7.5-特殊性能钢
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❖热处理：水韧处理——固溶A体化(~1100°C)，水淬
组织：A；硬度：HB190-220；韧性很高
❖应用：材料被强烈冲击或摩擦时，A产生强烈的加工 硬化，并在表面诱发生成形变马氏体，表面硬度急剧升 值HB500~550。
✓注意：一般机器零件的工作条件，耐磨钢的耐磨性不及 渗碳钢和其它高硬度钢材。
2021/2✓/6 高锰钢水韧处理后不能进行回火处理，否则钢材会1脆3 化
➢ 马氏体型耐热钢：1Cr13, 2Cr13, 4Cr9Si2, 4Cr10Si2Mo
❖ 使用温度：550~600 °C ❖ 主要应用：叶片、阀门
➢ 奥氏体型耐热钢：使用温度>600~700 °C
❖ 固溶强化型18-8不锈钢：加热管，排气管； ❖ 沉淀硬化型耐热钢：4Cr13Ni8Mn8MoVNb(GH36)，增压
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➢ 不锈钢的材料设计原则
❖ 尽量获得单相均匀组织
Fe+9%NiA(单相)
降低碳含量
❖ 提高金属基体腐蚀电位
Fe+(x/8)Cr 电位阶梯式升高 ❖ 形成表面防护膜
Cr, Si, Al在表面形成 2021/2/6 致密钝化膜
✓ 不锈钢主要的成分特点: o 低碳含量 o 含有Cr,Ni等合金元素 o 含有Al、Si、Ti、Nd等 合金元素
✓ 用于高强高硬度且要求耐蚀性的条件下
2021/2/6
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7.5.2 耐热钢
1. 耐热钢的工作条件和性能要求
高温下使用
➢使用条件
高温氧化环境使用
高温腐蚀环境使用
➢主要失效形式
高温氧化，腐蚀 高温强度不足
钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两个方面
2021/2/6
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1) 高温抗氧化性:
➢ 材料的抗氧化性不是指其不氧化，而是指其能很 快在表面形成致密氧化膜，使材料不再继续氧化
✓ 抗应力腐蚀性能更好 ✓ 并具有更好的抗晶间腐蚀能力和抗热裂性能 ✓ 0Cr21Ni5Ti, 1Cr18Mn10Ni5Mo3Si2
• 沉淀硬化型不锈钢:
✓ 解决奥氏体不锈钢强度不足,加工硬化引起的应 力腐蚀问题
✓ 加入Ni、Al、Ti、Nb形成金属间化合物Ni3Al， Ni3Nb，强化A不锈钢但不影响其耐蚀性
5
3）铁素体型不锈钢
➢ 铁素体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.15% ❖ 含铬17~30% ❖ 其它元素Mo、V、Ti等
➢ 铁素体型不锈钢的性能特点
❖ 耐蚀性较马氏体不锈钢好 ❖ 单相铁素体,无相变强化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有金属间化合物引起的高温脆性
➢ 常用铁素体型 不锈钢:
❖ 1Cr17, 1Cr17Ti,
– 一定温度下，一定时间内在恒定应力下产生 的最大蠕变量（变形设计）
• 持久强度：一定温度下，经过一定时间引
起材料断裂的应力，σTτ ---短(瞬)时性能
2021/2/6
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2.常用耐热钢
• 分类:按组织分类
➢ 珠光体型耐热钢：16Mo, 15CrMBiblioteka Baidu, 12CrMoV
❖ 使用温度：250~550 °C ❖ 主要应用：锅炉、压力容器、热交换器和气阀等耐热件
涡轮，叶片材料和高温紧固件 202❖1/2/6金属间化合物强化耐热钢：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(G12H132)
7.5.3 其他特殊钢
1. 耐磨钢:专指在强烈冲击载荷或高压条件下发生表面硬化 而具有高耐磨性的高锰钢。
➢ 材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14% ❖铸态组织：A+碳化物(Fe,Mn)3C
➢ 奥氏体型不锈钢的性能特点
❖ 耐蚀性优秀 ❖ 单相奥氏体,但有强加工硬化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有应力腐蚀倾向，注意加工应
力
➢ 常用奥氏体型 不锈钢:
❖ 1Cr18Ni9Ti,
❖ 0Cr18Ni9, 00Cr18Ni9等
❖ 各类耐腐蚀环 境下结构件
2021/2/6
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5）其他类型不锈钢
• 双相不锈钢:A+ (5~20%)
❖ 含铬12~18%
2021/2/6
❖
其它元素Mo、V、Si、Cu等
