耐热钢知识

耐热钢的基础知识

介绍耐热钢的概念，分类，牌号表示方法，主要合金元素在耐热钢中的作用，基本性能、加工工艺性、工艺性能，耐热钢的的生产

耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、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。

   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。在21-4N钢基础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。

4）铁素体型耐热钢

在室温和使用温度条件下这类钢的组织为铁素体。这类钢铬含量高于12%，不含镍，只含有少量的硅、钛、钼、铍等元素。

5）奥氏体型耐热钢

该种钢的代表：18Cr-8Ni、25Cr-20Ni及Cr-Mn-N、Fe-Mn-Al等钢。这类钢在高温下具有较

高的热强性，及优异的抗氧化性。一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件，其抗氧化性温度可达850～1250℃。这类钢基本上是和不锈钢同时发展起来的，有些钢同时就是优异的奥氏体型不锈钢。

我国在奥氏体型钢方面，除仿制和生产了大量国外耐热钢牌号外，多年来还开发了Cr-Mn-N、Cr-Mn-Ni-N、Cr-Ni-N及Fe-Al-Mn和Cr-Mn-Al-Si系耐热钢。Cr18Mn12Si2N、Cr20Mn9Ni2Si2N 及

3Cr24Ni7SiNRe列入国家标准推广应用。

铸造耐热钢在耐热钢领域中占有相当大的比重。20世纪70～80年代以来，由于石油化学工业的飞速发展，在大型合成氨及乙烯装置中采用了大量的高合金耐热铸钢，其使用温度可达1150℃，开发了一系列Fe-Cr-Ni基耐热钢及耐热合金。如4Cr25Ni35Co15W、4Cr25Ni35WNb、5Cr28Ni48W5等。一些发达国家早在20世纪30年代就制定了耐热铸钢标准。1987年，我国建立了第一个耐热铸钢国家标准。

6）沉淀硬化型耐热钢

沉淀硬化型耐热钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni4Cu4Nb）、（半奥氏体-马氏体过滤型）沉淀硬化耐热钢（如0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al）和奥氏体沉淀硬化耐热钢（如0Cr15Ni25Ti2MoVB）等。

2、耐热钢的分类

2.1按合金元素含量分类

a）低碳钢：在此类钢中部含或很少含有其他合金元素，其碳含量一般不超过0.2%。

b）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，碳含量不超过0.2%.

c）高合金耐热钢：在此类钢中合金元素多，合金元素含量一般在10%以上，甚至高达30%以上。

2.2按钢的特性分类

a）抗氧化钢（或称耐热不起皮钢）：此类钢在高温下（一般在550～1200℃）具有较好的抗氧化性能及抗高温腐蚀性能，并有一定的高温强度。用于制造各类加热炉用零件和热交换器，制造热汽轮机的燃烧市、锅炉吊瓜、加热炉炉底板和辊道以及炉管等。抗氧化性能是主要指标，部件本身不承受很大压力。

b）热强钢：在高温（通常在450～900℃）既能承受相当的附加应力又要具有优异的抗氧化、抗高温气体腐蚀能力，通常还要求承受周期性的可变赢利。通常用作汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉的过热器、高温下工作的螺栓和弹簧、内燃机的进排气阀、石油加氢反应器等。

2.3按钢的主要用途分类

工业炉用耐热钢：除反应堆、电站锅炉、石化工业炉外，在冶金、机械、建材、轻工等工业中，广泛用作热交换器、加热炉管、反映罐等多种炉窑中的各种耐热部件，除采用板、管、棒等耐热钢变形材外，并采用大量的耐热钢铸件。冶金厂的各种退火炉罩，可控气氛连续加热炉的马弗罐、辐射管、装料框架、链带等，多采用310（0Cr25Ni20）或3Cr24Ni7SiNRe、