 磨损性能。 • Cr13 型马氏体不锈钢经过热处理后，在大气、蒸气中具 型马氏体不锈钢经过热处理后，在大气、 有较高的机械性能和良好的耐蚀性。 有较高的机械性能和良好的耐蚀性。 • Cr13 型马氏体热强钢的热处理工艺通常采用 1000℃~1150℃油淬，650℃~750℃高温回火，得 ℃ ℃油淬， ℃ ℃高温回火， 到回火屈氏体和回火索氏体组织， 到回火屈氏体和回火索氏体组织，以保证在使用温度下组 织和性能的稳定。 织和性能的稳定。 • 它们常用于制造使用温度低于 它们常用于制造使用温度低于580℃的汽轮机和燃气轮机 ℃ 的叶片。如前级叶片温度较高，可选用1Cr13；后级温 的叶片。如前级叶片温度较高，可选用 ； 度略低，冲刷磨损增加，故选用2Cr13。 度略低，冲刷磨损增加，故选用 。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
（2）主加合金元素是铬和钼，辅加元素是V、Ti、Nb、 W 等。 提高钢的热强性的途径有固溶强化和第二相强化。 固溶强化即加入合金元素固溶强化铁素体基体（包 括珠光体和索氏体中的铁素体），以提高钢的热强 性和再结晶温度； 第二相强化即利用合金元素形成第二相并强化第二 相，如加入合金元素形成一定数量的碳化物，并通 过合金化稳定碳化物，使形成的碳化物不仅在高温 下不易球化，不易石墨化，而且在400℃~620℃形 成弥散分布的、稳定性高的、不易聚集长大的碳化 物，保持弥散强化作用。
Chapter 6 耐热钢和铁基耐热合金
耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有一定强 度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金珠光体型 热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热钢。 专用耐热钢按对使用性能的要求可以分为热强钢和 热稳定钢。 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。 热稳定钢是指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而 不破坏的钢种，如炉底、炉栅等。又称抗氧化钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 Cr、Al、Si提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定 性。 钢表面氧化膜的结构：外层：Fe2O3；中间层Fe3O4；内 层FeO，当FeO出现时钢的氧化速度剧增。 Cr、Al含量较高时，钢的表面出现致密的Cr2O3或Al2O3保 护膜。 含硅钢中生成Fe2SiO4氧化膜，具有良好的保护作用。 Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提高钢的抗 氧化能力。 Si由于增加钢的脆性，加入量受到限制，只能作辅加元素。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
主加元素铬和钼是铁素体基体的最有效的强化元素， 使这类钢的热强性大为提高。但仅经过铬和钼固溶 强化的铁素体在工作温度和应力的长期作用下，会 缓慢地向碳化物中富集，而铁和锰等其它元素则被 排挤到固溶体中去，产生合金元素在使用过程中的 再分配现象，其结果将导致固溶体中的强化元素减 少，热强性下降。为此钢中还需加入一定量的辅加 元素，以减少合金元素的再分配趋势，如常加入的 辅加元素主要有V、Ti、Nb 等，这些合金元素与碳 形成稳定的碳化物，使铬和钼等的固溶强化元素难 以发生向碳化物转移的再分配现象，从而保持固溶 体的强化特性。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
四、耐热钢和耐热合金抗氧化 和气体腐蚀级别
腐蚀速度≤0.1mm／年：完全抗氧化； ／ 腐蚀速度 完全抗氧化； 腐蚀速度＜ 为抗氧化； 腐蚀速度＜0.1-1.0 mm／年：为抗氧化； ／ 腐蚀速度＜1.0 –3.0mm／年：为次抗氧化； 腐蚀速度＜ ／ 为次抗氧化； 腐蚀速度＜ 为弱抗氧化; 腐蚀速度＜3.0-10.0mm／年：为弱抗氧化 ／ 腐蚀速度＞ 为不抗氧化。 腐蚀速度＞10.0mm／年：为不抗氧化。 ／
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
2．中碳珠光体型热强钢的合金化 ．
在低碳珠光体型热强钢的基础上适当地提高碳含量以提高室 温下的屈服极限； 温下的屈服极限； 增加Cr、 、 含量，促进正火后的贝氏体转变量， 增加 、Mo、V 含量，促进正火后的贝氏体转变量，得到 具有高的松弛稳定性的贝氏体组织。 具有高的松弛稳定性的贝氏体组织。 典型钢种25Cr2Mo1VA制做螺栓在运行过程中， 制做螺栓在运行过程中 典型钢种25Cr2Mo1VA制做螺栓在运行过程中，会发生碳化 物沿晶界析出，易引起脆性断裂，因此又发展了 物沿晶界析出，易引起脆性断裂， 20Cr1Mo1VNbTiB和20Cr1Mo1VTiB 两个耐热紧固件钢种。 两个耐热紧固件钢种。 和 这两种钢采用较低的C 含量， 这两种钢采用较低的 含量，进一步加入稳定碳化物的元素 Nb、Ti 等，并采用 强化晶界，从而使其不但具有高的持久 并采用B 强化晶界， 、 强度，而且具有高的持久塑性，主要用于570℃左右工作的紧 强度，而且具有高的持久塑性，主要用于 ℃ 固件上。 固件上。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