说明各元素及其 含量变化对材料 性能影响？ 4
2） 马氏体不锈钢:
➢ 马氏体型不锈钢性能特点:
❖ 含碳量较高,力学性能好 ❖ 热加工性能好 ❖ 切削加工性好 ❖ 耐蚀性随含碳量升高而降低
➢ 常用马氏体不锈钢:1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 9Cr18, 1Cr17Ni2
1Cr28, 1Cr25Ti, 1Cr17Mo2Ti等
❖ 主要用于对力学性 能要求不高、但耐 蚀性要求高的环境 下,如化工生产结 构件
试说明如何提高铁素体型不锈钢的力学性能？
2021/2/6
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4）奥氏体型不锈钢(18-8型)
➢ 奥氏体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.1% ❖ 含铬18%, 含镍8~11% ❖ 其它元素Mo、Nb、Ti等
❖ 1Cr13, 2Cr13优良的抗大气、蒸汽介质腐蚀，耐蚀结构 钢。用于制作汽轮机叶片、热烈设备配件、锅炉附件等
✓ 热处理：淬火+高温回火(S回)，注意回火脆
❖ 3Cr13, 4Cr13耐蚀性下降，但力学性能好。用于制作不 锈钢工具，如医疗器械、刃具、热油泵轴等
2021/2/6 ✓ 热处理：淬火+低温回火(M回)(HRC50)
7.5 特殊性能钢
• 具有特殊的物理化学性能并可在特殊环境下工作 的钢,如不锈钢、耐热钢、耐磨钢和低温用钢等
7.5.1 不锈钢 1. 不锈钢的使用条件及材料设计原则
在腐蚀性介质中 ➢主要作用和使用条件 保持稳定
腐蚀速度极慢
➢主要失效形式
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电化学腐蚀 原电池作用 氧化腐蚀；应力腐蚀 1
2021/2/6
加入Ti、Nb的作用是什3么？
2.不锈钢的分类及常用不锈钢
1) 不锈钢分类:按供应态（正火）组织分
➢ 马氏体型不锈钢(Cr13型) ➢ 铁素体型不锈钢(Cr17、Cr25型） ➢ 奥氏体型不锈钢(18-8型) ➢ 双相不锈钢 ➢ 沉淀硬化型不锈钢
2） 马氏体不锈钢:
➢ 马氏体型不锈钢成分特点:
❖ 含碳0.1~0.4%
➢ 主要合金化元素：Cr，Si，Al
2）高温强度:
➢ 又称热强性，钢在 高温下抵抗塑性变 形和破断的能力。 通常以蠕变极限和 持久强度表示
➢ 强化方式：
❖ 固溶强化
❖ 晶界强化
2021/2/6❖ 弥散强化
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• 蠕变极限:在一定温度下,一定时间内产生一 定变形的应力(一定温度下引起一定形变速
度的应力), σTε%/hour ---长效性能
组织：A；硬度：HB190-220；韧性很高
❖应用：材料被强烈冲击或摩擦时，A产生强烈的加工 硬化，并在表面诱发生成形变马氏体，表面硬度急剧升 值HB500~550。
✓注意：一般机器零件的工作条件，耐磨钢的耐磨性不及 渗碳钢和其它高硬度钢材。
2021/2✓/6 高锰钢水韧处理后不能进行回火处理，否则钢材会1脆3 化
➢ 马氏体型耐热钢：1Cr13, 2Cr13, 4Cr9Si2, 4Cr10Si2Mo
❖ 使用温度：550~600 °C ❖ 主要应用：叶片、阀门
➢ 奥氏体型耐热钢：使用温度>600~700 °C
❖ 固溶强化型18-8不锈钢：加热管，排气管； ❖ 沉淀硬化型耐热钢：4Cr13Ni8Mn8MoVNb(GH36)，增压
2
➢ 不锈钢的材料设计原则
❖ 尽量获得单相均匀组织
Fe+9%NiA(单相)
降低碳含量
❖ 提高金属基体腐蚀电位
Fe+(x/8)Cr 电位阶梯式升高 ❖ 形成表面防护膜
Cr, Si, Al在表面形成 2021/2/6 致密钝化膜
✓ 不锈钢主要的成分特点: o 低碳含量 o 含有Cr,Ni等合金元素 o 含有Al、Si、Ti、Nd等 合金元素
✓ 用于高强高硬度且要求耐蚀性的条件下
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7.5.2 耐热钢
1. 耐热钢的工作条件和性能要求
高温下使用
➢使用条件
高温氧化环境使用
高温腐蚀环境使用
➢主要失效形式
高温氧化，腐蚀 高温强度不足
钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两个方面
2021/2/6
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1) 高温抗氧化性:
➢ 材料的抗氧化性不是指其不氧化，而是指其能很 快在表面形成致密氧化膜，使材料不再继续氧化
✓ 抗应力腐蚀性能更好 ✓ 并具有更好的抗晶间腐蚀能力和抗热裂性能 ✓ 0Cr21Ni5Ti, 1Cr18Mn10Ni5Mo3Si2
• 沉淀硬化型不锈钢:
✓ 解决奥氏体不锈钢强度不足,加工硬化引起的应 力腐蚀问题
