第6章 耐热钢--20090316.ppt

第六章 耐热钢及耐热合金 6.1 耐热钢工作条件及性能 最基本的要求： 足够高的高温强度、高温疲劳强度 足够高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能） 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，用σC表示，σC 0.1/1000700℃ 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断裂所能承受的应力（στ）。 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。 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. 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。 高温疲劳强度 热疲劳 耐热钢的强化 固溶强化（Mo, W, Cr） 晶界强化（适当选用较粗晶粒；加入M，强化晶界，如纯化晶界，B，Re, Ca; 填充空位，阻碍扩散；晶界的沉淀强化） 沉淀强化 只有MC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 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（氧化速度加快）。 要提高钢的抗氧化性，首先要阻止FeO出现。 加入合金元素，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、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；FeO-Cr2O3或FeO-Al2O3等尖晶石氧化物膜；Fe2SiO4氧化膜 耐热钢与耐热合金分类 F型耐热钢 350-650℃ 包括F-P、F、M耐热钢 奥氏体耐热钢 600-850℃ 包括固溶强化、沉淀强化奥氏体耐热钢 高温合金：Ni 、Co基合金，650-1150℃ 难熔合金：Mo、 Nb基合金，1000℃ 6. 2 耐热钢钢种 （一）F-P 耐热钢 常用钢种 12Cr1MoV，15CrMo, 12Cr2MoWVSiTiB 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 强化晶界作用。 组织 合金元素总量不超过5%，退火后得到F+P组织；也可经过热处理得到 B 或 M组织使钢强化。 用途：多用于锅炉蒸汽管道，在450-620℃蒸汽介质中长期运转。 强化方法 固溶强化：以Mo, W, Cr为主要元素 碳化物沉淀强化：以V, Ti, Nb为主要元素 从提高高温强度（持久强度）： MCM2CM6CM23C6M7C3 12Cr1MoV钢为例： 980℃加热后 炉冷— F + P组织 — 持久强度最低，持久塑性最高 空冷— （粒状 B +少量 F +少量 M ）组织 — 高温回火 （740℃） 淬火— M 组织-高温回火（740℃） 高温回火（740℃）-回火T-S组织 持久强度最高，持久塑性居中 回火温度 = 使用温度 + 100-150℃ （二）马氏体耐热钢 由低C Cr13型马氏体不锈钢转变而来，加入W, Mo, V, Nb, N, B ， Cr12型马氏体耐热钢 可作570℃汽轮机叶片、转子。具有良好的消震性，但其组织稳定性差。 主要碳化物为(Cr, M)23C6，还有其它碳化物。 钢种：2Cr12MoV, 2Cr12WMoV: 回火T-回火S 强化相为M23C6，MC和M6C, 或Fe2W ；