耐热钢性能和耐热腐蚀指标.docx
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耐热钢性能和耐热腐蚀指标
耐热钢性能和耐腐蚀指标
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。
此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
耐热钢基本信息
简介
耐热钢（heat-resistingsteels）
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
类别
耐热钢按其性能可分为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。
耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。
用途
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。
硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。
耐热钢分类
珠光体钢
合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。
其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。
这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600℃以下的耐热部件。
如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。
典型钢种有：
16Mo，15CrMo，12Cr1MoV，12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。
马氏体钢
含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。
含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。
此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。
铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。
如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。
一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。
奥氏体钢
含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。
通常用作在600℃以上工作的热强材料。
典型钢种有1Cr18Ni9Ti,1Cr23Ni13,1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。
耐热钢生产工艺
冶炼耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。
质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。
铸造某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。
所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。
铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。
对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。
热处理珠光体热强钢通常经正火或调质后使用；马氏体耐热钢用调质处理，以稳定组织，得到良好的综合力学性能和高温强度。
铁素体钢不能通过热处理强化。
为消除因冷塑性变形加工和焊接所导致的内应力，可在650～830℃进行退火处理，退火后快速冷却,以便迅速地经过475℃脆性温度范围。
奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。
奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。
耐热铸钢多在铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。
耐热钢的用途
钢号
适用温度范围及其主要用途
00Cr12
抗氧化温度600~700℃，用做高温、高压阀体、燃烧器
0Cr13Al
适用温度范围700~800℃，燃汽轮机压缩机叶片
1Cr17
在900℃以下温度抗氧化，用做炉用高温部件、喷嘴
1Cr12
在600~700℃温度范围内具有一定的抗氧化性和较高的高温强度，可用于汽轮机叶片、喷嘴、锅炉燃烧器阀门的高温部件
1Cr13
抗氧化温度700~800℃，其用途与1Cr12钢相同
0Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti
抗氧化温度870℃以下，可用做锅炉受热面管子、加热炉零件、热交换器、马弗炉、转炉、喷嘴
0Cr18Ni10Ti
0Cr18Ni11Nb
在400~900℃温度范围内抗高温腐蚀氧化，可用于工作温度850℃以下的管件
0Cr23Ni13
抗氧化温度直至980℃，用于燃烧器火管、汽轮机叶片，加热炉体，甲烷变换装置，高温分离装置
0Cr25Ni20
抗氧化温度直至1035℃，用于加热炉部件；工作温度950℃以下的输气系统部件
0Cr17Ni12Mo2
0Cr19Ni13Mo2
抗氧化温度不低于870℃工作温度600~750℃的化工、炼油热交换器管子、炉用管件
0Cr17Ni7Al
工作温度550℃以下的高温承载部件
耐热钢腐蚀数据（Cr18Ni19材料部分）
锅炉与压力容器常用碳素钢
承压元件主要使用低碳钢，因为塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好
（1）优质碳素结构钢
10号和20号无缝钢管
20号钢含碳量比10号钢多一倍，强度高，屈服极限σs和强度极限σb高20%，时效敏感性低，多采用20号钢
（2）专用碳素钢
A3gA3R15g20g，冲击韧性好，金属表面和内部缺陷少
4.普通低合金结构钢
低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素构成的，它的含碳量较低，多数小于0.2%。
其组织多数仍为F+P。
由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。
低合金钢可轧制成各种钢材，如板材，管材，棒材和型材等。
它广泛用于制造远洋轮船、大跨度桥梁，高压锅炉，大型容器，汽车，矿山机械及农业机械等。
大型化工容器材料采用16MnR，生量比碳钢可减轻1/3。
用15MnV制造球形贮罐，与碳钢相比节省45%。
焊接
5.低合金热强钢
在原油加热，裂解，催化设备中，常用到许多能耐高温的钢材。
如裂解炉管，要求承受650～800℃高温。
20号钢在540℃下于氧化性气体中，因氧化强度只有50MPa。
因为石墨化。
常用的抗氧化钢
——Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr17Ti,Cr25Ni2
热强钢
——12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20
6.不锈耐酸钢
是不锈钢（耐大气）和耐酸钢（不锈）的总称，
铬不锈钢——1Cr13多用作化工机器中受力大的耐蚀零件，如轴，活塞杆，阀件，螺栓，浮阀等
0Cr13,Cr17TiF组织，有良好塑性
铬镍不锈钢——1Cr18Ni918-8不锈钢
有较高的抗拉强度，较低屈服点，极好的塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，用来制造贮罐，塔器，反应釜，应用最广。
7.低温用钢
深冷分离，空分，液化气贮罐低温使用。
低温钢平均含碳量0.08～0.18%，单相F组织，加入适量的Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V,N等元素改善钢的综合机械性能。
常用低温用钢
1）低合金低温用钢
16MnDR-40℃机械性能优于一般低碳钢
2）镍钢
2.25%-60℃
3.5%-100℃
9%-200℃
3）高锰奥氏体钢
15Mn25Al4其中Mn是形成A的基本元素，Al作为稳定A的元素。
4）铬镍奥氏体不锈钢
18-8奥氏体不锈钢
国外低温设备用钢，以高铬镍为主，其次用镍钢，铜，铝。
张平安
2011-2-12收集整理
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