第6章 耐热钢-2014.ppt

第六章 耐热钢 高温 常温工作零件的根本不同在哪？ 原子扩散——如何提高晶界强度？ ——如何提高热强性？ 组织转变——如何保持热强性？ ——如何保持组织稳定性？ 6.1 耐热钢工作条件及性能 最基本的要求： 高的高温强度、高温疲劳强度及塑性—热强钢 高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能）—热稳定钢(抗氧化钢） 良好的工艺性能及物理性能。 耐热钢的高温性能指标 1. 蠕变及蠕变强度 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。 蠕变强度：它表示在某温度下，在规定时间达到规定变形（如0.1%）时所能承受的应力。 可用 σ 0.1 来表示。 主要针对使用过程中不允许有稍大变形的尺寸精确的零件，如高温高压下工作的钢管、蒸汽涡轮叶片。 2. 持久强度与持久塑性 持久强度 在规定温度和规定时间引起断裂所能承受的最大应力值。 通常在设计使用时间不太长（100-几千小时）就可以更换的零件或不要求尺寸精确，但不允许断裂的长期工作零件。 塑性 反映钢材在高温长期应力下断裂时的塑性。 许多钢种在短时试验时其塑性可能很高，但经高温长期试验后钢的塑性有急剧下降趋势，呈现出蠕变脆性。 3. 持久寿命 它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。 4. 应力松弛 高温下工作的紧固件，在力的作用方向和零件尺寸不改变的条件下，工作零件中应力自发降低的过程称为应力松弛现象。高温下工作的紧固件要求有低的应力松弛性能。 5. 高温疲劳强度 6. 热疲劳 热强性如何提高？ 提高基体原子间结合力 金属熔点：高 晶格类型：奥氏体 合金元素：固溶 增强组织结构的抗蠕变能力 回火马氏体蠕变极限最高 铁素体和珠光体组织持久塑性高 耐热钢的强化 固溶强化（Mo, W, Cr为主） 晶界强化 纯化、净化晶界（B，Re, Ca ）; 填充晶界空位，阻碍扩散（B，Ce）； 晶界沉淀强化（B）。 沉淀强化 只有稳定的MC型碳化物或耐热的金属间化合物的沉淀强化才使 钢具有好的高温强度。 热处理强化 控制晶粒度； 改善强化相分布状态。 细晶强化 形变强化 高温化学稳定性 1. Fe的氧化膜的结构 575℃以下，Fe2O3和Fe3O4层; 575℃ 以上，表层Fe2O3, 中间层Fe3O4，内层FeO，约1:10:100 （氧化速度加快）。 FeO：结构疏松，结合力弱，易剥落； Fe2O3、Fe3O4：结构致密，和基体结合好。 要提高钢的抗氧化性，首先要阻止FeO出现。 加入合金元素，使FeO形成温度提高，且优先形成稳定氧化物； 形成稳定而致密氧化膜。 2. 合金元素对钢的氧化速度的影响 氧化膜的结构要求：稳定、致密、牢固（与基体结合紧密）。 加入Cr, Si, Al等， Cr、Al可单独加入，Si 只能作辅加元素 (增加钢的脆性)。 可以提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性; Cr2O3或Al2O3或SiO2；FeO-Cr2O3或FeO-Al2O3等尖晶石氧化物膜；Fe2SiO4氧化膜。 耐热钢分类 F型耐热钢 350-650℃ 包括F-P、F、M耐热钢。 奥氏体耐热钢 600-800℃ 。 包括固溶强化、沉淀强化奥氏体耐热钢 耐热合金分类 铁基合金：750-850 ℃ Ni/Co基合金，650-1150℃。 Mo/Nb基合金，1000℃。 6.2 耐热钢钢种 （一）F-P 耐热钢 按用途主要有锅炉钢管、紧固件和转子用钢等几大类。 1、锅炉钢管常用钢种 高温和高压，高温烟气和水蒸汽,安全可靠→ 抗氧化和耐蚀，组织稳定,工艺性能好。 12Cr1MoVG，15CrMoG, 12Cr2MoWVSiTiBG 合金元素作用： V，Ti 沉淀强化； Mo、W、Cr 固溶强化； Si和Cr 提高抗氧化性； B 强化晶界。 成分、热处理、组织 合金元素总量不超过5%。 一般采用正火或正火加高温回火：得到F+P组织；也有少量通过快冷或淬火+高温回火：得到B或M组织。 用途：多用于锅炉蒸汽