✓ 加入Ni、Al、Ti、Nb形成金属间化合物Ni3Al， Ni3Nb，强化A不锈钢但不影响其耐蚀性
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3）铁素体型不锈钢
➢ 铁素体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.15% ❖ 含铬17~30% ❖ 其它元素Mo、V、Ti等
➢ 铁素体型不锈钢的性能特点
❖ 耐蚀性较马氏体不锈钢好 ❖ 单相铁素体,无相变强化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有金属间化合物引起的高温脆性
➢ 常用铁素体型 不锈钢:
❖ 1Cr17, 1Cr17Ti,
– 一定温度下，一定时间内在恒定应力下产生 的最大蠕变量（变形设计）
• 持久强度：一定温度下，经过一定时间引
起材料断裂的应力，σTτ ---短(瞬)时性能
2021/2/6
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2.常用耐热钢
• 分类:按组织分类
➢ 珠光体型耐热钢：16Mo, 15CrMBiblioteka Baidu, 12CrMoV
❖ 使用温度：250~550 °C ❖ 主要应用：锅炉、压力容器、热交换器和气阀等耐热件
涡轮，叶片材料和高温紧固件 202❖1/2/6金属间化合物强化耐热钢：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(G12H132)
7.5.3 其他特殊钢
1. 耐磨钢:专指在强烈冲击载荷或高压条件下发生表面硬化 而具有高耐磨性的高锰钢。
➢ 材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14% ❖铸态组织：A+碳化物(Fe,Mn)3C
➢ 奥氏体型不锈钢的性能特点
❖ 耐蚀性优秀 ❖ 单相奥氏体,但有强加工硬化 ❖ 塑性、可焊性好 ❖ 有应力腐蚀倾向，注意加工应
力
➢ 常用奥氏体型 不锈钢:
❖ 1Cr18Ni9Ti,
❖ 0Cr18Ni9, 00Cr18Ni9等
❖ 各类耐腐蚀环 境下结构件
2021/2/6
7
5）其他类型不锈钢
• 双相不锈钢:A+ (5~20%)
❖ 含铬12~18%
2021/2/6
❖
其它元素Mo、V、Si、Cu等
说明各元素及其 含量变化对材料 性能影响？ 4
2） 马氏体不锈钢:
➢ 马氏体型不锈钢性能特点:
❖ 含碳量较高,力学性能好 ❖ 热加工性能好 ❖ 切削加工性好 ❖ 耐蚀性随含碳量升高而降低
➢ 常用马氏体不锈钢:1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 9Cr18, 1Cr17Ni2
1Cr28, 1Cr25Ti, 1Cr17Mo2Ti等
❖ 主要用于对力学性 能要求不高、但耐 蚀性要求高的环境 下,如化工生产结 构件
试说明如何提高铁素体型不锈钢的力学性能？
2021/2/6
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4）奥氏体型不锈钢(18-8型)
➢ 奥氏体型不锈钢的成分特点
❖ 含碳小于0.1% ❖ 含铬18%, 含镍8~11% ❖ 其它元素Mo、Nb、Ti等
❖ 1Cr13, 2Cr13优良的抗大气、蒸汽介质腐蚀，耐蚀结构 钢。用于制作汽轮机叶片、热烈设备配件、锅炉附件等
✓ 热处理：淬火+高温回火(S回)，注意回火脆
❖ 3Cr13, 4Cr13耐蚀性下降，但力学性能好。用于制作不 锈钢工具，如医疗器械、刃具、热油泵轴等
2021/2/6 ✓ 热处理：淬火+低温回火(M回)(HRC50)
7.5 特殊性能钢
• 具有特殊的物理化学性能并可在特殊环境下工作 的钢,如不锈钢、耐热钢、耐磨钢和低温用钢等
7.5.1 不锈钢 1. 不锈钢的使用条件及材料设计原则
在腐蚀性介质中 ➢主要作用和使用条件 保持稳定
腐蚀速度极慢
➢主要失效形式
2021/2/6
电化学腐蚀 原电池作用 氧化腐蚀；应力腐蚀 1
2021/2/6
加入Ti、Nb的作用是什3么？
2.不锈钢的分类及常用不锈钢
1) 不锈钢分类:按供应态（正火）组织分
➢ 马氏体型不锈钢(Cr13型) ➢ 铁素体型不锈钢(Cr17、Cr25型） ➢ 奥氏体型不锈钢(18-8型) ➢ 双相不锈钢 ➢ 沉淀硬化型不锈钢
2） 马氏体不锈钢:
➢ 马氏体型不锈钢成分特点:
❖ 含碳0.1~0.4%
➢ 主要合金化元素：Cr，Si，Al
2）高温强度:
➢ 又称热强性，钢在 高温下抵抗塑性变 形和破断的能力。 通常以蠕变极限和 持久强度表示
➢ 强化方式：
❖ 固溶强化
❖ 晶界强化
2021/2/6❖ 弥散强化
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• 蠕变极限:在一定温度下,一定时间内产生一 定变形的应力(一定温度下引起一定形变速
度的应力), σTε%/hour ---长效性能