一、耐热钢的工作条件及性能要求
工作条件： 工作条件： 在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、 在高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、 疲劳和冲击等； 疲劳和冲击等； 与高温蒸汽、空气或燃气接触， 与高温蒸汽、空气或燃气接触，表面发生高温 氧化或气体腐蚀。 氧化或气体腐蚀。 性能要求： 性能要求： 良好的高温强度及塑性；有足够的化学稳定性。 良好的高温强度及塑性；有足够的化学稳定性。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
二、高温强度指标
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。 1、蠕变强度 1 在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承 受的应力。 2、持久强度 在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。 3、持久寿命 在规定温度和规定应力作用下断裂的时间。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
3．中碳珠光体型热强钢的热处理 ． 一般采用油淬加高温回火。 回火通常要求高于使用温度100℃左右。 如用于要求良好的综合机械性能的场合（例 如制造转子），还可以采用正火获得低碳贝 氏体，然后再进行回火。 表6-1 为典型的珠光体型热强钢的化学成分。 表6-2 为典型的珠光体型热强钢的力学性能、 主要特性和用途举例。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
2．低碳珠光体型热强钢的合金化 （1）低碳，一般为0.08%~0.20%。 一方面可使钢基体组织保持有大量的铁素体， 一方面 利用铁素体的高熔点和组织稳定性的特点获 得良好的耐热性；而且使钢中碳化物数量相 对较少，钢中的珠光体不易发生球化，珠光 体中的渗碳体也不易发生石墨化，这有利于 组织稳定。 另一方面， 另一方面，低碳还使钢具有良好的加工工艺 性能（如容易轧制、穿管、拉拔、延伸、焊 接、冷弯等）。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
3．低碳珠光体型热强钢的热处理
采用正火加高温回火。 正火的温度通常选择得较高，即980℃~1020℃， 以使碳化物完全溶解并均匀分布。正火可以得到 相当数量的贝氏体组 织，工艺简便，生产上容易控制。 回火温度一般采用高于使用温度100℃~150℃， 通常为720℃~740℃，2h~3h。 钢经热处理后的高温力学性能如图6-1 所示。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
2、稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力， 稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力， 稀土金属或碱土金属提高钢的抗氧化能力 特别在1000℃以上，使高温下晶界优先氧化 特别在 ℃以上， 的现象几乎消失。。 的现象几乎消失。。 3、W或Mo降低钢和合金的抗氧化能力。 降低钢和合金的抗氧化能力。 、 或 降低钢和合金的抗氧化能力 氧化膜内层贴着金属生成含W和 的氧化物 的氧化物， 氧化膜内层贴着金属生成含 和Mo的氧化物， 具有低熔点和高挥发性， 而MoO3和WO3具有低熔点和高挥发性，使抗 和 具有低熔点和高挥发性 氧化能力变坏。 氧化能力变坏。 4、H降低化学稳定性。 降低化学稳定性。 、 降低化学稳定性 高于400℃的水蒸气能使钢氧化。 高于 ℃的水蒸气能使钢氧化。 3Fe+4H2O=Fe3O4+2H2 扩散到钢中将引起脱碳， 当H扩散到钢中将引起脱碳，生成甲烷，并在 扩散到钢中将引起脱碳 生成甲烷， 晶界析出，引起裂缝，即氢腐蚀。 晶界析出，引起裂缝，即氢腐蚀。
6.1 耐热钢的工作条件及性能
作业： 1、高温强度指标有哪些？ 2、合金元素对钢的化学稳定性有哪些影响？
6.1 耐热钢的工作条件及性能
6.2珠光体型热强钢 6.2
一、低碳珠光体型热强钢
1.低碳珠光体型热强钢的典型钢种及应用 500℃~620℃以下的热强钢； 12Cr1MoV 和12Cr2MoWSiVTiB 等； 12Cr1MoV用于540℃的导管或580℃的过热 蒸汽管，而12Cr2MoWSiVTiB 用于 600℃~620℃的过热器管。
6.2珠光体型热强钢 6.2珠光体型热强钢
对于第二相强化，合金化的主要目的不仅是获得一 定数量的强碳化物相，更重要的是阻止珠光体的球 化和碳化物的聚集，阻止钢中的C 发生石墨化，保 证并促进碳化物弥散强化。 影响碳化物球化及聚集长大的主要因素是服役温度、 时间和材料的化学成分。就化学成分而言，由于这 种变化是通过C 原子的扩散进行的，因此这种珠光 体球化及碳化物的聚集长大倾向随着碳含量的增加 而增加；在钢中凡是降低碳的扩散速度和增加合金 碳化物稳定性（或原子结合力）的元素，如Cr、Mo、 V、Ti 等均能阻碍或延缓珠光体球化及碳化物的聚 集长大过程。