大学工程材料耐热钢及高温合金

2021年3月14日星期日
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第六章 耐热§5钢特和殊高性温能合钢金
§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、Mo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。
晶界空位填补：晶界易扩散，加B、RE填充晶界空位 晶界沉淀强化：晶界析出强化相，塑变滑移和断裂扩 展受阻，热强性提高，如析出Cr23C6
还有：形变强化处理
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
种类：P型热强钢、M型热强钢
特点：加热或冷却时，α、γ相间互转变，
失效：常时间高温工作+介质腐蚀，产生组织转变和 性能变化
§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：钢在高温下抗氧化和高温介质腐蚀的 能力；
指标：g/m2.单位时间、面积上的氧化后质量增加 或减少的数值表示。
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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
中温使用，热强性、热稳定性、工艺性能 较好、线膨胀系数小，低碳、低廉，600650℃使用；
应用：制造锅炉、汽轮机、石油提炼设备等
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
一、珠光体型热强钢
分类（C含量）：低碳P热强钢、中碳P热强钢
低碳P热强钢：锅炉管道等；
中碳P热强钢：汽轮机等耐热紧固件、转子。
②微量稀土(RE)元素如钇(Y)、镧(La)等，能防止高温 晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。
③金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。
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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
二、热稳定钢（抗氧化钢，不起皮钢） 种类：
F型热稳定钢、A型热稳定钢
§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
700 0.2 /
1000
表示
700℃下经1000h产生0.2%残余变形量的最大
应力。
②持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的
抗力；以
500 10000
表示在500℃下经10000h发生
断裂的应力值。
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
二、耐热钢热强性的影响因素及其提高途径 1、影响耐热钢热强性的因素 A、软化因素
温升，原子结合力下降，扩散系数加大，组 织由亚稳定态向稳态转变。如第二相集聚长大等 B、形变断裂方式变化
低温滑移；高温有滑移、扩散变形、晶界 滑动和迁移 C、断裂失效 金属常温断裂：穿晶断裂（晶内强度大于晶界强度） 金属高温断裂：晶间断裂（原子扩散加速）
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
一、高温下金属材料力学性能特点 热强性：
高温和载荷下抵抗塑性变形能力 包括：高温下瞬时性能和长时性能
瞬时性能：高温拉伸、冲击、硬度
长时性能：蠕变极限、持久强度、应力松弛、 高温疲劳强度、冷热疲劳等
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服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度） 性能要求：
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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原理：常时间稳定难长大，高温弥散态
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§6.2 金属的热强性
2、提高钢的热强性途径
③晶界强化 减少高温下晶界转动 途径： 减少晶界：控制钢晶粒度（难滑移塑变抗力提高） 净化晶界：微量元素硼(B)与稀土(RE)元素，高熔点 晶核，长大进入晶内，起净化晶界。
蚀和耐腐蚀性能)和热强性的特殊钢。
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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§6§.61.1 钢钢的的热热稳稳定定性性和和热热稳稳定定性性钢钢
Al、Si加入有副作用，降强度增脆性
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§5 特殊性能钢
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
①在钢表面生成致密稳定连续而牢固的Cr2O3、Al2O3、 SiO2氧化膜，但Al、Si明显增加钢的脆性，常与Cr一起 加入；当Cr达5％时，工作温度达600～650℃，达28％ 时，工作温度可达1100℃。
氧化机理：
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§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
铁氧化物：FeO、Fe2O3、Fe3O4（致密）
FeO氧化物：Fe缺位固溶体，Fe离子通
过FeO层易扩散，即易氧化
抗氧化措施：
防止FeO形成； 提高其形成温度； 加入合金元素Cr、Al、Si形成其致密牢 固氧化物，防止Fe、O原子扩散
F型热稳定性钢：Cr13、Cr18、Cr25型 A型热稳定性钢：A型不锈钢加Si、Al
而得
性能：后者较前者更好的工艺性能和热
强性
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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§5钢特和殊高性温能合钢金
大学工程材料耐热钢及高温 合金
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 §6.2 金属的热强性 §6.3 α-Fe基热强钢 §6.4 γ -Fe基热强钢
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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
耐热钢：高温下具有高的热化学稳定性(抗腐